Étude des mélanges utilisés en moulage par injection des poudres métalliques à base de superalliages

Résumé

Le moulage par injection des poudres métalliques est un procédé qui permet de fabriquer des pièces complexes en forme finale avec une précision dimensionnelle adéquate et d’excellentes propriétés mécaniques. Ce procédé s’exécute en quatre étapes. Premièrement, le mélange est formulé à partir d’une poudre métallique et d’un liant polymérique fondu; deuxièmement, ce mélange poudre-liant est injecté dans la cavité d’un moule, refroidi, et puis éjecté du moule; troisièmement, cette pièce est déliantée afin d'en retirer le liant; et quatrièmement, le frittage permet de consolider la pièce par diffusion à l’état solide du métal et finalement de produire une pièce métallique dense. Toutes ces étapes sont importantes, mais l’injection est particulièrement cruciale, car des défauts critiques peuvent y subvenir telles des fissures, des porosités ou des distorsions. Son succès repose sur le contrôle de la fluidité du mélange poudreliant où plusieurs facteurs entrent en jeu, soit les paramètres d’injection, les caractéristiques de la poudre et la formulation du liant. Bien que l’influence générale de chacun de ces facteurs ait été observée, la corrélation entre ces paramètres et la moulabilité d’un mélange demeure complexe et la prédiction efficace des performances d’un mélange poudre-liant n’est encore possible que par des essais d’injections à l’échelle réelle ou des essais rhéologiques sur les mélanges qui sont des méthodes qui consomment beaucoup de ressources. Ainsi, le développement du procédé de moulage par injection des poudres métalliques est encore aujourd’hui limité par le manque de connaissances sur les mécaniques fondamentales de la rhéologie des mélanges poudre-liant. Le but de ce travail est d’étudier certaines de ces mécaniques par l'observation exclusive de l'impact des caractéristiques des poudres sèches sur l'étape d'injection, en conservant les paramètres d'injection et la formulation du liant constants afin d’en isoler l'effet. Pour ce faire, quatre poudres d'acier inoxydable de formes et de tailles différentes ont, dans un premier temps, été caractérisées à l'aide du rhéomètre à poudre FT4 afin de générer quatorze métriques décrivant leur comportement à l'écoulement. Par la suite, ces poudres ont été combinées à un liant afin de produite quatre mélanges poudre-liant dont le profil de viscosité a été mesuré par un rhéomètre rotatif. Finalement, l'aptitude des mélanges à être injectés (c.-à-d., leur moulabilité) a été évaluée pas des essais d'injections à l'échelle réelle. Les résultats ont démontré une forte corrélation entre la moulabilité et la viscosité à l’état fondu, confirmant le fait connu que la moulabilité peut être prédite efficacement par des essais rhéologiques sur les mélanges. Or, de fortes corrélations ont également été observées entre la moulabilité et plusieurs métriques obtenues par l’approche de la rhéologie des poudres sèches, particulièrement la densité en vrac conditionnée (CBD) et l'énergie d'écoulement fondamentale normalisée (NBFE). Puisque la rhéologie sèche demande moins de ressources que la rhéologie des mélanges, cette méthode devient alors très prometteuse pour faciliter le développement et l'optimisation de mélanges poudre-liant pour l'étape d'injection.

Date	19 nov. 2021
langue originale	Français
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Vincent Demers (Directeur(-trice)) & Vladimir Brailovski (Codirecteur(-trice))