Comment un projet de recherche fondamentale devient un projet industriel : les composites Mg renforcés de fibres de carboe
J. Halleux, H.-M. Montrieux, J. Lecomte-Beckers
Présentation dans le cadre de l'événement: Nouveaux matériaux à hautes performances : Les composites à matrice métallique/céramique , le 20 mai 2014
www.pluscomposites.eu
Les composites à matric métallique/céramique - de nouveaux procédés de fabric...PlusComposites
Les composites à matric métallique/céramique - de nouveaux procédés de fabrication pour de nouvelles applications
A. Mertens et J. Lecomte-Beckers
Université de Liège
Science des Matériaux Métalliques (MMS)
www.pluscomposites.eu
Présentation du Professeur Jacqueline Lecomte-Beckers, réalisée dans le cadre du Lab'InSight Innovative and Substainable Coatings, le 12.05.2016 à l'UMONS
Oxydation à haute température d’échantillons en Inconel 718 réalisés par fabr...Tom SANVIEMVONGSAK
Les matériaux issus de la fabrication additive sont-ils aussi performants que leurs homologues forgés ou coulés, en termes de résistance à l’oxydation ? Le comportement d’échantillons en IN 718 produits par fusion laser et faisceau d’électrons, est comparé à celui d’un alliage de référence forgé-traité.
Source : Revue Traitement et Matériaux, n° 458, Mai-Juin 2019, ISSN 2108 2804
The European composite materials network at your service - Francis Bell -20.0...PlusComposites
The European composite materials network at your service, présentation menée par Francis Bell, CRP Henri Tudor.
Présentation dans le cadre de l'événement: Nouveaux matériaux à hautes performances : Les composites à matrice métallique/céramique , le 20 mai 2014
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Présentation Projet PRISTIMAT2 -S. HocquetPlusComposites
Projet PRISTIMAT²
Partenariat en Recherches, Innovations et
Supports Techniques Interrégionaux en
MATériaux et Thermique
S. Hocquet (CRIBC – Mons)
Présentation dans le cadre de l'événement: Nouveaux matériaux à hautes performances : Les composites à matrice métallique/céramique , le 20 mai 2014
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Les composites à matric métallique/céramique - de nouveaux procédés de fabrication pour de nouvelles applications
A. Mertens et J. Lecomte-Beckers
Université de Liège
Science des Matériaux Métalliques (MMS)
www.pluscomposites.eu
Présentation du Professeur Jacqueline Lecomte-Beckers, réalisée dans le cadre du Lab'InSight Innovative and Substainable Coatings, le 12.05.2016 à l'UMONS
Oxydation à haute température d’échantillons en Inconel 718 réalisés par fabr...Tom SANVIEMVONGSAK
Les matériaux issus de la fabrication additive sont-ils aussi performants que leurs homologues forgés ou coulés, en termes de résistance à l’oxydation ? Le comportement d’échantillons en IN 718 produits par fusion laser et faisceau d’électrons, est comparé à celui d’un alliage de référence forgé-traité.
Source : Revue Traitement et Matériaux, n° 458, Mai-Juin 2019, ISSN 2108 2804
The European composite materials network at your service - Francis Bell -20.0...PlusComposites
The European composite materials network at your service, présentation menée par Francis Bell, CRP Henri Tudor.
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Présentation Projet PRISTIMAT2 -S. HocquetPlusComposites
Projet PRISTIMAT²
Partenariat en Recherches, Innovations et
Supports Techniques Interrégionaux en
MATériaux et Thermique
S. Hocquet (CRIBC – Mons)
Présentation dans le cadre de l'événement: Nouveaux matériaux à hautes performances : Les composites à matrice métallique/céramique , le 20 mai 2014
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Séminaire de clôture du projet SOTHERCO | Arlon (ULg) - 20 septembre 2017Cluster TWEED
Workshop de clôture du projet SOTHERCO : développement d'un stockage compact de la chaleur sous forme thermochimique, avec de nombreux partenaires nationaux (Besol, UMons, ULB, ULg) et internationaux (UVSQ, INES et Clipso pour la France et AIT pour l'Autriche).
Travaux de recherche de l'Instititut des Matériaux Jean Rouxel / CNRS à Nantes. Etat de la recherche sur les différentes formes de stockage couvrant les photobatteries, supercondensateurs, électrolyseurs, piles à combustibles et les projets du territoire (ValorPAC / Intégration d’une pile à combustible dans une chaîne de valorisation de déchets avec gazéification).
