METHODE DE REVETEMENT DE PIECE

Abstract

 L'invention concerne un dispositif (10) comprenant une première partie (11) réalisée dans un premier matériau et une seconde partie (12) réalisée dans un second matériau, la seconde pièce s'étend depuis l'une des faces de la première partie et est réalisée en un matériau amorphe.

Description

[0001] La présente invention concerne un dispositif comprenant une première pièce réalisée dans un premier matériau et au moins une seconde pièce réalisée dans un second matériau, caractérisé en ce que la seconde pièce est réalisée en une mousse et assemblée à la première pièce.

[0002] Le domaine technique de l'invention est le domaine de la mécanique fine.

ARRIERE PLAN TECHNOLOGIQUE

[0003] Il existe de nombreuses méthodes pour réaliser un revêtement d'une première pièce. Les méthodes connues consistent à généralement déposer une couche du matériau voulu par électrodéposition.

[0004] Toutefois, cette électrodéposition présente l'inconvénient de ne permettre le dépôt que de revêtements de faibles épaisseurs ce qui se traduit par une faible résistance aux chocs.

[0005] Les chocs appliqués à la dite pièce entrainent alors un marquage du revêtement diminuant l'aspect esthétique de la pièce et dégradant les performances du revêtement.

[0006] Une autre solution consiste à utiliser une feuille métallique et à fixer cette feuille métallique sur la pièce à revêtir faisant office de support. La fixation se fait par collage ou soudage ou brasage ou insertion à force.

[0007] Un inconvénient à cette méthode est que qu'elle ne convient pas pour des matériaux qui sont fragiles du type silicium.

RESUME DE L'INVENTION

[0008] L'invention a pour but de pallier les inconvénients de l'art antérieur en proposant de fournir un procédé pour revêtir une pièce de façon simple et sûre sans limitation quant à la nature des pièces fixées ensemble.

[0009] A cet effet, l'invention concerne un procédé de fabrication d'une pièce composée d'une première partie réalisée en un premier matériau et d'une seconde partie réalisée en un second matériau, caractérisé en ce que ledit procédé comprend en outre les étapes suivantes :

• se munir d'une préforme réalisée avec le second matériau, ledit second matériau étant un matériau métallique au moins partiellement amorphe apte à devenir une mousse sous des conditions de température et de pression;
• se munir de ladite première partie et placer ladite première partie et la préforme entre deux matrices ayant la forme négative de la pièce à fabriquer;
• chauffer l'ensemble à une température comprise entre la température de transition vitreuse Tg et la température de cristallisation Tx de la préforme afin de permettre, au plus tard lors de cette étape, à la préforme de se présenter sous la forme d'une mousse et de permettre une expansion de ladite préforme afin de remplir la forme négative du dispositif et former ladite pièce
• refroidir l'ensemble pour solidifier la préforme et séparer le dispositif des matrices.

[0010] Dans un premier mode de réalisation de l'invention, l'expansion de la préforme est utilisée pour former une pièce revêtue.

[0011] Dans un second mode de réalisation de l'invention, l'expansion de la préforme est utilisée pour former une pièce bi-matière.

[0012] Dans un troisième mode de réalisation de l'invention, la première partie est munie d'au moins une cavité dans laquelle la mousse métallique amorphe formant la seconde pièce s'étend.

[0013] Dans un quatrième mode de réalisation de l'invention, la première partie est munie d'au moins une protubérance (15) autour de laquelle la mousse métallique amorphe formant la seconde pièce s'étend.

[0014] Dans un cinquième mode de réalisation de l'invention, la première partie est munie de structurations (14) permettant une meilleure accroche de la seconde partie.

[0015] Dans un autre mode de réalisation de l'invention, le procédé comprend une étape préliminaire de fabrication d'une préforme en mousse d'alliage métallique au moins partiellement amorphe.

[0016] Dans un autre mode de réalisation de l'invention, l'expansion de la mousse est contrôlée par la température, plus la température est élevée et plus l'expansion est importante.

[0017] Dans un autre mode de réalisation de l'invention, l'expansion de la mousse dépend de la densité de gaz dans la mousse, plus le volume de gaz emprisonné est grand est plus l'expansion sera grande.

