FR3161680A1 - Sintered Carbide(s) Bead Powder - Google Patents
Sintered Carbide(s) Bead PowderInfo
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Abstract
Poudre de billes frittées présentant : - une composition chimique telle que, en pourcentages en masse sur la base de la masse de la poudre de billes : - (77 - C4)% ≤ W + Mo ≤ (95,5 - C3)%, avec Mo ≤ 10% ; - C1% ≤ C ≤ C2% ; - Ti, Ta, Nb, V, Zr, Hf tel que Ti + Nb + V + Zr ≥ 4,5% et/ou Ta + Hf ≥ 5%, et additif ≤ 20,0%, l’additif désignant Ti + Ta + Nb + V + Zr + Hf ; - éléments autres que W, Mo, C, Ti, Ta, Nb, V, Zr, Hf, ou « autres éléments » : ≤ 3% ; avec : - C1 = 100*(C3 / C5), - C2 = 100*(C4 / C6), - C3 = 0,5*C7, - C4 = 1,2*C7, - C5 = [m(W) + m(Mo) + m(Ti) + m(Ta) + m(Nb) + m(V) + m(Zr) + m(Hf) + C3], - C6 = [m(W) + m(Mo) + m(Ti) + m(Ta) + m(Nb) + m(V) + m(Zr) + m(Hf) + C4], - C7 = M(C)*[(m(W) / M(W)) + (m(Mo) / M(Mo)) + (m(Ti) / M(Ti)) + (m(Ta) / M(Ta)) + (m(Nb) / M(Nb)) + (m(V) / M(V)) + (m(Zr) / M(Zr)) + (m(Hf) / M(Hf))], m(W), m(Mo), m(Ti), m(Ta), m(Nb), m(V), m(Zr) et m(Hf) étant la masse, en gramme, des éléments W, Mo, Ti, Ta, Nb, V, Zr et Hf, respectivement, etM(W), M(Mo), M(Ti), M(Ta), M(Nb), M(V), M(Zr), M(Hf) et M(C) étant la masse molaire, en g/mol, des éléments W, Mo, Ti, Ta, Nb, V, Zr, Hf et C, respectivement ;- une composition cristallographique telle que plus de 60% des phases cristallisées présentes dans ladite poudre de billes sont sous une forme de carbure(s) métallique(s), en pourcentage en masse sur la base de la masse des phases cristallisées, lesdites phases cristallisées incluant au moins un carbure d’au moins un élément parmi Ti, Ta, Nb, V, Zr et Hf. Pas de figure d’abrégé. Sintered bead powder having: - a chemical composition such that, as percentages by mass based on the mass of the bead powder: - (77 - C4)% ≤ W + Mo ≤ (95.5 - C3)%, with Mo ≤ 10%; - C1% ≤ C ≤ C2%; - Ti, Ta, Nb, V, Zr, Hf such that Ti + Nb + V + Zr ≥ 4.5% and/or Ta + Hf ≥ 5%, and additive ≤ 20.0%, the additive being Ti + Ta + Nb + V + Zr + Hf; - elements other than W, Mo, C, Ti, Ta, Nb, V, Zr, Hf, or "other elements": ≤ 3%; with: - C1 = 100*(C3 / C5), - C2 = 100*(C4 / C6), - C3 = 0.5*C7, - C4 = 1.2*C7, - C5 = [m(W) + m(Mo) + m(Ti) + m(Ta) + m(Nb) + m(V) + m(Zr) + m(Hf) + C3], - C6 = [m(W) + m(Mo) + m(Ti) + m(Ta) + m(Nb) + m(V) + m(Zr) + m(Hf) + C4], - C7 = M(C)*[(m(W) / M(W)) + (m(Mo) / M(Mo)) + (m(Ti) / M(Ti)) + (m(Ta) / M(Ta)) + (m(Nb) / M(Nb)) + (m(V) / M(V)) + (m(Zr) / M(Zr)) + (m(Hf) / M(Hf))], m(W), m(Mo), m(Ti), m(Ta), m(Nb), m(V), m(Zr) and m(Hf) being the mass, in grams, of the elements W, Mo, Ti, Ta, Nb, V, Zr and Hf, respectively, and M(W), M(Mo), M(Ti), M(Ta), M(Nb), M(V), M(Zr), M(Hf) and M(C) being the molar mass, in g/mol, of the elements W, Mo, Ti, Ta, Nb, V, Zr, Hf and C, respectively; - a crystallographic composition such that more than 60% of the crystallized phases present in said bead powder are in the form of metallic carbide(s), as a mass percentage based on the mass of the crystallized phases, said crystallized phases including at least one carbide of at least one element among Ti, Ta, Nb, V, Zr, and Hf. No abbreviated figure.
Description
La présente invention se rapporte à une poudre de billes frittées en carbure(s) métallique(s), à un procédé de fabrication de cette poudre, à un procédé comportant l’utilisation de cette poudre, notamment dans une application de broyage, de dispersion en milieu humide ou de traitement de surface, et à une suspension comportant ladite poudre.The present invention relates to a powder of sintered metal carbide(s) beads, to a method of manufacturing this powder, to a method involving the use of this powder, in particular in an application of grinding, dispersion in a wet environment or surface treatment, and to a suspension comprising said powder.
L'industrie minérale ou minière met en œuvre des billes pour le broyage fin de matières éventuellement prébroyées à sec par des procédés traditionnels, notamment pour le broyage fin de carbonate de calcium, d'oxyde de titane, de gypse, de kaolin et de minerai contenant des métaux sous forme généralement combinées (oxydes, sulfures, silicates…), procédés qui peuvent également faire intervenir au préalable des méthodes de purification, par exemple par flottation.The mineral or mining industry uses grinding media for the fine grinding of materials possibly pre-ground dry by traditional processes, in particular for the fine grinding of calcium carbonate, titanium oxide, gypsum, kaolin and ore containing metals in generally combined forms (oxides, sulfides, silicates…), processes which may also involve prior purification methods, for example by flotation.
Toutes ces billes présentent classiquement une taille de 0,03 à plusieurs mm, et elles doivent notamment présenter une bonne résistance à l'usure.All these balls typically have a size of 0.03 to several mm, and they must in particular have good resistance to wear.
Afin d’améliorer encore l’efficacité de broyage, l’utilisation de billes frittées en un matériau présentant une densité élevée, comme le carbure de tungstène, peut être envisagée. La densité plus élevée permet également de faciliter la séparation des particules de la suspension à broyer.To further improve grinding efficiency, the use of sintered balls made of a high-density material, such as tungsten carbide, can be considered. The higher density also facilitates the separation of particles from the suspension being ground.
Des billes de broyage à base de carbure(s) de tungstène sont en particulier décrites dans WO/2020/074609.Tungsten carbide-based grinding balls are specifically described in WO/2020/074609.
Lors d’une opération de broyage, des billes de broyage peuvent se casser en morceaux. Les morceaux de billes perturbent l’opération de broyage, en particulier du fait qu’ils ne sont pas sous la forme de billes et présentent des arêtes vives, mais aussi parce qu’ils modifient la distribution granulométrique du média de broyage. Les morceaux de billes peuvent également s’accumuler au cours du temps dans le système permettant la séparation des billes et de la suspension à broyer, ce qui peut entraîner un arrêt de fonctionnement du broyeur.During a grinding operation, grinding media can break into pieces. These pieces disrupt the grinding process, not only because they are not in a ball shape and have sharp edges, but also because they alter the particle size distribution of the grinding media. These pieces can also accumulate over time in the system that separates the media from the slurry to be ground, potentially leading to a mill shutdown.
Il existe un besoin permanent pour de nouvelles poudres de billes frittées de carbure(s) métallique(s) qui présentent à la fois une bonne résistance à l’usure et une résistance à la casse améliorée.There is a continuing need for new sintered metal carbide ball powders that exhibit both good wear resistance and improved break resistance.
Il existe également un besoin pour un procédé permettant de fabriquer de telles billes qui soit simple et économique à mettre en œuvre.There is also a need for a process to manufacture such beads that is simple and economical to implement.
Un but de l’invention est de répondre, au moins partiellement, à ces besoins.One aim of the invention is to meet, at least partially, these needs.