Les panneaux photovoltaïques : vers de nouvelles filières de valorisation | L...Nancy BOVY
Dans un contexte de transition énergétique, la gestion des équipements arrivés en fin de vie est devenue une vraie question. Ainsi, dans la foulée du projet Solarcycle, Comet Traitements et Recma ont décidé de s’associer afin de proposer une solution de recyclage au gisement croissant de panneaux photovoltaïques.
Grégory Lewis, Ingénieur R&D chez Comet Traitements, nous partagera la vision industrielle de la problématique liée à la filière et au recyclage du photovoltaïque.
Frédéric Boschini présentera, quant à lui, les principaux résultats de recherche du laboratoire GREEnMat (ULiège) relatifs à la désencapsulation et à l’extraction des différentes fractions. Cette rencontre sera également l’occasion de mieux cerner les possibilités de valorisation du silicium issu du recyclage comme matériau d’anode pour la conception de batteries Li-ion.
Ensemble, nos deux intervenants identifieront les défis liés à l’extraction et à la purification des différents matériaux contenus dans un panneau photovoltaïque et évoqueront dans quelle mesure les efforts R&D en cours ouvrent la voie vers de nouvelles filières de valorisation dès l’horizon 2024.
Economie circulaire : la boucle vertueuse pour la compétitivité | LIEGE CREAT...Nancy BOVY
La société Marichal Ketin est spécialisée dans la fabrication de cylindres de laminoirs exportés dans le monde entier. Ces cylindres sont fabriqués par centrifugation verticale et sont de type composite.
La part des matières dans le prix de revient des cylindres est de 35% à 40% chez Marichal Ketin et, depuis 2003, le prix d’achat de certaines matières premières a plus que triplé.
En 2014, Marichal Ketin a décidé de participer activement au projet « Reverse Metallurgy » afin de profiter d’une nouvelle plateforme pour étudier les différentes possibilités d’optimisation du flux des matières tant en amont qu’en aval du procédé de fabrication.
Les travaux entrepris depuis 2014 ont déjà permis de réduire de façon significative la quantité de matières neuves mises en œuvre actuellement dans le processus de fusion. Un second objectif partiellement atteint était de réduire de façon significative la quantité de déchets finissant leur vie en décharge sans valorisation majeure.
Un nouveau procédé de fabrication basé sur l’additive manufacturing et l’utilisation de poudres est en phase de développement. Il devrait permettre de basculer vers un nouveau modèle économique pour la vente de cylindres et une utilisation plus rationnelle des matières premières par un recyclage multiple de l’axe du cylindre et une mise au mille nettement plus favorable.
Cette rencontre-conférence, organisée autour des démarches d’économie circulaire entreprises au sein de l’industrie Marichal Kétin, nous servira de point de départ pour mettre en lumière les business models durables et leurs impacts pour démarquer qualitativement son entreprise.
Compréhension des mécanismes de coupe des compositesPlusComposites
Malek Habak, Yosra Turki, Raphaël Velasco, Pascal Vantomme
Présenté lors de "l'Usinage et assemblage des matériaux composites" - 26 septembre 2013 - Chambre des Métiers - Luxembourg
R&D Composites : Opportunités de financement EU - NCP-Wallonie Pierre FiassePlusComposites
R&D Composites : Opportunités de financement EU
NCP-Wallonie
Pierre Fiasse –Project Developper
NCP NMP, Transport/ Cleansky, M-Eranet, Manunet
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Frédéric Boschini présentera, quant à lui, les principaux résultats de recherche du laboratoire GREEnMat (ULiège) relatifs à la désencapsulation et à l’extraction des différentes fractions. Cette rencontre sera également l’occasion de mieux cerner les possibilités de valorisation du silicium issu du recyclage comme matériau d’anode pour la conception de batteries Li-ion.
Ensemble, nos deux intervenants identifieront les défis liés à l’extraction et à la purification des différents matériaux contenus dans un panneau photovoltaïque et évoqueront dans quelle mesure les efforts R&D en cours ouvrent la voie vers de nouvelles filières de valorisation dès l’horizon 2024.
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La société Marichal Ketin est spécialisée dans la fabrication de cylindres de laminoirs exportés dans le monde entier. Ces cylindres sont fabriqués par centrifugation verticale et sont de type composite.
La part des matières dans le prix de revient des cylindres est de 35% à 40% chez Marichal Ketin et, depuis 2003, le prix d’achat de certaines matières premières a plus que triplé.
En 2014, Marichal Ketin a décidé de participer activement au projet « Reverse Metallurgy » afin de profiter d’une nouvelle plateforme pour étudier les différentes possibilités d’optimisation du flux des matières tant en amont qu’en aval du procédé de fabrication.