[0018] Dans un autre mode de réalisation de l'invention, l'expansion est réalisée en ayant la pression dans la mousse supérieure à celle de l'atmosphère.

[0019] L'invention concerne également un dispositif comprenant une première partie réalisée dans un premier matériau et une seconde partie réalisée dans un second matériau, caractérisé en ce que la seconde pièce s'étend depuis l'une des faces de la première partie et est réalisée en une mousse d'alliage métallique au moins partiellement amorphe.

[0020] Dans un premier mode de réalisation de l'invention, la seconde pièce est un revêtement.

[0021] Dans un second mode de réalisation de l'invention, la seconde pièce permet de former une pièce bi-matière.

[0022] Dans un troisième mode de réalisation de l'invention, la première pièce est munie d'au moins une cavité dans laquelle la mousse métallique amorphe formant la seconde pièce s'étend.

[0023] Dans un quatrième mode de réalisation de l'invention, la première pièce est munie d'au moins une protubérance autour de laquelle la mousse métallique amorphe formant la seconde pièce s'étend.

[0024] Dans un cinquième mode de réalisation de l'invention, la première pièce est munie de structurations dans laquelle la mousse métallique amorphe formant la seconde pièce s'étend.

BREVE DESCRIPTION DES FIGURES

[0025] Les buts, avantages et caractéristiques du procédé selon la présente invention apparaîtront plus clairement dans la description détaillée suivante d'au moins une forme de réalisation de l'invention donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et illustrée par les dessins annexés sur lesquels :

• la figure 1 représente de manière schématique un dispositif selon un premier mode de réalisation de l'invention;
• les figures 2 à 4 représentent de manière schématique le procédé d'assemblage d'un dispositif selon un premier mode de réalisation de l'invention;
• les figures 5 et 6 représentent de manière schématique une variante du dispositif selon le premier mode de réalisation de l'invention;
• les figures 7 à 9 représentent de manière schématique différents modes de réalisation de l'invention.

DESCRIPTION DETAILLEE

[0026] La présente invention concerne un dispositif et son procédé d'assemblage, le dispositif comprenant une première pièce et au moins une seconde pièce.

[0027] Dans un premier mode de réalisation de l'invention visible à la figure 1, le dispositif 10 comprend une première partie 11 et une seconde partie 12. La première partie 11 est réalisée dans un premier matériau alors que la seconde partie 12 est réalisée dans un second matériau.

[0028] Avantageusement selon ce premier mode de réalisation, la première partie ou la seconde partie est réalisée sous la forme d'une mousse métallique au moins partiellement amorphe comprenant au moins un élément métallique tel qu'un alliage métallique au moins partiellement amorphe.

[0029] Cet élément métallique peut être un élément métallique classique tel que le fer, le nickel, le zirconium, ou précieux tel que l'or, le platine, le palladium, le rhénium, le ruthénium, le rhodium, l'argent, l'iridium ou l'osmium. On comprendra par matériau au moins partiellement amorphe que le matériau est apte à se solidifier au moins partiellement en phase amorphe, c'est-à-dire qu'il est soumis à une montée en température au-dessus de sa température de fusion lui permettant de perdre localement toute structure cristalline, ladite montée étant suivie d'un refroidissement à une température inférieure à sa température de transition vitreuse lui permettant de devenir au moins partiellement amorphe.

[0030] Une telle mousse peut être réalisée en utilisant différentes techniques. Une première méthode consiste à se munir d'un alliage et de le faire chauffer jusqu'à lui faire atteindre un état liquide. A ce moment-là, des bulles de gaz sont injectées dans ledit alliage se trouvant à l'état liquide. Cette injection de bulles de gaz intervient avant une étape de refroidissement rapide. Cette étape de refroidissement rapide est opérée pour solidifier ledit alliage tout en emprisonnant les bulles de gaz.

