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Caractérisation des mélanges développés pour le moulage basse pression des poudres métalliques (LPIM)

Fareh, Fouad (2016). Caractérisation des mélanges développés pour le moulage basse pression des poudres métalliques (LPIM). Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Le moulage par injection basse pression des poudres métalliques est une technique de fabrication qui permet de fabriquer des pièces possédant la complexité des pièces coulées mais avec les propriétés mécaniques des pièces corroyées. Cependant, l’optimisation des étapes de déliantage et de frittage a été jusqu’à maintenant effectuée à l’aide de mélange pour lesquels la moulabilité optimale n’a pas encore été démontrée. Ainsi, la compréhension des propriétés rhéologiques et de la ségrégation des mélanges est très limitée et cela présente le point faible du processus de LPIM. L’objectif de ce projet de recherche était de caractériser l’influence des liants sur le comportement rhéologique des mélanges en mesurant la viscosité et la ségrégation des mélanges faible viscosité utilisés dans le procédé LPIM. Afin d’atteindre cet objectif, des essais rhéologiques et thermogravimétriques ont été conduits sur 12 mélanges. Ces mélanges ont été préparés à base de poudre d’Inconel 718 de forme sphérique (chargement solide constant à 60%) et de cires, d’agents surfactants ou épaississants. Les essais rhéologiques ont été utilisés entre autre pour calculer l’indice d’injectabilité αSTV des mélanges, tandis que les essais thermogravimétriques ont permis d’évaluer précisément la ségrégation des poudres dans les mélanges. Il a été démontré que les trois (3) mélanges contenant de la cire de paraffine et de l’acide stéarique présentent des indices αSTV plus élevés qui sont avantageux pour le moulage par injection des poudres métalliques (MIM), mais ségrégent beaucoup trop pour que la pièce fabriquée produise de bonnes caractéristiques mécaniques. À l’opposé, le mélange contenant de la cire de paraffine et de l’éthylène-vinyle acétate ainsi que le mélange contenant seulement de la cire de carnauba ségrégent peu voire pas du tout, mais possèdent de très faibles indices αSTV : ils sont donc difficilement injectables. Le meilleur compromis semble donc être les mélanges contenant de la cire (de paraffine, d’abeille et de carnauba) et de faible teneur en acide stéarique et en éthylène-vinyle acétate. Par ailleurs, les lois physiques préexistantes ont permis de confirmer les résultats des essais rhéologiques et thermogravimétriques, mais aussi de mettre en évidence l'influence de la ségrégation sur les propriétés rhéologiques des mélanges. Ces essais ont aussi montré l’effet de constituants de liant et du temps passé à l'état fondu sur l'intensité de la ségrégation dans les mélanges. Les mélanges contenants de l’acide stéarique ségrégent rapidement. La caractérisation des mélanges développés pour le moulage basse pression des poudres métalliques doit être obtenue à l'aide d’une méthode de courte durée pour éviter la ségrégation et de mesurer précisément l'aptitude à l'écoulement de ces mélanges.

Titre traduit

Characterization feedstocks developed used in low-pressure metal injection molding (LPIM)

Résumé traduit

Low-pressure metal injection molding is a technique for manufacturing components with the complexity of the molded component but the mechanical properties of wrought component. Unfortunately, traditionally, the optimization of debinding and sintering steps are carried out without having a proper knowledge of the moldability of the mixtures used in the process. Indeed, the understanding of rheological properties properties and segregation of mixtures is still very limited and results in limitations for the LPIM process. The objective of this research project was to characterize the influence of binders on the rheological behavior of mixtures by measuring the viscosity and segregation of low viscosity mixtures used in the process LPIM. To achieve this objective, rheological characterization and thermogravimetric tests were carried out using 12 different mixtures. These mixtures contained 60% of volume spherical powder of Inconel 718, waxes, surfactants and thickeners. The rheological tests were used to calculate the index injectability αSTV of mixtures, while the TGA tests were used to evaluate precisely the segregation of powders in these mixtures. It has been demonstrated that the three (3) mixtures containing wax and stearic acid presented the largest αSTV indexes a good advantage for MIM and a large segregation limiting their use for obtaining good manufactured parts by LPIM. . In contrast, the mixtures containing paraffin wax and ethylene-vinyl acetate and the mixtures containing only carnauba wax segregated little or not at all, but presented very bad indexes αSTV, turning their injection difficult at excessively high pressures for the process studied. The best compromise therefore seemed to be the mixtures containing the wax (paraffin wax, beeswax and carnauba wax) and low content of stearic acid and ethylene-vinyl acetate. Otherwise, the pre-existing physical laws have confirmed the rheological and thermogravimetric results, but also the rheological and thermogravimetric tests have to demonstrated that the segregation occurring during the rheological test produces a meaningful effect in low-viscosity feedstocks. Because the segregation is driven by the time spent in molten state, the effects of segregation on viscosity were visible. The impact of binders and temperature on the rheological properties of feedstocks used in low-pressure powder injection molding was also investigated. The results obtained in this study showed that the viscosity profiles of wax-based feedstocks must be obtained using short rheological test duration to evaluate precisely the flowability of such feedstocks.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise avec mémoire en génie mécanique". Bibliographie : pages 85-91.
Mots-clés libres: Métaux Moulage par injection. Pièces moulées Conception et construction. Poudres métalliques Mélange. Liants Mélange. Rhéologie. Alliages réfractaires Traitement thermique. Alliages réfractaires Viscosité. Alliages réfractaires Propriétés mécaniques. moulage basse pression des poudres métalliques, ségrégation, superalliage, moulabilité
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Demers, Vincent
Co-directeurs de mémoire/thèse:
Co-directeurs de mémoire/thèse
Demarquette, Nicole R.
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie mécanique
Date de dépôt: 07 mars 2017 17:11
Dernière modification: 07 mars 2017 17:11
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1826

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