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REVENDICATIONS
1. Article en métallocéramique frittée comportant une phase réfractaire, contenant au moins un oxyde métallique, et un liant métallique, caractérisé par le fait que, au moins dans une portion de l'article soumise à l'usure, le liant contient comme additif au moins un métal du groupe du platine.
2. Article selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'additif métallique est le ruthénium et/ou l'osmium.
3. Article selon l'une des revendications I ou 2, caractérisé par le fait que la quantité d'additif métallique par rapport au liant métallique est d'au plus 30% en poids.
4. Article selon l'une des revendications I à 3, caractérisé par le fait qu'il comporte de l'oxyde d'aluminium et/ou du carbure de titane comme phase réfractaire, du titane et/ou du nickel comme liant métallique et du ruthénium et/ou de l'osmium comme additif au liant.
5. Article selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait qu'il comporte de l'oxyde de zirconium comme phase réfractaire, du titane comme liant métallique et au maximum 30% en poids de ruthénium et/ou d'osmium comme additif au liant.
6. Article selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait qu'il consiste en un outil de coupe.
7. Procédé de fabrication d'un article selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'additif métallique est introduit par frittage avec le reste de la masse dudit article, ou par diffusion dans une portion seulement dudit article.
La présente invention se rapporte à un article en métallocéramique frittée comportant une phase réfractaire, contenant au moins un oxyde métallique, et un liant métallique. Plus particuliérement, cette invention concerne un tel article présentant une portion soumise à l'usure, par exemple un outil de coupe, une plaquette de burin, etc.
La phase réfractaire d'un tel article comporte donc un ou plusieurs oxydes métalliques, de préférence de l'oxyde d'aluminium et éventuellement d'autres composés réfractaires tels que carbures, nitrures, borures, etc. Cette phase réfractaire se présente sous la forme de particules distinctes qui sont liées entre elles par le liant métallique. Le liant, généralement présent en une quantité correspondant à
10-30% en volume, est constitué de préférence par des éléments du groupe du fer, à savoir, en plus du fer, le nickel et le cobalt, et peut également éventuellement contenir d'autres métaux de transitions tels que le titane ou le molybdène.
On sait que la difficulté de fabriquer un article en métallocéramique ainsi que les caractéristiques mécaniques de celui-ci dépendent en majeure partie de la plus ou moins bonne adhérence entre les particules de la phase réfractaire et le liant métallique, et par conséquent des propriétés de mouillabilité dudit liant sur les particules réfractaires. Pour remédier au défaut de mouillabilité du liant métallique, on a proposé, d'une part, de réaliser le frittage par pressage isostatique afin de diminuer la porosité de l'article et, d'autre part, de recouvrir l'article ou les portions de celui-ci soumises à l'usure d'un revêtement protecteur. Toutefois, ces solutions se révèlent insuffisantes dans certains cas, notamment pour ce qui est de la résistance de l'article aux chocs.
Par conséquent, le présent inventeur a cherché à remédier aux inconvénients précités par une autre voie, c'est-à-dire en améliorant les propriétés de mouillabilité du liant métallique sur les particules ré
fractaires, et a trouvé que l'addition d'au moins un métal du groupe
du platine à ce liant conduisait au but souhaité. Ainsi, I'objet de
cette invention consiste en un article en métallocéramique frittée
comportant une phase réfractaire, contenant au moins un oxyde mé
tallique, et un liant métallique, caractérisé par le fait que, au moins dans une portion de l'article soumise à l'usure, le liant contient comme additif au moins un métal du groupe du platine.
Par métal du groupe du platine, on entend ici le ruthénium, le rhodium, le palladium, I'osmium, I'iridium et le platine, les préférés étant le ruthénium et l'osmium. Bien entendu, un mélange de ces éléments peut être également utilisé comme additif au liant.
De préférence, la quantité de l'additif métallique ne dépassera pas 30% en poids, les propriétés mécaniques de l'article en métallocéramique n'augmentant plus au-delà, voire diminuant.
A titre d'exemple, on peut mentionner un premier article comportant de l'oxyde d'aluminium et/ou du carbure de titane comme phase réfractaire, du titane et/ou du nickel comme liant métallique et du ruthénium et/ou de l'osmium comme additif au liant. Egalement à titre d'exemple, un second article peut comporter de l'oxyde de zirconium comme phase réfractaire, du titane comme liant métallique et au maximum 30% en poids de ruthénium et/ou d'osmium comme additif au liant.
Les tests de mouillabilité effectués sur des mélanges métallocéramiques analogues à ceux précités ont montré que la mouillabilité était très nettement meilleure pour un liant métallique contenant du ruthénium ou de l'osmium qu'avec un liant usuel sans addition d'un tel élément.