Les travaux entrepris depuis 2014 ont déjà permis de réduire de façon significative la quantité de matières neuves mises en œuvre actuellement dans le processus de fusion. Un second objectif partiellement atteint était de réduire de façon significative la quantité de déchets finissant leur vie en décharge sans valorisation majeure.
Un nouveau procédé de fabrication basé sur l’additive manufacturing et l’utilisation de poudres est en phase de développement. Il devrait permettre de basculer vers un nouveau modèle économique pour la vente de cylindres et une utilisation plus rationnelle des matières premières par un recyclage multiple de l’axe du cylindre et une mise au mille nettement plus favorable.
Cette rencontre-conférence, organisée autour des démarches d’économie circulaire entreprises au sein de l’industrie Marichal Kétin, nous servira de point de départ pour mettre en lumière les business models durables et leurs impacts pour démarquer qualitativement son entreprise.
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+Composites: Un projet pour renforcer l'innovation et le transfert de technol...PlusComposites
Présenté lors du « Forum européen des métiers et des formations dans le Domaine des matériaux composites », organisé par le projet +Composites le 7 février 2013 à St Quentin, France.
En savoir plus : http://www.pluscomposites.eu
Presented during the European Forum on Trades and Training in the Field of Composites Materials, organised by the project +Composites on the 7th of February, 2013 in St Quentin, France.
To learn more: http://www.pluscomposites.eu
Author: Stefan Brück, INM Leibniz-Institute for New Materials
Itineraires de formation dans les composites: Lycee Jean MacePlusComposites
Présenté lors du « Forum européen des métiers et des formations dans le Domaine des matériaux composites », organisé par le projet +Composites le 7 février 2013 à St Quentin, France.
En savoir plus : http://www.pluscomposites.eu
Auteur :
Pascal Labre de Lycee Jean Mace
http://etablissements.ac-amiens.fr/0022008x/
L'accompagnement de l'entreprise vers la planification de nouveaux besoinsPlusComposites
Présenté lors du « Forum européen des métiers et des formations dans le Domaine des matériaux composites », organisé par le projet +Composites le 7 février 2013 à St Quentin, France.
En savoir plus : http://www.pluscomposites.eu
Auteurs :
Maison de l’emploi et de la formation
http://www.maisonemploi-saintquentin.fr
Centre d'Ergonomie et de Sécurité du Travail en Picardie - Association Régionale pour l'Amélioration des Conditions de Travail (CESTP-ARACT)
http://www.cestp.aract.fr/
Impacts des mutations technologiques dans le domaine de la formation au Luxem...PlusComposites
Présenté lors du « Forum européen des métiers et des formations dans le Domaine des matériaux composites », organisé par le projet +Composites le 7 février 2013 à St Quentin, France.
En savoir plus : http://www.pluscomposites.eu
Auteur: Sandra Grunewald de CRP Henri Tudor
Les audits et formations dans le projet +CompositesPlusComposites
Présenté lors du « Forum européen des métiers et des formations dans le Domaine des matériaux composites », organisé par le projet +Composites le 7 février 2013 à St Quentin, France.
En savoir plus : http://www.pluscomposites.eu
Auteur: Benoit Boulet de GRETA LHC
Offre de formation en composites en WalloniePlusComposites
Présenté lors du « Forum européen des métiers et des formations dans le Domaine des matériaux composites », organisé par le projet +Composites le 7 février 2013 à St Quentin, France.
En savoir plus : http://www.pluscomposites.eu
Auteurs :
Jacques Devaux de IMCN Institut de la Matière Condensée et des Nanosciences
Anne Grzyb de IUFC Institut Universitaire de Formation Continue
Ph. LIGUORI
Forest-Line
Usinages des Composites - 23 octobre 2012 - Albert
http://pluscomposites.eu/content/journ%C3%A9e-technique-sur-lusinage-des-composites
MS Composites is a composite materials company that specializes in aerospace, defense, energy, and medical industries. It has 250 employees across multiple sites in France and Morocco. In 2011, its revenue was 21.8 million euros, with 66% from aerospace. MS Composites has expertise in carbon fiber composite materials and processes like autoclave, press, and RTM. It supplies parts for aircraft like Airbus A320, A400M, and Rafale. It also works on defense projects, space antennas, medical imaging tables, and ballistic armor. MS Composites aims to support the aerospace industry with research on engine and airframe components made of composites.