L’invention propose une poudre de billes frittées, dites « billes de carbure(s) métallique(s) », ladite poudre présentant :
- une composition chimique telle que, en pourcentages en masse sur la base de la masse de la poudre :
- (77 - C4)% ≤ W + Mo ≤ (95,5 - C3)%, avec Mo ≤ 10% ;
- C1% ≤ C ≤ C2% ;
- Ti, Ta, Nb, V, Zr, Hf tel que
Ti + Nb + V + Zr ≥ 4,5% et/ou Ta + Hf ≥ 5%, et
additif ≤ 20,0%, l’additif désignant Ti + Ta + Nb + V + Zr + Hf ;
- éléments autres que W, Mo, C, Ti, Ta, Nb, V, Zr, Hf ou « autres éléments » : ≤ 3%,
avec :
- C1 = 100*(C3 / C5),
- C2 = 100*(C4 / C6),
- C3 = 0,5*C7,
- C4 = 1,2*C7,
- C5 = [m(W) + m(Mo) + m(Ti) + m(Ta) + m(Nb) + m(V) + m(Zr) + m(Hf) + C3],
- C6 = [m(W) + m(Mo) + m(Ti) + m(Ta) + m(Nb) + m(V) + m(Zr) + m(Hf) + C4],
- C7 = M(C)*[(m(W) / M(W)) + (m(Mo) / M(Mo)) + (m(Ti) / M(Ti)) + (m(Ta) / M(Ta)) + (m(Nb) / M(Nb)) + (m(V) / M(V)) + (m(Zr) / M(Zr)) + (m(Hf) / M(Hf))],
m(W), m(Mo), m(Ti), m(Ta), m(Nb), m(V), m(Zr) et m(Hf) étant la masse en gramme des éléments W, Mo, Ti, Ta, Nb, V, Zr et Hf, respectivement, et
M(W), M(Mo), M(Ti), M(Ta), M(Nb), M(V), M(Zr), M(Hf) et M(C) étant la masse molaire en g/mol des éléments W, Mo, Ti, Ta, Nb, V, Zr, Hf et C, respectivement ;
- une composition cristallographique telle que plus de 60% des phases cristallisées présentes dans ladite poudre sont sous une forme de carbure(s) métallique(s), en pourcentage en masse sur la base de la masse des phases cristallisées, lesdites phases cristallisées incluant au moins un carbure d’au moins un élément parmi Ti, Ta, Nb, V, Hf et Zr.The invention provides a powder of sintered beads, called "metal carbide beads", said powder having:
- a chemical composition such that, as percentages by mass based on the mass of the powder:
- (77 - C4)% ≤ W + Mo ≤ (95.5 - C3)%, with Mo ≤ 10%;
- C1% ≤ C ≤ C2%;
- Ti, Ta, Nb, V, Zr, Hf such that
Ti + Nb + V + Zr ≥ 4.5% and/or Ta + Hf ≥ 5%, and
additive ≤ 20.0%, the additive denoting Ti + Ta + Nb + V + Zr + Hf;
- elements other than W, Mo, C, Ti, Ta, Nb, V, Zr, Hf or "other elements": ≤ 3%,
with :
- C1 = 100*(C3 / C5),
- C2 = 100*(C4 / C6),
- C3 = 0.5*C7,
- C4 = 1.2*C7,
- C5 = [m(W) + m(Mo) + m(Ti) + m(Ta) + m(Nb) + m(V) + m(Zr) + m(Hf) + C3],
- C6 = [m(W) + m(Mo) + m(Ti) + m(Ta) + m(Nb) + m(V) + m(Zr) + m(Hf) + C4],
- C7 = M(C)*[(m(W) / M(W)) + (m(Mo) / M(Mo)) + (m(Ti) / M(Ti)) + (m(Ta) / M(Ta)) + (m(Nb) / M(Nb)) + (m(V) / M(V)) + (m(Zr) / M(Zr)) + (m(Hf) / M(Hf))],
m(W), m(Mo), m(Ti), m(Ta), m(Nb), m(V), m(Zr) and m(Hf) being the mass in grams of the elements W, Mo, Ti, Ta, Nb, V, Zr and Hf, respectively, and
M(W), M(Mo), M(Ti), M(Ta), M(Nb), M(V), M(Zr), M(Hf) and M(C) being the molar mass in g/mol of the elements W, Mo, Ti, Ta, Nb, V, Zr, Hf and C, respectively;
- a crystallographic composition such that more than 60% of the crystallized phases present in said powder are in the form of metallic carbide(s), as a percentage by mass based on the mass of the crystallized phases, said crystallized phases including at least one carbide of at least one element among Ti, Ta, Nb, V, Hf and Zr.
De manière remarquable, les inventeurs ont constaté qu’une telle teneur en additif permet non seulement de réduire la casse, mais aussi d’obtenir une bonne résistance à l’usure.Remarkably, the inventors found that such an additive content not only reduces breakage, but also provides good wear resistance.
Dans un mode de réalisation préféré entre tous, la teneur massique en additif est supérieure à 5,0%. Une teneur en additif supérieure à 5,0% confère le meilleur compromis entre résistance à la casse et résistance à l’usure, en particulier dans les applications mentionnées ci-dessus.In a preferred embodiment, the additive mass content is greater than 5.0%. An additive content greater than 5.0% provides the best compromise between break resistance and wear resistance, particularly in the applications mentioned above.
De préférence, la teneur en Nb est supérieure à 5,0%.Preferably, the Nb content is greater than 5.0%.
Une poudre de billes selon l’invention peut encore comporter une ou plusieurs caractéristiques optionnelles et préférées suivantes :
- la teneur des phases cristallisées présentes sous la forme de carbure(s) métallique(s) est supérieure à 80%, en pourcentage en masse sur la base de la masse des phases cristallisées ;
- ladite composition cristallographique est telle que plus de 50%, en masse d’au moins un des éléments Ti, Ta, Nb, V, Zr et Hf, est sous une forme de carbure(s) ;
- ladite composition chimique est telle que 5,0% ≤ Ti + Ta + Nb + V + Zr + Hf ≤ 15,0% ;
- ladite composition chimique est telle que l’additif est Nb et Nb ≤ 9,7% ;
- ladite composition chimique est telle que Ti + Ta + Nb + V + Zr + Hf ≤ 10,0% ;
- C3 = 0,8*C7 et/ou C4 = 1,1*C7 ;
- la teneur en oxygène O est inférieure ou égale à 0,85%, de préférence inférieure ou égale à 0,1% ;
- la taille moyenne de grains des billes frittées est supérieure ou égale à 0,1 µm et inférieure ou égale à 4 µm ;
- ladite poudre de billes présente une masse volumique apparente supérieure ou égale à 14,3 g/cm3;
- ladite composition chimique est telle que :
- W ≥ 64% et W ≤ 90%, et/ou
- C ≥ 3% et C ≤ 13,5%, et/ou
- Co ≤ 0,3%, et/ou
- Ni ≤ 0,3%, et/ou
- Fe ≤ 0,3%, et/ou
- Co + Ni + Fe ≤ 0,3%, et/ou
- Mo > 3% et Mo < 9%, et/ou
- éléments autres que W, Mo, C, Ti, Ta, Nb, V, Zr et Hf < 2,5% ;
ladite composition chimique est telle que :
- W ≥ 73% et W ≤ 89%, et/ou
- C ≤ 9%, et/ou
- Co + Ni + Fe ≤ 0,05%, et/ou
- Mo > 5% et Mo < 7%, et/ou
- éléments autres que W, Mo, C, Ti, Ta, Nb, V, Zr, Hf < 1% ;
- ladite poudre de billes présente un rapport (D90- D10) / D50inférieur à 0,5, D50, D10, et D90désignant les tailles de billes correspondant aux pourcentages égaux respectivement à 50%, 10%, et 90% en masse, sur la courbe de distribution granulométrique cumulée des tailles de billes de la poudre, lesdites tailles de billes étant classées par ordre croissant ;
- ladite poudre de billes présente une taille médiane D50inférieure à 1,8 mm et supérieure à 10 µm.A powder of beads according to the invention may further comprise one or more of the following optional and preferred characteristics:
- the content of the crystallized phases present in the form of metallic carbide(s) is greater than 80%, as a percentage by mass based on the mass of the crystallized phases;
- said crystallographic composition is such that more than 50%, by mass, of at least one of the elements Ti, Ta, Nb, V, Zr and Hf, is in the form of carbide(s);
- said chemical composition is such that 5.0% ≤ Ti + Ta + Nb + V + Zr + Hf ≤ 15.0%;
- said chemical composition is such that the additive is Nb and Nb ≤ 9.7%;
- said chemical composition is such that Ti + Ta + Nb + V + Zr + Hf ≤ 10.0%;
- C3 = 0.8*C7 and/or C4 = 1.1*C7;
- the oxygen O content is less than or equal to 0.85%, preferably less than or equal to 0.1%;
- the average grain size of the sintered beads is greater than or equal to 0.1 µm and less than or equal to 4 µm;
- said powder of beads has an apparent density greater than or equal to 14.3 g/ cm3 ;
- said chemical composition is such that:
- W ≥ 64% and W ≤ 90%, and/or
- C ≥ 3% and C ≤ 13.5%, and/or
- Co ≤ 0.3%, and/or
- Ni ≤ 0.3%, and/or
- Fe ≤ 0.3%, and/or
- Co + Ni + Fe ≤ 0.3%, and/or
- Mo > 3% and Mo < 9%, and/or
- elements other than W, Mo, C, Ti, Ta, Nb, V, Zr and Hf <2.5%;
said chemical composition is such that:
- W ≥ 73% and W ≤ 89%, and/or
- C ≤ 9%, and/or
- Co + Ni + Fe ≤ 0.05%, and/or
- Mo > 5% and Mo < 7%, and/or
- elements other than W, Mo, C, Ti, Ta, Nb, V, Zr, Hf <1%;
- said powder of beads has a ratio (D 90 - D 10 ) / D 50 less than 0.5, D 50 , D 10 , and D 90 designating the bead sizes corresponding to the percentages equal respectively to 50%, 10%, and 90% by mass, on the cumulative particle size distribution curve of the bead sizes of the powder, said bead sizes being classified in ascending order;
- said powder of beads has a median size D 50 less than 1.8 mm and greater than 10 µm.
De préférence, la masse volumique apparente de la poudre de billes est supérieure ou égale à 14,0 g/cm3, de préférence supérieure ou égale à 14,3 g/cm3, de préférence supérieure ou égale à 14,5 g/cm3. Avantageusement, l’utilisation d’une telle poudre permet de réduire le temps de broyage.Preferably, the apparent density of the ball powder is greater than or equal to 14.0 g/ cm³ , preferably greater than or equal to 14.3 g/ cm³ , preferably greater than or equal to 14.5 g/ cm³ . Advantageously, the use of such a powder makes it possible to reduce the grinding time.
