Xavier CERUTTI

Il existe aujourd’hui un fort intérêt pour l’architecturation des alliages métalliques, notamment en surface, permettant ainsi d’obtenir des propriétés tribologiques, optiques, de mouillabilité ou encore esthétiques, spécifiques.

 

L’objectif est donc d’utiliser le procédé d’injection directe pour fabriquer de petites pièces en alliages métalliques amorphes avec une texturation de surface intégrée. Ceci permettrait d’offrir une solution alternative aux procédés couramment utilisés pour réaliser de la texturation de surfaces (usinage, laser, thermoformage) et qui sont peu adaptés à une production industrielle (lenteur, difficulté à contrôler la stabilité thermique des alliages, coûts,…).

 

Dans le cas de la fabrication par injection directe, la texturation de surface intervient en fin d’injection. L’alliage liquide est alors en contact avec un moule beaucoup plus froid que lui et est donc refroidi. La viscosité des alliages métalliques amorphes est très dépendante de la température et varie de manière continue et très rapide au cours de l’injection, passant d’environ 1 Pa.s aux alentours de la température de fusion jusqu’à 1012 Pa.s aux alentours de la température de transition vitreuse. La difficulté réside alors dans la maîtrise des écoulements et du refroidissement de l’alliage tout au long de l’injection pour permettre un refroidissement de l’alliage suffisamment rapide pour lui conférer une structure amorphe mais pas trop rapide pour permettre la texturation.

 

La fabrication de telles pièces nécessite donc une compréhension détaillée du procédé en vue de son optimisation. Pour répondre à ce besoin, la mise en place de modèles numériques (logiciel de calcul de dynamique des fluides) est nécessaire afin d’assurer une bonne maîtrise des écoulements et des vitesses de refroidissements de l’alliage liquide pendant l’injection. Ces modèles numériques sont calibrés par comparaison avec des essais expérimentaux d’injection et permettront par la suite de prédire précisément le comportement de l’alliage liquide pendant l’injection et serviront pour la conception de moules optimisés.

 

Un autre centre d’intérêt concerne la possible fonctionnalisation des pièces injectées par introduction d’inserts, qui permettraient d’obtenir des propriétés adaptées aux différentes zones fonctionnelles des pièces. Cette introduction d’inserts augmente cependant la complexité du procédé et donc la nécessité de le maîtriser parfaitement. Des moules permettant la mise en place d’inserts tout en assurant un bon écoulement de l’alliage et « l’emprisonnement » de ceux-ci lors de l’injection doivent donc être conçus. La modélisation du procédé sera donc là aussi utilisée pour optimiser le procédé, mais aussi pour étudier les dilatations thermiques et les contraintes mécaniques résultantes dans la pièce et dans les inserts et donc s’assurer de la bonne tenue mécanique des inserts.

 

Ce travail permettra donc d’obtenir des modèles numériques prédictifs permettant l’optimisation du procédé d’injection et l’obtention de pièces métalliques amorphes avec une texturation de surface et/ou une fonctionnalisation de certaines zones par placement d’inserts.

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