[0031] Une seconde méthode pour réaliser une telle mousse consiste à se munir d'un alliage et de le faire chauffer jusqu'à lui faire atteindre un état liquide. A ce moment-là, des agents chimiques sont injectés dans ledit alliage se trouvant à l'état liquide. Ces agents chimiques sont des agents libérateurs de gaz de sorte que ces derniers, sous certaines conditions, libèrent des gaz. Ces agents chimiques ou précurseurs peuvent être par exemple des hydrides de titane ou de zirconium. Cette libération de gaz intervient avant une étape de refroidissement rapide. Cette étape de refroidissement rapide est opérée pour solidifier ledit alliage tout en emprisonnant les bulles de gaz.

[0032] Une variante de cette seconde méthode consiste à fournir un matériau apte à devenir une mousse afin d'obtenir un matériau qui ne devient une mousse métallique amorphe qu'au moment de sa mise en forme. En effet, les agents chimiques utilisés sont des agents libérateurs qui libèrent des gaz sous certaines conditions de température et de pression. Ainsi, en augmentant la pression lors du refroidissement, la libération du gaz est contenue. Lors de la mise en forme, l'augmentation de température permet la libération du gaz et donc la transformation du matériau en mousse.

[0033] Une troisième méthode pour réaliser une mousse en métal amorphe consiste en des dépôts successifs de couches de poudre, chaque couche de poudre étant frittée localement par un faisceau laser ou à électron. Ce frittage local permet ainsi, au niveau de chaque couche de poudre, de créer les pores qui permettront de former la mousse.

[0034] Cela permet avantageusement de réaliser des pièces revêtues ou des pièces bi-matière, la seconde partie 12 est alors un revêtement ou une partie intégrante de la première partie 11.

[0035] En effet, il peut être utile, pour des pièces en matériaux fragiles comme le silicium, d'avoir des parties revêtues ou réalisées dans un matériau plus résistant ou présentant des propriétés mécaniques plus favorables ou carrément d'avoir une partie entière de la pièce qui est réalisée dans un autre matériau. Ce mode de réalisation permet également de simplement réaliser la seconde pièce et son assemblage à la première pièce lors d'un seul processus.

[0036] Dans le cas où une pièce est revêtue avec la mousse métallique amorphe, on considérera l'exemple d'une lunette 21 faisant office de première partie 11, revêtue par une couche 22 en mousse faisant office de seconde partie 12 formant une pièce revêtue 20 qui est le dispositif 10 final comme visible à la figure 1. Le premier matériau peut être un matériau classiquement utilisé comme l'acier, le laiton, l'aluminium ou le titane mais il peut être également un matériau dit fragile. On entend par matériau fragile un matériau qui n'a pas de domaine plastique exploitable comme par exemple le quartz, le rubis, le saphir, le verre, le silicium, la graphite, le carbone ou une céramique telle que le nitrure de silicium et le carbure de silicium ou un composite de type cermet.

[0037] Le procédé consiste, dans une première étape, à se munir d'une préforme 23 de mousse en métal amorphe.

[0038] Une seconde étape consiste à se munir de la partie à revêtir, ici la lunette 21, et de la placer dans un moule 24 pouvant être des matrices 24a, 24b ayant la forme négative de la pièce revêtue comme visible à la figure 2. Ce moule peut être formé de deux matrices. La préforme 23 est également placée dans le moule.

[0039] Par exemple, si on désire revêtir la totalité de la surface d'une lunette ou d'un rouage avec une couche de mousse métallique amorphe de 0,1 millimètre, le moule aura la forme du rouage ou de la lunette et des dimensions égales aux dimensions du rouage auxquels sont ajoutés les 0,1 millimètre de la couche. Il existe donc un espace 25 à remplir.

[0040] Dans une troisième étape, une étape de chauffage est réalisée. Cette étape de chauffage consiste à chauffer l'ensemble à une température comprise entre la température de transition vitreuse Tg et la température de cristallisation Tx de la préforme. A cette température, les métaux amorphes ont une viscosité qui diminue fortement, la diminution de la viscosité étant dépendante de la température: plus la température est élevée, plus la viscosité diminue. Cette viscosité permet au métal amorphe, lorsqu'il est soumis à une contrainte, de s'insérer dans tous les recoins d'un moule.