L’invention concerne également un mélange particulaire comportant au moins 90%, de préférence au moins 95%, de préférence au moins 98% en masse d’une poudre de billes selon l’invention.The invention also relates to a particulate mixture comprising at least 90%, preferably at least 95%, preferably at least 98% by mass of a powder of beads according to the invention.
L’invention concerne également un procédé comportant une utilisation, dans une application de broyage, de dispersion en milieu humide ou de traitement de surface, d’une poudre de billes frittées selon l’invention.The invention also relates to a process comprising the use, in a grinding, wet dispersion or surface treatment application, of a powder of sintered beads according to the invention.
La poudre de billes peut également être utilisée sous la forme d’une suspension lors d’un broyage et lors d’une dispersion en milieu humide. L’invention porte également sur une telle suspension.The powdered beads can also be used in suspension form after grinding and dispersion in a moist medium. The invention also relates to such a suspension.
Dans un mode de réalisation, seule une dite poudre de billes est utilisée. Dans un autre mode de réalisation, on utilise un mélange particulaire comportant une dite poudre de billes mélangée à d’autres particules, lesdites autres particules représentant de préférence moins de 10%, de préférence moins de 5%, de préférence moins de 2% en masse de la somme de la masse desdites billes et desdites autres particules.In one embodiment, only a said powder of beads is used. In another embodiment, a particulate mixture is used comprising a said powder of beads mixed with other particles, said other particles representing preferably less than 10%, preferably less than 5%, preferably less than 2% by mass of the sum of the mass of said beads and said other particles.
L’invention porte aussi sur un dispositif choisi parmi :
- un broyeur comportant une enceinte de broyage contenant une suspension selon l’invention et de préférence une matière à broyer ;
- un dispositif de dispersion comportant une enceinte de dispersion contenant une suspension selon l’invention et de préférence une matière à disperser, par exemple une poudre de pigments, par exemple pour fabriquer une peinture.The invention also relates to a device selected from:
- a crusher comprising a crushing chamber containing a suspension according to the invention and preferably a material to be crushed;
- a dispersion device comprising a dispersion chamber containing a suspension according to the invention and preferably a material to be dispersed, for example a pigment powder, for example to make a paint.
L’invention concerne aussi un procédé de fabrication d’une poudre de billes de carbure(s) métallique(s) selon l’invention, ledit procédé comportant les étapes suivantes :
a) préparation d’une charge de départ de manière à ce que la poudre de billes de carbure(s) métallique(s) obtenue à l’issue de l’étape c) soit conforme à l’invention,
b) mise en forme de la charge de départ sous la forme d’une poudre de billes crues,
c) frittage de manière à obtenir une poudre de billes de carbure(s) métallique(s).The invention also relates to a method for manufacturing a powder of metallic carbide(s) beads according to the invention, said method comprising the following steps:
a) preparation of a starting charge such that the powder of metallic carbide bead(s) obtained at the end of step c) conforms to the invention,
b) shaping the starting charge into a powder of raw beads,
c) sintering to obtain a powder of metallic carbide(s) beads.
De préférence, à l’étape a), l’additif est apporté, au moins partiellement, de préférence totalement, sous la forme d’une poudre de carbure(s) d’additif. L’additif reste sous une forme de carbure lors de la fabrication et se retrouve donc avantageusement sous une forme de carbure, en particulier multiple, dans la bille.Preferably, in step a), the additive is supplied, at least partially, preferably entirely, in the form of a powder of additive carbide(s). The additive remains in a carbide form during manufacturing and is therefore advantageously found in a carbide form, particularly a multiple form, within the ball.
Un procédé selon l’invention peut encore comporter une ou plusieurs des caractéristiques optionnelles suivantes :
- à l’étape a), la charge de départ comporte un mélange particulaire de poudres inorganiques, comportant, de préférence constitué
- d’une poudre de WC et
- d’une ou plusieurs poudres de carbure de titane, de carbure de tantale, de carbure de niobium, de carbure de vanadium, de carbure de zirconium, de carbure d’hafnium, et
- optionnellement d’une poudre de carbone et/ou une poudre comportant du molybdène, de préférence une poudre de carbure de molybdène et/ou d’une poudre d’oxyde de tungstène,
lesdites poudres pouvant être remplacées, au moins partiellement, par des poudres de précurseurs, introduits dans des quantités équivalentes, la taille médiane de l’ensemble des particules desdites poudres, de préférence la taille médiane de chaque dite poudre étant inférieure à 2 µm, de préférence inférieure à 1 µm, de préférence inférieure à 0,5 µm ;
- de préférence, dans la charge de départ, plus de 90%, plus de 95%, de préférence sensiblement 100% de l’additif est apporté sous forme de carbure ;
- de préférence, dans la charge de départ, la teneur en additif est supérieure ou égale à 5,0%, et de préférence inférieure ou égale à 15,0%, de préférence inférieure ou égale à 12,0%, de préférence inférieure ou égale à 10,0% ;
- de préférence, dans la charge de départ, Co ≤ 0,5%, de préférence Co ≤ 0,3%, de préférence Co ≤ 0,2%, de préférence Co ≤ 0,1%, de préférence Co ≤ 0,05%, de préférence la teneur en Co est sensiblement nulle, en pourcentages massiques sur la base de ladite charge de départ ;
- de préférence, dans la charge de départ, Ni ≤ 0,5%, de préférence Ni ≤ 0,3%, de préférence Ni ≤ 0,2%, de préférence Ni ≤ 0,1%, de préférence Ni ≤ 0,05%, de préférence la teneur en Ni est sensiblement nulle, en pourcentages massiques sur la base de ladite charge de départ ;
- de préférence dans la charge de départ, Fe ≤ 0,5%, de préférence Fe ≤ 0,3%, de préférence Fe ≤ 0,2%, de préférence Fe ≤ 0,1%, de préférence Fe ≤ 0,05%, en pourcentages massiques sur la base de ladite charge de départ ;
- de préférence, dans la charge de départ, Co + Ni + Fe ≤ 0,3%, de préférence Co + Ni + Fe ≤ 0,2%, de préférence Co + Ni + Fe ≤ 0,1%, de préférence Co + Ni + Fe ≤ 0,05%, de préférence la teneur en Co + Ni + Fe est sensiblement nulle, en pourcentages massiques sur la base de ladite charge de départ ;
- de préférence, la mise en forme à l’étape b) est réalisée à moins de 2 bar, moins de 1,5 bar, moins de 1,1 bar, de préférence à une pression de 1 bar, de préférence à pression atmosphérique ;
- de préférence, la température de frittage à l’étape c) est supérieure à 1700°C, de préférence supérieure à 1800°C, de préférence supérieure à 1900°C et de préférence inférieure à 2300°C ;
- de préférence, le frittage à l’étape c) est réalisé à moins de 2 bar, moins de 1,5 bar, moins de 1,1 bar, de préférence à une pression de 1 bar, de préférence à pression atmosphérique ;
- de préférence, la durée du palier de frittage à l’étape c) est supérieure à 0,5 heure et inférieure à 10 heures ;
- de préférence, à l’étape c), le frittage est réalisé dans une atmosphère inerte ou réductrice.A method according to the invention may further include one or more of the following optional features:
- in step a), the starting load comprises a particulate mixture of inorganic powders, preferably consisting of
- of a toilet powder and
- of one or more powders of titanium carbide, tantalum carbide, niobium carbide, vanadium carbide, zirconium carbide, hafnium carbide, and
- optionally of a carbon powder and/or a powder containing molybdenum, preferably a molybdenum carbide powder and/or a tungsten oxide powder,
said powders can be replaced, at least partially, by precursor powders, introduced in equivalent quantities, the median size of all the particles of said powders, preferably the median size of each said powder being less than 2 µm, preferably less than 1 µm, preferably less than 0.5 µm;
- preferably, in the starting charge, more than 90%, more than 95%, preferably approximately 100% of the additive is supplied in the form of carbide;
- preferably, in the starting load, the additive content is greater than or equal to 5.0%, and preferably less than or equal to 15.0%, preferably less than or equal to 12.0%, preferably less than or equal to 10.0%;
- preferably, in the starting charge, Co ≤ 0.5%, preferably Co ≤ 0.3%, preferably Co ≤ 0.2%, preferably Co ≤ 0.1%, preferably Co ≤ 0.05%, preferably the Co content is substantially zero, in mass percentages on the basis of said starting charge;
- preferably, in the starting charge, Ni ≤ 0.5%, preferably Ni ≤ 0.3%, preferably Ni ≤ 0.2%, preferably Ni ≤ 0.1%, preferably Ni ≤ 0.05%, preferably the Ni content is substantially zero, in mass percentages on the basis of said starting charge;
- preferably in the starting charge, Fe ≤ 0.5%, preferably Fe ≤ 0.3%, preferably Fe ≤ 0.2%, preferably Fe ≤ 0.1%, preferably Fe ≤ 0.05%, in mass percentages on the basis of said starting charge;
- preferably, in the starting charge, Co + Ni + Fe ≤ 0.3%, preferably Co + Ni + Fe ≤ 0.2%, preferably Co + Ni + Fe ≤ 0.1%, preferably Co + Ni + Fe ≤ 0.05%, preferably the content of Co + Ni + Fe is substantially zero, in mass percentages on the basis of said starting charge;
- preferably, the shaping in step b) is carried out at less than 2 bar, less than 1.5 bar, less than 1.1 bar, preferably at a pressure of 1 bar, preferably at atmospheric pressure;
- preferably, the sintering temperature in step c) is above 1700°C, preferably above 1800°C, preferably above 1900°C and preferably below 2300°C;
- preferably, the sintering in step c) is carried out at less than 2 bar, less than 1.5 bar, less than 1.1 bar, preferably at a pressure of 1 bar, preferably at atmospheric pressure;
- preferably, the duration of the sintering rest in step c) is greater than 0.5 hours and less than 10 hours;
- preferably, in step c), sintering is carried out in an inert or reducing atmosphere.
