Les lubrifiants dans le pressage de poudres d'alliages d'aluminium remplissent une double fonction essentielle : faciliter la densification mécanique pendant le cycle de pressage et définir la structure matérielle finale pendant le frittage. Ils agissent principalement pour réduire la friction entre les particules afin de permettre un tassement plus serré, puis se décomposent ensuite pour créer une porosité interne contrôlée.
Point essentiel Les lubrifiants servent à la fois d'aide au traitement et d'outil d'ingénierie structurelle. Ils sont essentiels pour obtenir une densité uniforme et protéger les outils pendant la phase de formage, mais leur élimination pendant le frittage est le principal mécanisme utilisé pour réguler la porosité spécifique et la taille des pores du produit en aluminium final.
La mécanique de la densification
Réduction de la friction interparticulaire
Lors de la phase initiale de pressage, le principal obstacle à l'obtention d'une densité élevée est la friction entre les particules individuelles de poudre d'aluminium.
Les lubrifiants enrobent ces particules, réduisant considérablement cette résistance.
Cette réduction permet aux particules de glisser les unes sur les autres, facilitant le réarrangement des particules et assurant que la poudre se tasse aussi serré que possible.
Amélioration de la transmission de la pression
La friction n'existe pas seulement entre les particules ; elle se produit également entre la poudre et les parois du moule.
Une friction élevée sur les parois peut entraîner une chute de pression lorsqu'elle traverse la colonne de poudre, conduisant à une densité inégale (gradients) dans la pièce.
En atténuant cette friction sur les parois latérales, les lubrifiants garantissent que la force de pressage est transmise efficacement dans tout le compact, résultant en une densité uniforme de haut en bas.
Ingénierie de la structure matérielle
Création de pores par décomposition
Le rôle du lubrifiant change radicalement une fois la phase de pressage terminée.
Pendant le processus de frittage (chauffage), le lubrifiant est conçu pour se décomposer thermiquement et s'échapper du métal compacté.
Lorsque le lubrifiant quitte le matériau, il laisse derrière lui des espaces vides, créant effectivement des pores internes au sein de la structure de l'alliage d'aluminium.
Régulation des niveaux de porosité
Cette création de pores n'est pas accidentelle ; c'est un paramètre contrôlable.
En ajustant le ratio d'ajout du lubrifiant mélangé à la poudre, les fabricants peuvent réguler précisément le volume et la taille des pores dans le produit final.
Cela permet d'ingénierer des caractéristiques matérielles spécifiques, telles que la réduction de poids ou la perméabilité, basées entièrement sur la quantité de lubrifiant.
Protection de l'écosystème de fabrication
Prolongation de la durée de vie des moules
Lorsqu'ils sont appliqués sur la cavité du moule et les poinçons, les lubrifiants créent un film protecteur mince entre la poudre métallique et les outils en acier.
Ce film empêche la poudre d'aluminium de coller ou de "galler" le moule sous haute pression.
En agissant comme une barrière, le lubrifiant prolonge considérablement la durée de vie des matrices et des poinçons de précision.
Préservation de l'intégrité du compact vert
Le processus d'éjection de la pièce pressée (le "compact vert") du moule crée des contraintes mécaniques importantes.
Sans lubrification, une friction élevée lors de l'éjection peut provoquer des rayures, des fissures ou une délamination de la pièce.
Les lubrifiants minimisent cette résistance au démoulage, garantissant que l'intégrité de surface de la pièce reste intacte lorsqu'elle est expulsée de la matrice.
Comprendre les compromis
Équilibrer densité et porosité
Il existe un compromis inhérent entre les comportements de pressage et de frittage des lubrifiants.
Bien que les lubrifiants améliorent la densité verte en aidant les particules à se tasser, le lubrifiant lui-même occupe un volume dans le compact.
Étant donné que ce volume devient un espace vide (pores) après le frittage, l'ajout de trop de lubrifiant pour réduire la friction peut involontairement abaisser la densité et la résistance finales de la pièce frittée si une porosité élevée n'est pas l'objectif de conception.
Faire le bon choix pour votre objectif
La sélection de la bonne stratégie de lubrification dépend si vous privilégiez l'intégrité structurelle ou l'efficacité de fabrication.
- Si votre objectif principal est la porosité contrôlée : Augmentez le ratio d'ajout de lubrifiant pour créer des espaces vides plus grands et plus fréquents pendant la phase de décomposition du frittage.
- Si votre objectif principal est la durée de vie des outils : Privilégiez l'application de lubrifiants saturés directement sur les parois du moule et les poinçons pour créer un film protecteur robuste contre l'abrasion à haute pression.
- Si votre objectif principal est la densité uniforme : Assurez-vous que le lubrifiant est capable de réduire la friction interparticulaire et la friction sur les parois pour éviter les gradients de densité et les fissures de surface.
Le succès du pressage de poudres d'aluminium réside dans l'optimisation du ratio de lubrifiant pour obtenir la densité verte la plus élevée possible tout en réservant juste assez de volume pour ingénierer la structure de pores finale souhaitée.
Tableau récapitulatif :
| Catégorie de fonction | Mécanisme principal | Bénéfice pour le produit final |
|---|---|---|
| Densification | Réduit la friction des particules et des parois | Obtention d'une densité uniforme et d'une transmission de pression efficace |
| Contrôle structurel | Décomposition thermique pendant le frittage | Régule les niveaux de porosité interne et la taille des pores |
| Protection des outils | Crée une barrière de film mince sur les matrices | Prolonge la durée de vie des moules et empêche le galling du matériau |
| Assurance qualité | Réduit la résistance au démoulage | Prévient les fissures, les rayures et la délamination lors de l'éjection |
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Références
- Avijit Sinha, Zoheir Farhat. Reciprocating Wear Behavior of Al Alloys: Effect of Porosity and Normal Load. DOI: 10.15344/2455-2372/2015/117
Cet article est également basé sur des informations techniques de Kintek Press Base de Connaissances .
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