De nouvelles possibilités pour la production de métaux durs aux propriétés mécaniques améliorées
Le carbure de tungstène (WC) est un matériau à haute performance composé de carbone et de ce métal rare qu’est le tungstène. Il est utilisé pour produire des métaux-durs tels que le carbure de tungstène cobalt, dont la dureté n’est dépassée que par le diamant. Dans sa forme la plus élémentaire, le WC se présente comme une fine poudre grise, mais il peut être compressé et modelé de manière très variée, ou être fusionné ou greffé à d’autres métaux. Cette poudre polyvalente est utilisée pour produire des outils en métal-dur indispensables dans un grand nombre d’applications très diverses et dans plusieurs secteurs industriels, notamment la fabrication automobile et aérospatiale, la construction, l’exploitation minière de surface et souterraine, l’exploration pétrolière et gazière et la fabrication en général. Les produits en métal-dur sont appréciés pour leur faible porosité, leur très grande dureté et leur résistance considérable.
Repousser les limites
Le WC peut se former lors d’une réaction chimique entre le tungstène et le carbone qui se produit à des températures très élevées allant de 1 450 °C à, jusqu’ici, 2 200 °C. Ce processus est appelé cémentation. Or, atteindre de manière fiable ces températures extrêmes avec des équipements de traitement thermique adaptés est un véritable défi pour les fabricants industriels. Le projet CARBIDE2500(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), financé par l’UE, a démontré les performances d’une technologie de four innovante capable d’atteindre un pic de température de traitement de 2 500 °C pendant la cémentation, soit une augmentation de la température maximale de près de 300 °C par rapport à la limite antérieure. Cette nouvelle technologie permet la production de poudre de WC accompagnée d’une gamme élargie de caractéristiques pour une palette de produits finaux plus variée. «Cette nouvelle technologie de four devrait augmenter la disponibilité de la poudre de WC à haute température, facilitant ainsi la recherche et le développement portant sur l’influence des différents paramètres du processus, comme, par exemple, l’impact de la température sur les caractéristiques de la poudre», explique Reinhard Schummers, coordinateur du projet. «C’est le premier four industriel à pression atmosphérique de ce type capable de fonctionner à 2 500 °C, soit 300 °C de plus que les fours industriels à haute température les plus à la pointe.»
Élargir la gamme des microstructures de poudre de WC disponibles pour le développement de produits en métaux-durs
Après avoir démontré la possibilité d’atteindre la température de processus de 2 500 °C dans le four CARBIDE2500, les partenaires du projet ont effectué des essais de matériaux afin de comparer les propriétés de la poudre de WC produite en utilisant le même matériau de base à 1 600 °C, 2 200 °C et 2 500 °C. Ils ont ainsi acquis une vaste expérience et démontré le potentiel de recherches futures sur l’influence des différents paramètres pertinents du processus. «Le fait de proposer un four à petite échelle dans lequel les conditions sont les mêmes que dans un four industriel devrait faciliter le développement de produits tirant parti de la cémentation du tungstène», indique Reinhard Schummers. Les poudres de WC obtenues par cémentation dans le four CARBIDE2500 au cours du projet ont été analysées en détail. «Il a été constaté que la poudre de WC à 2 500 °C présentait non seulement une granulométrie plus grossière en raison de l’augmentation significative de la croissance des grains», ajoute Reinhard Schummers, «mais sa microstructure s’est également révélée unique.» La technologie de ce four offrira une plus grande flexibilité dans les paramètres du processus de cémentation. «Cela permettra potentiellement de commercialiser une poudre de WC présentant un plus large éventail de caractéristiques matérielles», conclut-il.
Mots‑clés
CARBURE2500, WC, poudre, four, tungstène, carbure, carburation, carbure de tungstène