De manière remarquable, une taille médiane pour l’ensemble des particules de la charge de départ inférieure à 2 µm permet d’obtenir des billes de carbure(s) métallique(s) frittées présentant une masse volumique apparente supérieure ou égale à 14,0 g/cm3, de préférence supérieure ou égale à 14,3 g/cm3, de préférence supérieure ou égale à 14,5 g/cm3, de préférence avec des teneurs en nickel et/ou cobalt très faibles, voire nulles,
- sans avoir besoin de presser fortement la charge de départ à l’étape b) etRemarkably, a median particle size for the initial charge of less than 2 µm makes it possible to obtain sintered metal carbide balls with an apparent density greater than or equal to 14.0 g/ cm³ , preferably greater than or equal to 14.3 g/ cm³ , preferably greater than or equal to 14.5 g/ cm³ , preferably with very low or even zero nickel and/or cobalt contents,
- without needing to strongly compress the starting load in step b) and
- sans avoir besoin de recourir à un traitement thermique sous haute pression, du type pressage isostatique à chaud (ou « Hot Isostatique Pressing » en anglais ou encore HIP) ou pressage à chaud (ou « Hot Pressing » en anglais ou encore HP), lors de l’étape c) de frittage. - without needing to resort to high-pressure heat treatment, such as hot isostatic pressing (or "Hot Isostatic Pressing" in English or HIP) or hot pressing (or "Hot Pressing" in English or HP), during step c) of sintering.
Dans un mode de réalisation, le procédé selon l’invention ne comporte aucune opération de pressage à l’étape b) ou à l’étape c), de préférence à l’étape b) et l’étape c).In one embodiment, the process according to the invention does not involve any pressing operation in step b) or in step c), preferably in step b) and step c).
Le procédé de fabrication en est considérablement simplifié.The manufacturing process is considerably simplified.
Par « bille », on entend une particule présentant une sphéricité, c'est-à-dire un rapport entre son plus petit diamètre de Ferret et son plus grand diamètre de Féret, supérieure ou égale à 0,75, quelle que soit la façon par laquelle cette sphéricité a été obtenue.By "ball" we mean a particle exhibiting sphericity, that is to say a ratio between its smallest Ferret diameter and its largest Ferret diameter, greater than or equal to 0.75, regardless of how this sphericity was obtained.
Par « poudre de billes », on entend une poudre comportant plus de 90% en masse de billes.By "bead powder" we mean a powder containing more than 90% by mass of beads.
Par « bille frittée », on entend une bille obtenue par mélange de matières premières appropriées puis mise en forme à cru de ce mélange et cuisson de la bille crue résultante à une température et pendant un temps suffisants pour obtenir le frittage de cette bille crue. Une bille frittée est constituée de « grains » liés les uns aux autres lors du frittage.A "sintered bead" is a bead obtained by mixing suitable raw materials, then shaping this mixture in its raw state and firing the resulting raw bead at a temperature and for a sufficient time to achieve sintering. A sintered bead consists of "grains" bonded together during the sintering process.
La « taille » d’une particule d’une poudre est classiquement sa dimension mesurée au moyen d’un granulomètre laser.The "size" of a powder particle is classically its dimension measured using a laser particle size analyzer.
On appelle « percentiles » 50 (notée D50), 10 (noté D10), 90 (noté D90) et 99,5 (notée D99,5), les tailles de particules ou de billes correspondant aux pourcentages égaux respectivement à 50%, 10%, 90% et 99,5%, en masse, sur la courbe de distribution granulométrique cumulée des tailles de particules, respectivement de billes de la poudre, lesdites tailles de particules, respectivement de billes étant classées par ordre croissant. Selon cette définition, 99,5% en masse des particules ou des billes de la poudre ont ainsi une taille inférieure à D99,5et 0,5% des particules ou des billes, en masse, présentent une taille supérieure ou égale à D99,5.The 50th percentile (D 50 ), the 10th percentile (D 10 ), the 90th percentile (D 90 ), and the 99.5th percentile (D 99.5 ) are defined as the particle or bead sizes corresponding to the percentages of 50%, 10%, 90%, and 99.5%, respectively, by mass, on the cumulative particle size distribution curve of the powder's particle and bead sizes, respectively, with these particle and bead sizes listed in ascending order. According to this definition, 99.5% by mass of the particles or beads in the powder have a size smaller than D 99.5 , and 0.5% by mass have a size greater than or equal to D 99.5 .
On appelle « taille médiane » d’une poudre de particules, par exemple de billes, le percentile 50. La taille médiane divise donc les particules, les billes respectivement, de la poudre en première et deuxième populations égales en masse, ces première et deuxième populations ne comportant que des particules, des billes respectivement, présentant une taille supérieure ou égale, ou inférieure respectivement, à la taille médiane.The "median size" of a powder of particles, for example of beads, is called the 50th percentile. The median size therefore divides the particles, the beads respectively, of the powder into first and second populations equal in mass, these first and second populations consisting only of particles, beads respectively, having a size greater than or equal to, or less than respectively, the median size.
On appelle « taille maximale » d’une poudre de particules ou de billes, le percentile 99,5.The 99.5 percentile is called the “maximum size” of a powder of particles or beads.
La « sphéricité médiane » d’une poudre divise les particules de cette poudre en première et deuxième populations égales en masse, ces première et deuxième populations ne comportant que des particules présentant une sphéricité supérieure ou égale, ou inférieure respectivement, à la sphéricité médiane.The "median sphericity" of a powder divides the particles of that powder into first and second populations equal in mass, these first and second populations consisting only of particles with a sphericity greater than or equal to, or less than respectively, the median sphericity.
Une teneur totale de plusieurs carbures, par exemple WC + W2C, ou d’un ou plusieurs éléments, par exemple W + Mo, ou Ti + Ta + Nb + V + Zr + Hf, n’implique pas que chacun desdits carbures ou chacun desdits éléments, respectivement, soit présent, même si, dans un mode de réalisation, chacun desdits carbures ou desdits éléments est présent.A total content of several carbides, for example WC + W 2 C, or of one or more elements, for example W + Mo, or Ti + Ta + Nb + V + Zr + Hf, does not imply that each of said carbides or each of said elements, respectively, is present, even if, in one embodiment, each of said carbides or said elements is present.
L’additif est constitué d’un ou plusieurs métaux parmi Ti, Ta, Nb, V, Zr et Hf.The additive consists of one or more metals from among Ti, Ta, Nb, V, Zr and Hf.
Un carbure multiple est un carbure contenant un seul des éléments Ti, Ta, Nb, V, Zr et Hf, et un autre élément, de préférence W, ou une combinaison de plusieurs des éléments Ti, Ta, Nb, V, Zr et Hf, de préférence également combinés avec W.A multiple carbide is a carbide containing one of the elements Ti, Ta, Nb, V, Zr and Hf, and another element, preferably W, or a combination of several of the elements Ti, Ta, Nb, V, Zr and Hf, preferably also combined with W.
Un carbure métallique multiple est considéré comme un carbure de chacun des métaux qu’il contient. Par exemple, un carbure de W et Ti est un carbure de W et est un carbure de Ti.A multiple metal carbide is considered to be a carbide of each of the metals it contains. For example, a carbide of W and Ti is a carbide of W and is a carbide of Ti.
Par « masse volumique apparente » d’une poudre, on entend le rapport entre la masse de poudre et le volume cumulé des particules de la poudre, incluant donc la porosité fermée localisée à l’intérieur de ces particules.The "apparent density" of a powder refers to the ratio between the mass of the powder and the cumulative volume of the powder particles, including the closed porosity located within these particles.
Un « précurseur » d’un composé est un constituant qui se transforme en ledit composé lors de la fabrication d’une poudre de billes de carbure(s) métallique(s) selon l’invention.A “precursor” of a compound is a constituent which is transformed into said compound during the manufacture of a powder of metallic carbide(s) beads according to the invention.
On appelle « taille moyenne » des grains d’une bille de carbure(s) métallique(s), la dimension mesurée selon une méthode de « Mean Linear Intercept ». Une méthode de mesure de ce type est décrite dans la norme ASTM E1382. La mesure peut être effectuée sur une surface polie d’une coupe de la bille, comme décrit dans les exemples.The "average grain size" of a metallic carbide ball is defined as the dimension measured using a Mean Linear Intercept (MLI) method. Such a measurement method is described in ASTM E1382. The measurement can be performed on a polished surface of a cross-section of the ball, as described in the examples.
De manière générale, les propriétés des billes et poudres peuvent être mesurées suivant les méthodes décrites pour les exemples ci-dessous.In general, the properties of beads and powders can be measured using the methods described for the examples below.
« Contenir », « comporter » ou « présenter » ne doivent pas être interprétés de manière limitative, sauf indication contraire.“Contain”, “include” or “present” should not be interpreted in a restrictive manner unless otherwise indicated.
Sauf mention contraire, les pourcentages utilisés pour caractériser une composition se réfèrent toujours à des pourcentages massiques sur la base de ladite composition.Unless otherwise stated, the percentages used to characterize a composition always refer to mass percentages based on said composition.