Il en découle que les caractéristiques mécaniques de l'article réalisé avec un liant présentant une meilleure mouillabilité sont également améliorées, notamment la résistance à la rupture transverse, la résistance aux chocs ainsi que la résistance à l'usure et la ténacité.
Cette amélioration des caractéristiques mécaniques sera illustrée par l'exemple comparatif suivant.
Exemple:
Quatre poudres constituées chacune par 80% d'alumine et par 20% de liant métallique, mais se différenciant par les compositions des liants respectifs, telles que mentionnées ci-dessous, ont été frittées à 1500"C pendant 2 h:
- Poudre (A): liant=50% Fe/50% Ni
- Poudre (B): liant=42,5% Fe/42,5% Ni/15% Ru
- Poudre (C): liant= 50% Fe/50% Co
- Poudre (D): liant=42,5% Fe/42,5% Co/15% Ru
Pour chacun des quatre échantillons ainsi obtenus, on a mesuré la densité relative et la résistance à la flexion.
Les résultats obtenus sont réunis dans le tableau suivant:
EMI1.1
<tb> <SEP> Résistance
<tb> <SEP> Echantillon <SEP> Densité <SEP> relative <SEP> (%) <SEP> à <SEP> la <SEP> flexion
<tb> <SEP> (kg/mm2)
<tb> A <SEP> 90 <SEP> 65
<tb> B <SEP> (invention) <SEP> 98 <SEP> 85
<tb> C <SEP> 88 <SEP> 75
<tb> D <SEP> (invention) <SEP> 98 <SEP> 88
<tb>
En comparant les résultats obtenus pour les deux échantillons B et D comportant du Ru dans leur liant métallique respectivement avec les deux échantillons A et C de référence sans additif, on constate que tant la densité relative que la résistance à la flexion sont supérieures pour les premiers, ce qui confirme bien que l'addition de
Ru au liant métallique améliore les caractéristiques mécaniques des échantillons frittés.
En outre, il a été constaté que le liant métallique contenant un additif du type précité présentait une meilleure résistance à l'oxydation et à la corrosion chimique, conférant ainsi à l'article une résistance accrue à l'usure et aux agents extérieurs.
En ce qui concerne la fabrication de l'article selon l'invention,
I'additif métallique peut être introduit de deux façons différentes:
- par addition au mélange, sous forme de poudre, des autres composants puis, après broyage du mélange complet, par frittage dans les conditions appropriées déterminées par l'homme du métier; la pièce massive ainsi réalisée présente l'avantage d'avoir une porosité faible, sans qu'un traitement isostatique ait été nécessaire;
- par addition locale, par exemple par dépôt, d'une couche du ou des additif(s) métallique(s), et diffusion au travers de la surface de la pièce massive; on peut ainsi améliorer sélectivement les caractéristiques de certaines portions d'un article massif soumises plus particulièrement à l'usure.
L'article en métallocéramique frittée selon l'invention peut être par exemple un outil de coupe. Toutefois, I'amélioration des caractéristiques mécaniques par l'addition d'un élément améliorant la mouillabilité du liant permet d'envisager l'utilisation des métallocéramiques pour d'autres applications.
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CLAIMS
1. Sintered metalloceramic article comprising a refractory phase, containing at least one metal oxide, and a metal binder, characterized in that, at least in a portion of the article subjected to wear, the binder contains as additive to minus a platinum group metal.
2. Article according to claim 1, characterized in that the metal additive is ruthenium and / or osmium.
3. Article according to one of claims I or 2, characterized in that the amount of metal additive relative to the metal binder is at most 30% by weight.
4. Article according to one of claims I to 3, characterized in that it comprises aluminum oxide and / or titanium carbide as refractory phase, titanium and / or nickel as metal binder and ruthenium and / or osmium as a binder additive.
5. Article according to one of claims 1 to 3, characterized in that it comprises zirconium oxide as refractory phase, titanium as metal binder and at most 30% by weight of ruthenium and / or osmium as a binder additive.
6. Article according to one of claims 1 to 5, characterized in that it consists of a cutting tool.
7. A method of manufacturing an article according to claim 1, characterized in that the metal additive is introduced by sintering with the rest of the mass of said article, or by diffusion in only a portion of said article.
The present invention relates to a sintered metalloceramic article comprising a refractory phase, containing at least one metal oxide, and a metal binder. More particularly, this invention relates to such an article having a portion subject to wear, for example a cutting tool, a chisel insert, etc.