[0041] Cette élévation de la température permet également de chauffer les bulles de gaz présentes dans la préforme en mousse. Or, un gaz chauffé entre en expansion de sorte qu'il occupera un volume plus important. Etant donné que le métal amorphe de la mousse se trouve dans un état dit visqueux, cette expansion du gaz provoque une expansion de la préforme en mousse, cette préforme se met à gonfler comme visible à la figure 3. Par conséquent, le volume pris par la préforme augmente. Cette augmentation du volume de la préforme associée aux caractéristiques de mise en forme des métaux amorphes entraîne le remplissage du moule comme visible à la figure 4.

[0042] Pour permettre l'expansion de la préforme en mousse de métal amorphe, il est nécessaire que la pression dans le négatif soit inférieure à la pression du gaz à l'intérieur de la préforme sinon il ne peut y avoir d'expansion. Dans le cas d'un moule étanche, il pourra être astucieusement prévu de mettre la cavité formée par les deux matrices sous vide. Dans le cas où les deux matrices forment un moule non étanche, il sera prévu que l'enceinte dans laquelle se trouve le moule soit mise sous vide ou à une pression suffisamment inférieure à la pression du gaz.

[0043] De même, pour éviter que la contrainte exercée par l'expansion de la préforme n'entraine une désolidarisation des deux matrices du moule, ces deux matrices peuvent être fixées entre elles via des moyens de fixation comme des vis ou simplement en exerçant sur elles une pression.

[0044] Une fois que l'expansion de la préforme est réalisée, une étape de refroidissement est opérée. Cette étape de refroidissement est faite pour figer la préforme en mousse de métal amorphe et former la pièce intermédiaire. Le dispositif est alors séparé des matrices pour obtenir le dispositif de la figure 1.

[0045] Dans le cas où une pièce est bi-matière, on comprendra que la pièce finale est composée d'une première partie 11 dans un matériau quelconque et d'une seconde partie 12 en mousse métallique amorphe. Le procédé consiste, dans une première étape, à se munir d'une préforme de mousse en métal amorphe. Par exemple, il peut s'agir d'une lunette bi-matière constituée d'une base 31 faisant office de première partie 11 sur une seconde partie 12 en un second matériau. Cette seconde partie 12 forme alors une coque extérieure 32 de la lunette comme visible à la figure 5.

[0046] Dans un autre exemple, la pièce finale 10 pourra être un axe 41 dont les tigerons 42 sont réalisés dans un second matériau comme visible à la figure 6.

[0047] Dans ces deux exemples, on comprendra que la première partie ou la seconde partie peuvent être en mousse métallique amorphe.

[0048] Ces deux exemples mettent en lumière l'avantage d'une pièce bi-matière qui est de pouvoir sélectionner le matériau suivant l'utilisation qui en est faite.

[0049] Une seconde étape consiste à se munir de la première partie 11 de la pièce bi-matière et de la placer dans un moule ayant la forme et les dimensions de la pièce finale.

[0050] Dans cette seconde étape, la préforme est également placée dans le moule. La préforme présente une forme similaire à celle de la deuxième partie.

[0051] Dans une troisième étape, une étape de chauffage est réalisée. Cette étape de chauffage consiste à chauffer l'ensemble à une température comprise entre la température de transition vitreuse Tg et la température de cristallisation Tx de la préforme. A cette température, les métaux amorphes ont une viscosité qui diminue fortement, la diminution de la viscosité étant dépendante de la température : plus la température est élevée, plus la viscosité diminue. Cette viscosité permet au métal amorphe de s'insérer dans tous les recoins d'un moule. Cette élévation de la température permet également de chauffer les bulles de gaz présentent dans la préforme en mousse.

[0052] Or, un gaz chauffé entre en expansion de sorte qu'il occupera un volume plus important. Etant donné que le métal amorphe de la mousse se trouve dans un état dit visqueux, cette expansion du gaz provoque une expansion de la préforme en mousse, cette préforme se met à gonfler. Par conséquent, le volume pris par la préforme augmente. Cette augmentation du volume de la préforme associée aux caractéristiques de mise en forme des métaux amorphes entraîne le remplissage du moule c'est à dire le remplissage de l'espace dédié à la seconde partie de la pièce finale.

[0053] Une fois que l'expansion de la préforme est réalisée, une étape de refroidissement est opérée. Cette étape de refroidissement est faite pour figer la préforme en mousse de métal amorphe et former la pièce intermédiaire.