Les teneurs massiques des phases (WC, W2C,…) sont mesurées sur la base de la masse totale des phases cristallisées.The mass contents of the phases (WC, W 2 C,…) are measured on the basis of the total mass of the crystallized phases.
Procédé de fabrication d’une poudre de billesProcess for manufacturing a powder of beads selon l’inventionaccording to the invention
Pour fabriquer une poudre de billes selon l’invention, on peut procéder suivant un procédé comportant les étapes a) à c) décrites ci-dessus et détaillées ci-dessous.To manufacture a powder of beads according to the invention, one can proceed according to a process comprising the steps a) to c) described above and detailed below.
A l’étape a),on prépare, de préférence à température ambiante, une charge de départ adaptée au procédé de mise en forme de l’étape b), comme cela est bien connu de l’homme du métier. La charge est adaptée de manière que la poudre de billes obtenue à l’issue de l’étape c) soit conforme à l’invention. A cet effet, elle comporte un mélange particulaire de poudres inorganiques, ou « poudres de départ », comportant, de préférence constitué d’une poudre de WC et d’une ou plusieurs poudres d’une source d’additif, de préférence d’une poudre de carbure(s) d’additif, et optionnellement d’une poudre de carbone et/ou une poudre comportant du molybdène, de préférence une poudre de carbure de molybdène et/ou d’une poudre d’oxyde de tungstène. In step a), a starting charge suitable for the shaping process of step b) is prepared, preferably at room temperature, as is well known to those skilled in the art. The charge is adapted so that the powder of beads obtained at the end of step c) conforms to the invention. To this end, it comprises a particulate mixture of inorganic powders, or "starting powders", preferably consisting of WC powder and one or more powders of an additive source, preferably an additive carbide powder, and optionally a carbon powder and/or a powder containing molybdenum, preferably a molybdenum carbide powder and/or a tungsten oxide powder.
La source d’additif comporte de préférence moins de 10%, de préférence moins de 5%, de préférence moins de 2%, de préférence sensiblement pas d’additif sous forme oxyde. La source d’additif comporte de préférence plus de 90%, de préférence plus de 95%, de préférence plus de 98%, de préférence sensiblement 100% d’additif sous forme carbure, de préférence un carbure choisi parmi le carbure de titane, le carbure de tantale, le carbure de niobium, le carbure de vanadium, le carbure de zirconium, le carbure d’hafnium et leurs mélanges.The additive source preferably contains less than 10%, preferably less than 5%, preferably less than 2%, preferably substantially no additive in oxide form. The additive source preferably contains more than 90%, preferably more than 95%, preferably more than 98%, preferably substantially 100% additive in carbide form, preferably a carbide selected from titanium carbide, tantalum carbide, niobium carbide, vanadium carbide, zirconium carbide, hafnium carbide and mixtures thereof.
Ces poudres de départ peuvent également être remplacées, au moins partiellement, par des poudres de précurseurs, introduits dans des quantités équivalentes.These starting powders can also be replaced, at least partially, by precursor powders, introduced in equivalent quantities.
Les impuretés sont constituées des éléments non introduits volontairement dans la charge de départ. Les poudres de départ sont de préférence choisies de manière que la teneur totale en impuretés hors oxygène, soit inférieure à 0,5%, de préférence inférieure à 0,3%, de préférence inférieure à 0,1%, en pourcentage massique sur la base du mélange particulaire de la charge de départ. Le tungstène qui pourrait notamment être présent dans les poudres d’additif, de préférence dans les poudres de carbure(s) d’additif n’est pas considéré comme une impureté.Impurities consist of elements not intentionally introduced into the starting feed. Starting powders are preferably selected so that the total impurity content, excluding oxygen, is less than 0.5%, preferably less than 0.3%, and preferably less than 0.1%, as a mass percentage based on the particulate mixture of the starting feed. Tungsten, which may be present in additive powders, preferably in additive carbide powders, is not considered an impurity.
Lorsqu’une poudre de carbure(s) métallique(s) est présente dans la charge de départ, sa teneur en oxygène est de préférence inférieure à 3%, de préférence inférieure à 2%, de préférence inférieure à 1%, en pourcentage en masse sur la base de la masse de la poudre.When a powder of metallic carbide(s) is present in the starting charge, its oxygen content is preferably less than 3%, preferably less than 2%, preferably less than 1%, as a percentage by mass based on the mass of the powder.
Les poudres de départ sont de préférence choisies de manière que leur taille médiane soit inférieure à 2 µm, de préférence inférieure à 1 µm, de préférence inférieure à 0,5 µm. Les poudres de départ peuvent être broyées ou cobroyées préalablement à l’étape a) à cet effet, par exemple par broyage par impact et/ou frottement.The starting powders are preferably chosen so that their median size is less than 2 µm, preferably less than 1 µm, preferably less than 0.5 µm. The starting powders may be ground or co-ground prior to step a) for this purpose, for example by impact and/or friction grinding.
De préférence, le rapport de la taille médiane de l’ensemble desdites poudres de carbure de titane, de carbure de tantale de carbure de niobium, de carbure de vanadium, de carbure de zirconium, de carbure d’hafnium, de carbure de molybdène, et desdites poudres de précurseurs de ces composés, de préférence de la taille médiane de chacune desdites poudres, sur la taille médiane de la poudre de carbure de tungstène est inférieur à 5, de préférence inférieur à 4, de préférence inférieur à 3, de préférence inférieur à 2, de préférence inférieur à 1, de préférence inférieur à 0,9, de préférence inférieur à 0,8, de préférence inférieur à 0,7, de préférence inférieur à 0,6, de préférence inférieur à 0,5.Preferably, the ratio of the median size of all said titanium carbide, tantalum carbide, niobium carbide, vanadium carbide, zirconium carbide, hafnium carbide, molybdenum carbide powders, and said precursor powders of these compounds, preferably of the median size of each of said powders, to the median size of tungsten carbide powder is less than 5, preferably less than 4, preferably less than 3, preferably less than 2, preferably less than 1, preferably less than 0.9, preferably less than 0.8, preferably less than 0.7, preferably less than 0.6, preferably less than 0.5.
Dans un mode de réalisation, WC est le seul carbure de tungstène introduit dans la charge de départ.In one embodiment, WC is the only tungsten carbide introduced into the starting charge.
De préférence, la charge de départ présente un rapport massique de la teneur en W sur la teneur en additif supérieur ou égal à 4, de préférence supérieur ou égal à 5, de préférence supérieur ou égal à 6, de préférence supérieur ou égal à 7, et de préférence inférieur ou égal à 20, de préférence inférieur ou égal à 19, de préférence inférieur ou égal à 18.Preferably, the starting charge has a mass ratio of the W content to the additive content greater than or equal to 4, preferably greater than or equal to 5, preferably greater than or equal to 6, preferably greater than or equal to 7, and preferably less than or equal to 20, preferably less than or equal to 19, preferably less than or equal to 18.
Dans un mode de réalisation, notamment lorsque WC est le seul carbure de tungstène introduit dans la charge de départ, et lorsque l’additif est introduit dans la charge de départ sensiblement exclusivement sous forme d’une poudre de carbure de titane, la charge de départ présente un rapport massique de la quantité de poudre de WC sur la quantité de poudre de carbure de titane supérieur ou égal à 5,7, et de préférence inférieur ou égal à 16,2, de préférence inférieur ou égal à 15, de préférence inférieur ou égal à 14,5.In one embodiment, particularly when WC is the only tungsten carbide introduced into the starting charge, and when the additive is introduced into the starting charge substantially exclusively in the form of titanium carbide powder, the starting charge has a mass ratio of the amount of WC powder to the amount of titanium carbide powder greater than or equal to 5.7, and preferably less than or equal to 16.2, preferably less than or equal to 15, preferably less than or equal to 14.5.
Dans un mode de réalisation, notamment lorsque WC est le seul carbure de tungstène introduit dans la charge de départ, et lorsque l’additif est introduit dans la charge de départ sensiblement exclusivement sous forme d’une poudre de carbure de tantale, la charge de départ présente un rapport massique de la quantité de poudre de WC sur la quantité de poudre de carbure de tantale supérieur ou égal à 3,7, et de préférence inférieur ou égal à 17,3, de préférence inférieur ou égal à 11,1.In one embodiment, particularly when WC is the only tungsten carbide introduced into the starting charge, and when the additive is introduced into the starting charge substantially exclusively in the form of tantalum carbide powder, the starting charge has a mass ratio of the amount of WC powder to the amount of tantalum carbide powder greater than or equal to 3.7, and preferably less than or equal to 17.3, preferably less than or equal to 11.1.
Dans un mode de réalisation, notamment lorsque WC est le seul carbure de tungstène introduit dans la charge de départ, et lorsque l’additif est introduit dans la charge de départ sensiblement exclusivement sous forme d’une poudre de carbure de niobium, la charge de départ présente un rapport massique de la quantité de poudre de WC sur la quantité de poudre de carbure de niobium supérieur ou égal à 8,1, et de préférence inférieur ou égal à 18,1, de préférence inférieur ou égal à 16,3.In one embodiment, particularly when WC is the only tungsten carbide introduced into the starting charge, and when the additive is introduced into the starting charge substantially exclusively in the form of niobium carbide powder, the starting charge has a mass ratio of the amount of WC powder to the amount of niobium carbide powder greater than or equal to 8.1, and preferably less than or equal to 18.1, preferably less than or equal to 16.3.