The refractory phase of such an article therefore comprises one or more metal oxides, preferably aluminum oxide and possibly other refractory compounds such as carbides, nitrides, borides, etc. This refractory phase is in the form of separate particles which are linked together by the metal binder. The binder, generally present in an amount corresponding to
10-30% by volume, preferably consists of elements of the iron group, namely, in addition to iron, nickel and cobalt, and may also optionally contain other transition metals such as titanium or molybdenum.
It is known that the difficulty of manufacturing a metalloceramic article as well as the mechanical characteristics thereof depend in large part on the more or less good adhesion between the particles of the refractory phase and the metal binder, and therefore on the wettability properties. of said binder on the refractory particles. To remedy the lack of wettability of the metal binder, it has been proposed, on the one hand, to carry out sintering by isostatic pressing in order to reduce the porosity of the article and, on the other hand, to cover the article or the portions of it subject to the wear of a protective coating. However, these solutions prove insufficient in certain cases, in particular as regards the resistance of the article to impact.
Consequently, the present inventor has sought to remedy the aforementioned drawbacks by another route, that is to say by improving the wettability properties of the metal binder on the particles re
fractionals, and found that the addition of at least one group metal
platinum to this binder led to the desired goal. So the object of
this invention is a sintered metalloceramic article
comprising a refractory phase, containing at least one molten oxide
metal, and a metallic binder, characterized in that, at least in a portion of the article subjected to wear, the binder contains as additive at least one metal from the platinum group.
The term “platinum group metal” is intended to mean here ruthenium, rhodium, palladium, osmium, iridium and platinum, the preferred being ruthenium and osmium. Of course, a mixture of these elements can also be used as an additive to the binder.
Preferably, the amount of the metal additive will not exceed 30% by weight, the mechanical properties of the metalloceramic article no longer increasing beyond, or even decreasing.
By way of example, a first article may be mentioned comprising aluminum oxide and / or titanium carbide as refractory phase, titanium and / or nickel as metallic binder and ruthenium and / or osmium as a binder additive. Also by way of example, a second article can comprise zirconium oxide as refractory phase, titanium as metal binder and at most 30% by weight of ruthenium and / or osmium as additive to the binder.
The wettability tests carried out on metalloceramic mixtures analogous to those mentioned above have shown that the wettability was very much better for a metal binder containing ruthenium or osmium than with a conventional binder without the addition of such an element.
It follows that the mechanical characteristics of the article produced with a binder having better wettability are also improved, in particular the resistance to transverse rupture, the impact resistance as well as the wear resistance and the toughness.
This improvement in mechanical characteristics will be illustrated by the following comparative example.
Example:
Four powders each consisting of 80% alumina and 20% metallic binder, but differentiated by the compositions of the respective binders, as mentioned below, were sintered at 1500 "C for 2 h:
- Powder (A): binder = 50% Fe / 50% Ni
- Powder (B): binder = 42.5% Fe / 42.5% Ni / 15% Ru
- Powder (C): binder = 50% Fe / 50% Co
- Powder (D): binder = 42.5% Fe / 42.5% Co / 15% Ru
For each of the four samples thus obtained, the relative density and the flexural strength were measured.
The results obtained are collated in the following table:
EMI1.1
<tb> <SEP> Resistance
<tb> <SEP> Sample <SEP> Relative density <SEP> <SEP> (%) <SEP> at <SEP> the <SEP> bending
<tb> <SEP> (kg / mm2)
<tb> A <SEP> 90 <SEP> 65
<tb> B <SEP> (invention) <SEP> 98 <SEP> 85
<tb> C <SEP> 88 <SEP> 75
<tb> D <SEP> (invention) <SEP> 98 <SEP> 88
<tb>
By comparing the results obtained for the two samples B and D comprising Ru in their metallic binder respectively with the two reference samples A and C without additive, it is noted that both the relative density and the flexural strength are higher for the first , which confirms that the addition of
Ru with metallic binder improves the mechanical characteristics of sintered samples.
In addition, it was found that the metal binder containing an additive of the aforementioned type exhibited better resistance to oxidation and to chemical corrosion, thus giving the article increased resistance to wear and to external agents.
As regards the manufacture of the article according to the invention,
The metal additive can be introduced in two different ways:
- By adding to the mixture, in powder form, the other components then, after grinding the complete mixture, by sintering under the appropriate conditions determined by a person skilled in the art; the massive part thus produced has the advantage of having a low porosity, without an isostatic treatment having been necessary;
- By local addition, for example by deposition, of a layer of the metallic additive (s), and diffusion across the surface of the solid part; it is thus possible to selectively improve the characteristics of certain portions of a solid article subjected more particularly to wear.
The sintered metalloceramic article according to the invention may for example be a cutting tool. However, the improvement of the mechanical characteristics by the addition of an element improving the wettability of the binder makes it possible to envisage the use of metalloceramics for other applications.