Usinage des Composites en PME
Des besoins industriels dans des domaines très variés
Eric GALLET
Resp. Commercial
Pôle Procédés Performants et Innovants
Usinages des Composites - 23 octobre 2012 - Albert
Les composites Mg renforcés de fibres de carbone - J. Halleux, H.-M. Montrieux, J. Lecomte-Beckers
1. Comment un projet de recherche
fondamentale devient un projet industriel :
Les composites Mg renforcés de fibres de
carbone
Jacques Halleux (Sirris)
Henri-Michel Montrieux (ULg/MMS)
Prof. J. Lecomte-Beckers (ULg/MMS)
www.metaux.ulg.ac.be 1
2. Confidentialité
Le contenu de cette présentation est relatif aux résultats obtenus lors du projet
Winnomat CMg/MMC et de la thèse de doctorat de H.-M. Montrieux en cours de
rédaction (défini comme savoir-faire préexistant).
Certaines données, essentielles pour la reproduction des résultats obtenus ont
volontairement été omises.
Dans ces conditions, les règles de confidentialité concernant les projets en cours sont
respectées.
2
3. Contenu
• Introduction
• Cadre et objectifs du projet CMg MMC
• Moyens mis en œuvre
– Compétences Sirris
– Compétences ULg
• Résultats obtenus
• Perspectives d’industrialisation (Compomag)
• Conclusions
3
4. Introduction
• Composite fibres longues + matrice métal
Matériau Module de
Young
(GPa)
Résistance
(0.2%)
(MPa)
Contrainte
à la rupture
(MPa)
Matrice Al 70 140 -
Matrice Mg 45 90 -
Fibres C HR 180-250 360-500 3000-6000
Fibres C HM 300-600 600-1200 2000-5000 [2]
[1]
Avantages des MMC
Propriétés mécaniques spécifiques (Al/Mg + C)
Propriétés thermiques (conductivité, diffusivité)
Conditions d’utilisation (chocs, température,…)
T° de fusion acceptable vis-à-vis de nombreuses
fibres et particules céramiques
4
5. Introduction
• Composite fibres longues + matrice métal
Matériau Densité
g/cm³
Ténacité
MPa√m
Tmax
°C
Prix
€/kg
Aluminium coulé 2,5 18-35 130-220 1,3-1,43
Magnésium coulé 1,8 12-18 130-190 4,1-4,5
Résine époxy 1,1-1,4 0,4-2,2 140-180 2,0-2,2
[1]
[3]
Principales applications MMC
Frottement/TCE : Al + SiC
Inertie : Al + B4C
Blindage : Acier + BN
5
6. MMC Al + fibres C (63 vol.%)
Rigidité théorique atteinte
Limite de décohésion :
~300 MPa (fibres HR)
~1000-1300 MPa (fibres HM)
Introduction
• Composite fibres longues + matrice métal
[1]
[5]
MMC Mg + fibres C (63 vol.%)
Rigidité théorique atteinte
Limite de décohésion :
~1000-1300 MPa
6
8. Introduction
Injection sur une préforme
Machine de thixomoulage Mg - Husky 650 (Sirris)
Innovant, développement conjoint Sirris –
ULg/MMS + Mecar : CMg/MMC
8
9. Cadre et objectifs du projet CMg MMC
• 3 partenaires:
– ULg-LTAS: matériaux métalliques
– UCL-FSA-MAPR-UMAP: composites métalliques
– Sirris: mise en œuvre du magnésium
• 1 parrain industriel:
• 1 pièce type:
– Rigidité
– Légèreté
– résistance mécanique
9
10. Cadre et objectifs du projet CMg MMC
• Objectif: développer un procédé d’imprégnation
de fibres carbone par un alliage de magnésium
• Structure du projet:
10
11. Moyens mis en œuvre (Sirris)
• Equipements:
– Presse de squeeze casting (UCL)
11
12. Moyens mis en œuvre (Sirris)
• Equipements:
– Presse d’injection Thixomolding (Sirris)
12
13. Moyens mis en œuvre (Sirris)
• Equipements:
– Machine d’imprégnation (Sirris)
piston
13
14. Moyens mis en œuvre (Sirris)
• Equipements:
– Four de fusion Mg (ULg-Sirris)
14
15. Moyens mis en œuvre (Sirris)
Préparation de préformes
- estampage de petits disques de tissus carbone
de 45 mm de diamètre
- trempage dans un agent mouillant (éther) en
solution aqueuse 0.5%
- Séchage 100°C – 5 h
- trempage dans la solution Al(H2PO4)3
- Séchage air (de 20°C à 350°C)
- Traitement thermique sous N2 de 20°C à 700°C
15
16. Moyens mis en œuvre (ULg/MMS)
Préparation de préformes
- Découpage de 10 à 100 brins UD