Dans un mode de réalisation, notamment lorsque WC est le seul carbure de tungstène introduit dans la charge de départ, et lorsque l’additif est introduit dans la charge de départ sensiblement exclusivement sous forme d’une poudre de carbure de vanadium, la charge de départ présente un rapport massique de la quantité de poudre de WC sur la quantité de poudre de carbure de vanadium supérieur ou égal à 11,5, et de préférence inférieur ou égal à 16,4, de préférence inférieur ou égal à 14,6.In one embodiment, particularly when WC is the only tungsten carbide introduced into the starting charge, and when the additive is introduced into the starting charge substantially exclusively in the form of vanadium carbide powder, the starting charge has a mass ratio of the amount of WC powder to the amount of vanadium carbide powder greater than or equal to 11.5, and preferably less than or equal to 16.4, preferably less than or equal to 14.6.
Dans un mode de réalisation, notamment lorsque WC est le seul carbure de tungstène introduit dans la charge de départ, et lorsque l’additif est introduit dans la charge de départ sensiblement exclusivement sous forme d’une poudre de carbure de zirconium, la charge de départ présente un rapport massique de la quantité de poudre de WC sur la quantité de poudre de carbure de zirconium supérieur ou égal à 10, et de préférence inférieur ou égal à 18, de préférence inférieur ou égal à 16,3.In one embodiment, particularly when WC is the only tungsten carbide introduced into the starting charge, and when the additive is introduced into the starting charge substantially exclusively in the form of zirconium carbide powder, the starting charge has a mass ratio of the amount of WC powder to the amount of zirconium carbide powder greater than or equal to 10, and preferably less than or equal to 18, preferably less than or equal to 16.3.
Dans un mode de réalisation, notamment lorsque WC est le seul carbure de tungstène introduit dans la charge de départ, et lorsque l’additif est introduit dans la charge de départ sensiblement exclusivement sous forme d’une poudre de carbure d’hafnium, la charge de départ présente un rapport massique de la quantité de poudre de WC sur la quantité de poudre de carbure d’hafnium supérieur ou égal à 7,4, et de préférence inférieur ou égal à 17,2.In one embodiment, particularly when WC is the only tungsten carbide introduced into the starting charge, and when the additive is introduced into the starting charge substantially exclusively in the form of hafnium carbide powder, the starting charge has a mass ratio of the amount of WC powder to the amount of hafnium carbide powder greater than or equal to 7.4, and preferably less than or equal to 17.2.
La teneur en WC dans les billes de carbure(s) métallique(s) peut être ajustée à l’aide de la teneur en carbone dans la charge de départ. Pour augmenter la teneur en WC dans les billes de carbure(s) métallique(s), on peut augmenter la teneur en carbone dans la charge de départ, par exemple par ajout d’une source de carbone, notamment une poudre de noir de carbone, un composé organique sous la forme d’une poudre ou d’un liquide, de préférence ne comportant pas ou peu d’oxygène, notamment le saccharose.The WC content in metal carbide beads can be adjusted using the carbon content in the starting charge. To increase the WC content in metal carbide beads, the carbon content in the starting charge can be increased, for example by adding a carbon source, such as carbon black powder, an organic compound in powder or liquid form, preferably containing little or no oxygen, such as sucrose.
Pour augmenter la teneur en W2C et/ou pour diminuer la teneur en carbone libre dans les billes de carbure(s) métallique(s), on peut ajouter dans la charge de départ une poudre de tungstène métallique et/ou une poudre de carbure de tungstène présentant une teneur en oxygène plus élevée et/ou une poudre d’oxyde de tungstène.To increase the W2C content and/or to decrease the free carbon content in the metal carbide(s) beads, one can add to the starting charge a metallic tungsten powder and/or a tungsten carbide powder with a higher oxygen content and/or a tungsten oxide powder.
La charge de départ peut comporter, en plus du mélange particulaire, un solvant, de préférence de l’eau, dont la quantité est adaptée à la méthode de mise en forme de l’étape b). La charge de départ peut également comporter un dispersant, un plastifiant, un modificateur de tension de surface, un agent gélifiant et/ou un agent anti-moussant. Ces additifs bien connus de l’homme du métier sont adaptés à la méthode de mise en forme utilisée à l’étape b).The starting charge may include, in addition to the particulate mixture, a solvent, preferably water, the quantity of which is adapted to the shaping method of step b). The starting charge may also include a dispersant, a plasticizer, a surface tension modifier, a gelling agent, and/or an antifoaming agent. These additives, well known to those skilled in the art, are suitable for the shaping method used in step b).
A l’étape b),tout procédé conventionnel de mise en forme connu pour la fabrication de billes frittées peut être mis en œuvre. In step b), any conventional shaping process known for the manufacture of sintered balls can be implemented.
Parmi ces procédés, on peut citer :
- les procédés de granulation, mettant par exemple en œuvre des granulateurs, des granulateurs à lit fluidisé, ou des disques de granulation,
- les procédés d’atomisation-séchage d’une barbotine,
- les procédés de gélification,
- les procédés de moulage par injection ou extrusion, et
- les procédés de pressage.Among these processes, we can mention:
- granulation processes, for example using granulators, fluidized bed granulators, or granulation discs,
- the atomization-drying processes of a slip,
- gelling processes,
- injection or extrusion molding processes, and
- pressing processes.
Dans un mode de réalisation, les étapes a) et b) sont au moins partiellement confondues, notamment lorsqu’un solvant est ajouté de manière progressive lors de la mise en forme.In one embodiment, steps a) and b) are at least partially coincident, particularly when a solvent is added progressively during shaping.
Dans un mode de réalisation préféré, l’étape b) ne comporte pas de pressage.In a preferred embodiment, step b) does not involve pressing.
A l’étape c),les billes crues sont frittées dans une atmosphère inerte, par exemple dans l’argon ou l’azote, ou réductrice, par exemple dans une atmosphère d’hydrogène et/ou de monoxyde de carbone, ou sous vide. In step c), the raw beads are sintered in an inert atmosphere, for example in argon or nitrogen, or a reducing atmosphere, for example in an atmosphere of hydrogen and/or carbon monoxide, or under vacuum.
De préférence le frittage s’effectue dans un four électrique, de préférence à pression atmosphérique.Preferably, sintering is carried out in an electric furnace, preferably at atmospheric pressure.
Comme cela est bien connu, la durée et la température de frittage permettent d’ajuster la masse volumique apparente des billes obtenues. Il est également bien connu que l’application d’une pression pendant le frittage permet d’augmenter la masse volumique apparente des billes obtenues. Comme le montrent les exemples ci-dessous, une taille médiane faible permet cependant d’obtenir la masse volumique apparente souhaitée par mise en forme et frittage à pression ambiante.As is well known, the duration and temperature of sintering allow adjustment of the apparent density of the resulting beads. It is also well known that applying pressure during sintering increases the apparent density of the beads. As the examples below demonstrate, a small median size, however, allows the desired apparent density to be achieved through shaping and sintering at ambient pressure.
De préférence, la durée de frittage est supérieure à 0,5 heure et inférieure à 10 heures.Preferably, the sintering time is greater than 0.5 hours and less than 10 hours.
A l’étape c), le frittage est effectué à une température supérieure à 1700°C, de préférence supérieure à 1800°C, de préférence supérieure à 1900°C et de préférence inférieure à 2300°C.In step c), sintering is carried out at a temperature above 1700°C, preferably above 1800°C, preferably above 1900°C and preferably below 2300°C.
Après l’étape c) de frittage, la poudre de billes obtenue peut subir une étape optionnelle de tri granulométrique, par exemple par tamisage et/ou par séparation à air, configurée pour obtenir une distribution granulométrique adaptée à l’utilisation envisagée. La poudre de billes peut également subir un tri morphologique, notamment à l’aide d’un séparateur spiralé.After step c) of sintering, the resulting bead powder can undergo an optional particle size sorting step, for example by sieving and/or air separation, configured to obtain a particle size distribution suitable for the intended use. The bead powder can also undergo morphological sorting, notably using a spiral separator.
Une poudre de billes selon l’invention est constituée de billes de carbure(s) métallique(s).A powder of beads according to the invention is made up of beads of metallic carbide(s).