[0054] Dans une variante de ce premier mode de réalisation visible à la figure 7, il est envisageable que la première pièce 11 de la pièce finale soit munie d'une cavité 13. Cette cavité 13 est utilisée pour améliorer la liaison entre la première pièce 31 et la seconde pièce 32 dans les cas où la seconde pièce 32 est un revêtement ou est utilisée pour former une pièce bi-matière. La réalisation d'une cavité 13 permet, lors de la fabrication, à la mousse métallique amorphe de s'y étendre pour renforcer la liaison entre la première pièce et la seconde pièce.

[0055] Cette cavité peut être munie ou être remplacée selon les cas par des structurations 14 qui augmentent la rugosité et donc l'accroche comme visible à la figure 8.

[0056] Dans une alternative de la première variante du premier mode de réalisation, la cavité est agencée pour avoir une forme telle que sa surface n'est pas constante. Cela signifie que la cavité ne présente pas un profil constant en fonction de la profondeur. Idéalement, il sera prévu que le profil de la cavité s'élargisse en fonction de la profondeur de sorte à créer une retenue naturelle.

[0057] Dans une variante du procédé des différents modes de réalisation, la préforme ne devient une mousse que lors de la troisième étape. En effet, lorsque la mousse utilise des agents chimiques précurseurs qui libèrent du gaz sous l'effet d'une température, il a été précédemment décrit que l'on pouvait refroidir l'alliage contenant ces agents chimiques précurseurs avant qu'ils ne libèrent le gaz permettant d'obtenir une préforme ne se présentant pas sous la forme d'une mousse.

[0058] Cette possibilité permet d'avoir un procédé dans lequel l'étape de transformation de la préforme en mousse et l'étape d'expansion de ladite mousse ont lieu en même temps. Cela est rendu possible car la libération du gaz par les agents chimiques précurseurs et l'expansion de la mousse se produisent lorsque le matériau est chauffé.

[0059] Par conséquent, le procédé consiste à se munir de la préforme ne se présentant pas sous la forme d'une mousse et de la placer dans le moule. Le tout est alors chauffé à une température permettant aux agents chimiques précurseurs de libérer du gaz, cette température permettant également aux gaz de se dilater et d'entrainer une expansion du matériau

[0060] Dans les différents modes de réalisation, le contrôle de l'expansion de la préforme en mousse métallique amorphe peut se faire de plusieurs façons.

[0061] Une première solution consiste à modifier la densité des bulles de gaz lors de la fabrication de la mousse. Une méthode de fabrication de mousse en métal amorphe consiste à injecter des bulles de gaz dans le métal en fusion et à le refroidir pour emprisonner ces bulles. L'injection de bulles de gaz peut être contrôlée pour qu'elles soient réparties de façon plus ou moins homogène et plus ou moins dense. On comprendra alors que plus la densité des bulles de gaz est grande et plus le volume de gaz enfermé dans la mousse est important. Or, plus le volume de gaz enfermé est important et plus l'expansion sera grande du fait de la dilatation du gaz durant l'étape de chauffage.

[0062] Une seconde solution consiste à contrôler l'expansion de la mousse métallique amorphe en modifiant la température de l'étape de chauffage. Effectivement, lorsqu'un gaz est soumis à un réchauffement, la quantité de mouvement des particules qui le composent augmente. À volume constant, cela se traduit par une augmentation de la pression, car le nombre de chocs entre particules par unité de surface augmente. Si la pression doit rester constante, le volume du gaz doit alors augmenter, selon la loi des gaz parfaits. Par conséquent, en augmentant ou en diminuant la température de chauffage durant l'étape de chauffage, on fait varier le volume du gaz enfermé dans la mousse métallique amorphe et on modifie donc son expansion.

[0063] Dans une troisième solution, le contrôle de l'expansion de la mousse métallique amorphe se fait par contrôle de l'atmosphère dans l'enceinte de chauffage du second mode de réalisation ou dans la cavité du moule dans le premier mode de réalisation. Cette solution part du principe que l'expansion est possible à partir du moment où la pression du gaz enfermé dans la mousse métallique amorphe est supérieure à celle de l'atmosphère extérieure à la mousse. L'idéal est que l'atmosphère extérieure soit proche du vide de sorte à favoriser au maximum l'expansion de la mousse. De ce fait, en ajustant la pression extérieure, l'amplitude de l'expansion de ladite mousse est ajustée sachant que plus la pression de l'atmosphère extérieure est importante et moins l'expansion sera importante.