- Hydrolyse d’une solution contenant du TEOS
(C8H20O4Si) et éthanol
- Trempe des préformes et polymérisation à
froid (T=70°C) d’un verre de silice
Morphologie du dépôt
Morphologie du dépôt (après oxydation)
TGA/ATD du dépôt seul 16
17. Moyens mis en œuvre (ULg/MMS)
Caractérisation
Microscopie
ATD/TGA (Netzsch STA 449)
Grindosonic 𝜔𝜔𝑖𝑖 = 𝛼𝛼𝑖𝑖
2 𝐸𝐸
𝜌𝜌
1
𝐿𝐿2
𝐼𝐼
𝑆𝑆
Préformes C :
Température d’activation de l’oxydation
Perte de masse sous flux d’air
ESEM SE ESEM BSE
Fractographie Optique
17
18. Moyens mis en œuvre (ULg/MMS)
Interactions micro-macro
La limitation des propriétés mécaniques provient
de plusieurs types de défauts:
– Défauts d’imprégnation (vides, porosité)
– Mouvement des brins
– Endommagement des brins/fibres
– Réaction métal/fibres
18
19. Résultats
• Prétraitements
Rigidification de la préforme (SG SiO2/phosp. Al)
Augmentation de la tenue à l’oxydation des fibres
T300 (SG SiO2)
Effet du traitement sol/gel sur la tenue à l’oxydation (TGA/ATD) 19
20. Résultats
• Préchauffage
Plusieurs techniques mises en œuvre
- Préchauffe simple (four)
- Soufflage d’air chaud
- Chauffage Joule (basse tension)
i. Temps long
ii. Oxydation importante
iii. Dégradation des fibres
i. Mise en œuvre complexe
ii. Risques électriques
Préchauffe simple (four) Chauffage Joule
Technique Temps requis Température atteinte
Four 1 à 3 minutes 250 à 1000 °C
Soufflage 5 à 10 minutes 250 à 350 °C
Joule 1 à 10 secondes 250 à 1500 °C
20
21. Résultats
• Paramètres d’injection et de compactage
Les paramètres (T, t, P) doivent être adaptés:
- Température du métal maximale (600 °C)
- Vitesse injection réduite, temps de maintien plus
élevé (>1s)
- Pression de compactage élevée (>30 MPa)
21
24. Résultats
• Module de Young (Injection)
Echantillon Section relative
de zone
renforcée
Taux de fibres
réel
Module
apparent
(E’, GPa)
Module réel
(E’, GPa)
Module
théorique
(E, GPa)
1 0.22 0.51 58.66 116 122
2/3 0.24/- 0.49/- 58.38/43.4 109/43.4 119/45
4 0.19 0.53 54.56 106 125
5/6 ?/- ?/- ?/41.16 ?/41.16 ?/45
~45-55 vol.% fC T300
AZ91D
P=70 MPa
Grindosonic
Matériau Module de Young
Fibre C T300 ~200 GPa
AZ91D ~45 GPa
24
25. Conclusions (ULg)
• Etude de traitements sur préformes (sol/gel
SiO2, phosph. Al) sur la rigidification, la qualité
d’imprégnation et la résistance à l’oxydation.
• Démonstration de la faisabilité et définition de
paramètres d’infiltration (T, t, P) par l’alliage Mg
AZ91, d’éprouvettes préchauffées en fibres de C
T300.
• Mise en corrélation de propriétés micro/macro
(résistance, rigidité) et étude des défauts.
25
26. Perspectives d’industrialisation
• Imprégnation préforme carbone dans des
conditions industrielles:
– Maîtrise réalisation préforme C tridimensionnelle
– Maîtrise « ensimage » fibres
– Maîtrise préchauffage moule et préforme
– Maîtrise maintien préforme dans moule
– Réalisation d’un outillage fonctionnel
• Réalisation de pièces
• Validation des pièces par l’industriel
26
28. Références
[1] CES Edupack 2009/2012
[2] Techniques de l’ingénieur, Propriétés des fibres de carbone, http://www.techniques-ingenieur.fr/base-
documentaire/materiaux-th11/materiaux-composites-presentation-et-renforts-42142210/fibres-de-carbone-
am5134/proprietes-des-fibres-de-carbone-am5134niv10002.html
[3] Metal Matrix Composites: The Global Market, http://www.bccresearch.com/market-research/advanced-
materials/metal-matrix-composites-market-avm012d.html
[4] H. Dieringa et al., Magnesium Based MMCs Reinforced with C-Fibers, 2005, The Azo journal of materials.
[5] C. Hausmann et al., Zur Kompatibilität verschiedener Al und Mg C-Faser-Systeme hergestellt mittels Squeeze
Casting, 1999, Verbundwerkstoffe und Werkstoffverbunde (Conférence sur les procédés MMS)
28