Une dite bille de carbure(s) métallique(s), de préférence chaque bille de carbure(s) métallique(s), peut notamment comporter une ou plusieurs des caractéristiques optionnelles suivantes :
- de préférence C3 = 0,6*C7, de préférence C3 = 0,7*C7, de préférence C3 = 0,8*C7, de préférence C3 = 0,9*C7 ;
- de préférence C4 = 1,1*C7 ;
- de préférence, la teneur en oxygène O est inférieure ou égale à 0,85%, de préférence inférieure ou égale à 0,7%, de préférence inférieure ou égale à 0,5%, de préférence inférieure ou égale à 0,4%, de préférence inférieure ou égale à 0,2%, de préférence inférieure ou égale à 0,1%, en pourcentage en masse sur la base de la masse de la bille ;
- de préférence plus de 70%, de préférence plus de 80%, de préférence plus de 85%, de préférence plus de 90%, de préférence plus de 95% des phases cristallisées sont sous la forme de carbure(s) métallique(s), en pourcentage en masse sur la base de la masse des phases cristallisées ;
- dans un mode de réalisation, toutes les phases cristallisées présentes sont sous la forme de carbure(s) métallique(s) ;
- dans un mode de réalisation, au moins un carbure métallique est un carbure métallique multiple ;
- au moins une partie de Ti, Ta, Nb, V, Zr et Hf est présente sous la forme d’un carbure métallique, ledit carbure métallique étant un carbure métallique multiple ;
- de préférence, plus de 50%, de préférence plus de 60%, de préférence plus de 70%, de préférence plus de 80%, de préférence plus de 90%, de préférence plus de 95%, en masse de l’additif, de préférence d’au moins un des éléments Ti, Ta, Nb, V, Zr et Hf, de préférence de chacun des éléments Ti, Ta, Nb, V, Zr et Hf, sont sous une forme de carbure(s) ;
- de préférence, W ≥ 64%, de préférence W ≥ 66%, de préférence W ≥ 68%, de préférence W ≥ 70%, de préférence W ≥ 71%, de préférence W ≥ 73%, de préférence W ≥ 75%, et de préférence W ≤ 90%, de préférence W ≤ 89%, en pourcentages en masse sur la base de la masse de la bille ;
- de préférence, C ≥ 3%, et de préférence C ≤ 13,5%, de préférence C ≤ 11%, de préférence C ≤ 10%, de préférence C ≤ 9%, de préférence C ≤ 8%, en pourcentage en masse sur la base de la masse de la bille ;
- de préférence, Ti + Ta + Nb + V + Zr + Hf ≥ 5,0%, et de préférence Ti + Ta + Nb + V + Zr + Hf ≤ 15,0%, de préférence Ti + Ta + Nb + V + Zr + Hf ≤ 12,0%, de préférence Ti + Ta + Nb + V + Zr + Hf ≤ 10,0%, en pourcentage en masse sur la base de la masse de la bille ;
- de préférence, W ≥ 64%, de préférence W ≥ 66%, de préférence W ≥ 68%, de préférence W ≥ 70%, de préférence W ≥ 71%, de préférence W ≥ 73%, de préférence W ≥ 75%, et de préférence W ≤ 90%, de préférence W ≤ 89% et C ≥ 3%, et de préférence C ≤ 13,5%, de préférence C ≤ 11%, de préférence C ≤ 10%, de préférence C ≤ 9%, de préférence C ≤ 8%, et de préférence Ti + Ta + Nb + V + Zr + Hf ≥ 5,0%, et de préférence Ti + Ta + Nb + V + Zr + Hf ≤ 15,0%, de préférence Ti + Ta + Nb + V + Zr + Hf ≤ 12,0%, de préférence Ti + Ta + Nb + V + Zr + Hf ≤ 10,0%, en pourcentages en masse sur la base de la masse de la bille ;
- dans un mode de réalisation préféré, l’additif est Nb et de préférence Nb ≥ 5,0%, et de préférence Nb ≤ 9,7%, en pourcentage en masse sur la base de la masse de la bille ;
- la bille de carbure(s) métallique(s) présente une sphéricité supérieure à 0,90 ;
- dans un mode de réalisation, WC et W2C représentent ensemble, plus de 80% de la masse de l’ensemble des phases cristallisées de la bille.A said metallic carbide ball(s), preferably each metallic carbide ball(s), may in particular include one or more of the following optional characteristics:
- preferably C3 = 0.6*C7, preferably C3 = 0.7*C7, preferably C3 = 0.8*C7, preferably C3 = 0.9*C7;
- preferably C4 = 1.1*C7;
- preferably, the oxygen O content is less than or equal to 0.85%, preferably less than or equal to 0.7%, preferably less than or equal to 0.5%, preferably less than or equal to 0.4%, preferably less than or equal to 0.2%, preferably less than or equal to 0.1%, as a percentage by mass based on the mass of the ball ;
- preferably more than 70%, preferably more than 80%, preferably more than 85%, preferably more than 90%, preferably more than 95% of the crystallized phases are in the form of metallic carbide(s), as a percentage by mass based on the mass of the crystallized phases;
- in one embodiment, all the crystalline phases present are in the form of metallic carbide(s);
- in one embodiment, at least one metal carbide is a multiple metal carbide;
- at least a part of Ti, Ta, Nb, V, Zr and Hf is present in the form of a metallic carbide, said metallic carbide being a multiple metallic carbide;
- preferably more than 50%, preferably more than 60%, preferably more than 70%, preferably more than 80%, preferably more than 90%, preferably more than 95%, by mass of the additive, preferably of at least one of the elements Ti, Ta, Nb, V, Zr and Hf, preferably of each of the elements Ti, Ta, Nb, V, Zr and Hf, are in the form of carbide(s);
- preferably W ≥ 64%, preferably W ≥ 66%, preferably W ≥ 68%, preferably W ≥ 70%, preferably W ≥ 71%, preferably W ≥ 73%, preferably W ≥ 75%, and preferably W ≤ 90%, preferably W ≤ 89%, as percentages by mass based on the mass of the ball;
- preferably, C ≥ 3%, and preferably C ≤ 13.5%, preferably C ≤ 11%, preferably C ≤ 10%, preferably C ≤ 9%, preferably C ≤ 8%, as a percentage by mass based on the mass of the ball;
- preferably, Ti + Ta + Nb + V + Zr + Hf ≥ 5.0%, and preferably Ti + Ta + Nb + V + Zr + Hf ≤ 15.0%, preferably Ti + Ta + Nb + V + Zr + Hf ≤ 12.0%, preferably Ti + Ta + Nb + V + Zr + Hf ≤ 10.0%, as a percentage by mass based on the mass of the ball;
- preferably, W ≥ 64%, preferably W ≥ 66%, preferably W ≥ 68%, preferably W ≥ 70%, preferably W ≥ 71%, preferably W ≥ 73%, preferably W ≥ 75%, and preferably W ≤ 90%, preferably W ≤ 89% and C ≥ 3%, and preferably C ≤ 13.5%, preferably C ≤ 11%, preferably C ≤ 10%, preferably C ≤ 9%, preferably C ≤ 8%, and preferably Ti + Ta + Nb + V + Zr + Hf ≥ 5.0%, and preferably Ti + Ta + Nb + V + Zr + Hf ≤ 15.0%, preferably Ti + Ta + Nb + V + Zr + Hf ≤ 12.0%, preferably Ti + Ta + Nb + V + Zr + Hf ≤ 10.0%, as percentages by mass based on the mass of the ball;
- in a preferred embodiment, the additive is Nb and preferably Nb ≥ 5.0%, and preferably Nb ≤ 9.7%, as a percentage by mass based on the mass of the ball;
- the metallic carbide ball(s) has a sphericity greater than 0.90;
- in one embodiment, WC and W2Together, these represent more than 80% of the mass of all the crystallized phases of the ball.
Dans un mode de réalisation, la bille de carbure(s) métallique(s) comporte plus de 1%, de préférence plus de 3%, de préférence plus de 5%, et moins de 9%, de préférence moins de 7% de molybdène Mo, en pourcentage en masse sur la base de la masse de la bille.In one embodiment, the metallic carbide ball(s) comprises more than 1%, preferably more than 3%, preferably more than 5%, and less than 9%, preferably less than 7% molybdenum Mo, as a percentage by mass based on the mass of the ball.
Le cobalt et/ou le nickel et/ou le fer sont généralement utilisés comme liant métallique dans la fabrication des billes frittées en carbure(s) de tungstène et permettent d’en abaisser la température de frittage.Cobalt and/or nickel and/or iron are generally used as metallic binders in the manufacture of sintered tungsten carbide balls and allow the sintering temperature to be lowered.
L’usure engendrée lors de l’utilisation desdites billes de carbure de tungstène a notamment pour effet de libérer des composés de cobalt et/ou de nickel et/ou de fer, lesdits composés pouvant poser des problèmes de pollution de la matière broyée ou homogénéisée, voire des problèmes d’hygiène et d’environnement. De même, des problèmes d’hygiène et d’environnement peuvent être rencontrés lors de la fabrication desdites billes.The wear generated during the use of these tungsten carbide balls results in the release of cobalt, nickel, and/or iron compounds. These compounds can cause pollution of the ground or homogenized material, and may also lead to hygiene and environmental problems. Similarly, hygiene and environmental issues can arise during the manufacturing of these balls.
De manière remarquable, les inventeurs ont constaté que de très bonnes performances sont obtenues dans les applications susmentionnées, même avec des quantités très faibles de Co, Ni et Fe. Ces faibles quantités limitent avantageusement les problèmes d’hygiène et d’environnement et/ou de pollution de la matière broyée.Remarkably, the inventors found that very good performance is achieved in the aforementioned applications, even with very low quantities of Co, Ni, and Fe. These low quantities advantageously limit hygiene and environmental problems and/or pollution of the ground material.
De préférence,
- Co ≤ 0,5%, de préférence ≤ 0,3%, de préférence ≤ 0,2%, de préférence ≤ 0,1%, de préférence ≤ 0,05% ;
- Ni ≤ 0,5% de préférence ≤ 0,3%, de préférence ≤ 0,2%, de préférence ≤ 0,1%, de préférence ≤ 0,05% ;
- Fe ≤ 0,5% de préférence ≤ 0,3%, de préférence ≤ 0,2%, de préférence ≤ 0,1%, de préférence ≤ 0,05% ;
- Co + Ni + Fe ≤ 0,3%, de préférence ≤ 0,2%, de préférence ≤ 0,1%, de préférence ≤ 0,05%.Preferably,
- Co ≤ 0.5%, preferably ≤ 0.3%, preferably ≤ 0.2%, preferably ≤ 0.1%, preferably ≤ 0.05%;
- Ni ≤ 0.5%, preferably ≤ 0.3%, preferably ≤ 0.2%, preferably ≤ 0.1%, preferably ≤ 0.05%;
- Fe ≤ 0.5% preferably ≤ 0.3%, preferably ≤ 0.2%, preferably ≤ 0.1%, preferably ≤ 0.05%;
- Co + Ni + Fe ≤ 0.3%, preferably ≤ 0.2%, preferably ≤ 0.1%, preferably ≤ 0.05%.