[0064] On comprendra que diverses modifications et/ou améliorations et/ou combinaisons évidentes pour l'homme du métier peuvent être apportées aux différents modes de réalisation de l'invention exposée ci-dessus sans sortir du cadre de l'invention définie par les revendications annexées.

[0065] Bien entendu, il est envisageable que les cavités puissent être remplacées ou complétées avec des protubérances 15 comme visibles à la figure 9. Ces protubérances sont les négatifs des cavités et ont la même fonction. On entend par là que la mousse métallique amorphe est mise en forme de sorte à pouvoir envelopper cette ou ces protubérances et améliorer la solidarisation entre la première partie et la seconde partie.

Revendications

1. Procédé de fabrication d'une pièce (10) composée d'une première partie (11) réalisée en un premier matériau et d'une seconde partie (12) réalisée en un second matériau, caractérisé en ce que ledit procédé comprend en outre les étapes suivantes :

- se munir d'une préforme réalisée avec le second matériau, ledit second matériau étant un matériau métallique au moins partiellement amorphe apte à augmenter son volume sous des conditions de température et de pression;

- se munir de ladite première partie et placer ladite première partie et la préforme entre deux matrices ayant la forme négative de la pièce à fabriquer;

- chauffer l'ensemble à une température comprise entre la température de transition vitreuse Tg et la température de cristallisation Tx de la préforme afin de permettre, au plus tard lors de cette étape, à la préforme de former une mousse et de permettre une expansion de ladite préforme afin de remplir la forme négative du dispositif et former ladite pièce;

- refroidir l'ensemble pour solidifier la préforme et séparer le dispositif des matrices.

2. Procédé de fabrication selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'expansion de la préforme est utilisée pour former une pièce revêtue.

3. Procédé de fabrication selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'expansion de la préforme est utilisée pour former une pièce bi-matière.

4. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la première partie est munie d'au moins une cavité (13) dans laquelle la mousse métallique amorphe formant la seconde pièce s'étend.

5. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la première partie est munie d'au moins une protubérance (15) autour de laquelle la mousse métallique amorphe formant la seconde pièce s'étend.

6. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la première partie est munie de structurations (14) permettant une meilleure accroche de la seconde partie.

7. Procédé de fabrication selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une étape préliminaire de fabrication d'une préforme en mousse d'alliage métallique au moins partiellement amorphe.

8. Procédé de fabrication selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'expansion de la mousse est contrôlée par la température, plus la température est élevée et plus l'expansion est importante.

9. Procédé de fabrication selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'expansion de la mousse dépend de la densité de gaz dans la mousse, plus le volume de gaz emprisonné est grand et plus l'expansion sera grande.

10. Procédé de fabrication selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'expansion est réalisé en ayant la pression dans la mousse supérieure à celle de la pression ambiante.

11. Dispositif (10) comprenant une première partie (11) réalisée dans un premier matériau et une seconde partie (12) réalisée dans un second matériau, caractérisé en ce que la seconde pièce s'étend depuis l'une des faces de la première partie et est réalisée en une mousse d'alliage métallique au moins partiellement amorphe.

12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que la seconde pièce est un revêtement.

13. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que la seconde pièce permet de former une pièce bi-matière.

14. Dispositif selon l'une des revendications 11 à 13, caractérisé en ce que la première pièce est munie d'au moins une cavité dans laquelle la mousse métallique amorphe formant la seconde pièce s'étend.

15. Dispositif selon l'une des revendications 11 à 14, caractérisé en ce que la première pièce est munie d'au moins une protubérance autour de laquelle la mousse métallique amorphe formant la seconde pièce s'étend.

16. Dispositif selon l'une des revendications 11 à 15, caractérisé en ce que la première pièce est munie de structurations dans laquelle la mousse métallique amorphe formant la seconde pièce s'étend.

Dessins