Réarrangement et évolution du taux de porosités durant le frittage des carbures cémentés WC-Co

Abstract

Le frittage avec phase liquide est un procédé d'élaboration de matériaux à partir de mélange de poudre à une température précise, l'un des constituants du mélanges fond la phase liquide qui en résulte permet d'assurer la densification du système. Les forces motrices du frittage avec phase liquide ne permettent pas de corriger les défaillances du processus de réalisation du mélange. Les produits obtenus par frittage avec phase liquide sont d'autant plus homogènes que le mélange de poudre de base approche de l'idéalité. Dans le cadre de ce travail, nous avons cherché à optimiser l'homogénéité des carbures cémentés en procédant à la densification de mélanges de base par compression isostatique à chaud. Ce puissant procédé est utilisé pour fabriquer des carbures cémentés WC-Co totalement denses et dotés de propriétés mécaniques performantes. L'étude comparée des propriétés des carbures cémentés obtenus par les deux techniques : frittage avec phase liquide et frittage suivi d'une densification par C.I.C a pu être réalisée. Trois mélanges de carbures cémentés 3, 5 et 6% en masse de cobalt ont été élaborés par frittage avec phase liquide en utilisant les équipements de la société ERIS industrie de Batna. Nous avons utilisé la presse C.I.C du laboratoire de métallurgie Pprime de poitier (France) pour élaborer trois autres échantillons similaires à ceux obtenus par frittage. L'étude comparée des propriétés des carbures cémentés obtenus par les deux techniques (frittage et C.I.C) a pu être ainsi réalisée dans le cadre de ce travail. L'analyse par diffraction des rayons X a permis de mettre en évidence l'existence de carbure de type cobalt dans les échantillons élaborés par frittage en phase liquide. Le mécanisme de dissolution précipitation est probablement à l'origine de l'apparition de cette phase. La durée élevée du traitement de frittage avec phase liquide favorise ce phénomène. Les grains de WC se dissolvent et les atomes de carbone libérés diffusent à travers la phase liquide et réagissent avec le Co pour former une nouvelle phase de carbure de type cobalt.

La caractérisation microstructurale par microscopie électronique à balayage nous a permis de comparer les microstructures des échantillons élaborés par frittage avec phase liquide avec celles des échantillons frittés, suivis d'une densification par C.I.C. les grains de carbure de tungstène semblent répartis d'une manière homogène dans les échantillons frittés suivis d'une densification par C.I.C. Les échantillons élaborés par frittage en phase liquide sont caractérisés par une répartition non homogène de la phase de carbure. En effet, on observe des zones sous forme d'amas de grains de WC et de Co. Ces échantillons contiennent également des inclusions isolées de graphites résiduels formés par décarburation pendant l'opération de frittage et renferment aussi de la porosité résiduelle en quantités non négligeables surtout dans les échantillons à faible teneur en cobalt (3 et 5%). Ce taux de porosités est plus faible dans les échantillons frittés, suivis d'une densification par C.I.C. La mesure de la porosité fermée par pycnomètre à hélium permet de constater que le processus de frittage suivi d'une densification par C.I.C conduit à l'élaboration d'alliages avec un faible taux de porosités fermées par rapport à ceux obtenus par frittage en phase liquide. La détermination des propriétés mécaniques a été effectuée à partir d'essais de microdureté Vickers. On constate que la microdureté est nettement plus élevée dans les échantillons frittés, suivi d'une densification par C.I.C. L'amélioration des la microdureté est certainement due, à l'homogénéité de la répartition de la phase liante dans ce type d'échantillons. A l'avenir il sera intéressant d'utiliser des poudres nanométriques de WC afin d'optimiser les paramètres des cycles C.I.C.