Une bille de carbure(s) métallique(s), de préférence chaque bille de carbure(s) métallique(s) présente une taille moyenne de grains supérieure ou égale à 0,1 µm, de préférence supérieure ou égale à 0,5 µm et/ou inférieure ou égale à 4 µm, de préférence inférieure ou égale à 3 µm, de préférence inférieure ou égale à 2 µm.A metal carbide ball(s), preferably each metal carbide ball(s) has an average grain size greater than or equal to 0.1 µm, preferably greater than or equal to 0.5 µm and/or less than or equal to 4 µm, preferably less than or equal to 3 µm, preferably less than or equal to 2 µm.
De préférence, une bille de carbure(s) métallique(s), de préférence chaque bille de carbure(s) métallique(s) présente une sphéricité supérieure à 0,80, de préférence supérieure à 0,85, de préférence supérieure à 0,90, de préférence supérieure à 0,92, de préférence supérieure à 0,94, de préférence supérieure à 0,95.Preferably, a metal carbide ball(s), preferably each metal carbide ball(s) has a sphericity greater than 0.80, preferably greater than 0.85, preferably greater than 0.90, preferably greater than 0.92, preferably greater than 0.94, preferably greater than 0.95.
La poudre de billes présente de préférence une taille maximale inférieure à 2 mm, de préférence inférieure à 1,5 mm, de préférence inférieure à 1 mm, de préférence inférieure à 800 µm.The powder of beads preferably has a maximum size of less than 2 mm, preferably less than 1.5 mm, preferably less than 1 mm, preferably less than 800 µm.
La poudre de billes présente de préférence une taille médiane D50inférieure à 1,8 mm, de préférence inférieure à 1,5 mm, de préférence inférieure à 1 mm, de préférence inférieure à 600 µm, et/ou de préférence supérieure à 10 µm, de préférence supérieure à 20 µm, de préférence supérieure à 30 µm. De telles tailles médianes sont particulièrement bien adaptées à des applications de dispersion en milieu humide.The powder beads preferably have a median size D 50 of less than 1.8 mm, preferably less than 1.5 mm, preferably less than 1 mm, preferably less than 600 µm, and/or preferably greater than 10 µm, preferably greater than 20 µm, preferably greater than 30 µm. Such median sizes are particularly well suited to dispersion applications in humid environments.
La poudre de billes présente un rapport (D90- D10) / D50de préférence inférieur à 0,5, de préférence inférieur à 0,4, de préférence inférieur à 0,3, de préférence inférieur à 0,2, de préférence inférieur à 0,1. Avantageusement, la séparation des billes et de la suspension à broyer en est facilitée.The powder of beads has a ratio (D 90 - D 10 ) / D 50 preferably less than 0.5, preferably less than 0.4, preferably less than 0.3, preferably less than 0.2, preferably less than 0.1. Advantageously, the separation of the beads and the suspension to be ground is facilitated.
Une poudre de billes selon l’invention peut notamment présenter une ou plusieurs des caractéristiques optionnelles suivantes :
- C3 = 0,6*C7, de préférence C3 = 0,7*C7, de préférence C3 = 0,8*C7, de préférence C3 = 0,9*C7 ;
- C4 = 1,1*C7 ;
- la teneur en oxygène O est inférieure ou égale à 0,85%, de préférence inférieure ou égale à 0,7%, de préférence inférieure ou égale à 0,5%, de préférence inférieure ou égale à 0,4%, de préférence inférieure ou égale à 0,2%, de préférence inférieure ou égale à 0,1%, en pourcentage en masse sur la base de la masse de la poudre de billes ;
- plus de 70%, de préférence plus de 80%, de préférence plus de 85%, de préférence plus de 90%, de préférence plus de 95% des phases cristallisées présentes sont sous la forme de carbure(s) métallique(s), en pourcentage en masse sur la base de la masse des phases cristallisées ;
- dans un mode de réalisation, toutes les phases cristallisées présentes sont sous la forme de carbure(s) métallique(s) ;
- dans un mode de réalisation, au moins un carbure métallique est un carbure métallique multiple ;
- au moins une partie de Ti, Ta, Nb, V, Zr et Hf est présente sous la forme d’un carbure métallique, ledit carbure métallique étant un carbure métallique multiple ;
- de préférence plus de 50%, de préférence plus de 60%, de préférence plus de 70%, de préférence plus de 80%, de préférence plus de 90%, de préférence plus de 95%, en masse de l’additif, de préférence d’au moins un des éléments Ti, Ta, Nb, V, Zr et Hf, de préférence de chacun des éléments Ti, Ta, Nb, V, Zr et Hf, sont sous une forme de carbure(s) ;
- de préférence, W ≥ 64%, de préférence W ≥ 66%, de préférence W ≥ 68%, de préférence W ≥ 70%, de préférence W ≥ 71%, de préférence W ≥ 73%, de préférence W ≥ 75%, et de préférence W ≤ 90%, de préférence W ≤ 89%, en pourcentage en masse sur la base de la masse de la poudre de billes ;
- de préférence, C ≥ 3%, et de préférence C ≤ 13,5%, de préférence C ≤ 11%, de préférence C ≤ 10%, de préférence C ≤ 9%, de préférence C ≤ 8%, en pourcentage en masse sur la base de la masse de la poudre de billes ;
- de préférence, Ti + Ta + Nb + V + Zr + Hf ≥ 5,0%, et de préférence Ti + Ta + Nb + V + Zr + Hf ≤ 15,0%, de préférence Ti + Ta + Nb + V + Zr + Hf ≤ 12,0%, de préférence Ti + Ta + Nb + V + Zr + Hf ≤ 10,0%, en pourcentage en masse sur la base de la masse de la poudre de billes ;
- de préférence, W ≥ 64%, de préférence W ≥ 66%, de préférence W ≥ 68%, de préférence W ≥ 70%, de préférence W ≥ 71%, de préférence W ≥ 73%, de préférence W ≥ 75%, et de préférence W ≤ 90%, de préférence W ≤ 89% et C ≥ 3%, et de préférence C ≤ 13,5%, de préférence C ≤ 11%, de préférence C ≤ 10%, de préférence C ≤ 9%, de préférence C ≤ 8%, et Ti + Ta + Nb + V + Zr + Hf ≥ 5,0%, et de préférence Ti + Ta + Nb + V + Zr + Hf ≤ 15,0%, de préférence Ti + Ta + Nb + V + Zr + Hf ≤ 12,0%, de préférence Ti + Ta + Nb + V + Zr + Hf ≤ 10,0%, en pourcentage en masse sur la base de la masse de la poudre de billes ;
- dans un mode de réalisation préféré, l’additif est Nb et de préférence Nb ≥ 5,0%, et de préférence Nb ≤ 9,7%, en pourcentage en masse sur la base de la masse de la poudre de billes ;
- la poudre de billes de carbure(s) métallique(s) présente une sphéricité médiane supérieure à 0,80, de préférence supérieure à 0,85, de préférence supérieure à 0,90, de préférence supérieure à 0,92, de préférence supérieure à 0,94, de préférence supérieure à 0,95, de préférence supérieure à 0,97, de préférence supérieure à 0,98. Avantageusement, l’énergie nécessaire au broyage en est diminuée ;
- dans un mode de réalisation, WC et W2C représentent ensemble, plus de 80% de la masse de l’ensemble des phases cristallisées ;
- dans un mode de réalisation, la poudre de billes de carbure(s) métallique(s) comporte plus de 1%, de préférence plus de 3%, de préférence plus de 5% et moins de 9%, de préférence moins de 7% de molybdène Mo, en pourcentage en masse sur la base de la masse de la poudre de billes ;
- Co ≤ 0,5%, de préférence ≤ 0,3%, de préférence ≤ 0,2%, de préférence ≤ 0,1%, de préférence ≤ 0,05%, en pourcentage en masse sur la base de la masse de la poudre de billes ;
- Ni ≤ 0,5% de préférence ≤ 0,3%, de préférence ≤ 0,2%, de préférence ≤ 0,1%, de préférence ≤ 0,05%, en pourcentage en masse sur la base de la masse de la poudre de billes ;
- Fe ≤ 0,5% de préférence ≤ 0,3%, de préférence ≤ 0,2%, de préférence ≤ 0,1%, de préférence ≤ 0,05%, en pourcentage en masse sur la base de la masse de la poudre de billes ;
- Co + Ni + Fe ≤ 0,3%, de préférence ≤ 0,2%, de préférence ≤ 0,1%, de préférence ≤ 0,05%, en pourcentage en masse sur la base de la masse de la poudre de billes ;
- la masse volumique apparente de la poudre de billes est supérieure ou égale à 14,0 g/cm3, de préférence supérieure ou égale à 14,3 g/cm3, de préférence supérieure ou égale à 14,5 g/cm3;
- la teneur en éléments autres que W, Mo, C, Ti, Ta, Nb, V, Zr et Hf est inférieure à 2,5%, de préférence inférieure à 2%, de préférence inférieure à 1,5%, de préférence inférieure à 1%, en pourcentage en masse sur la base de la masse de la poudre de billes ;
- dans un mode de réalisation, notamment lorsqu’une poudre de TiC est présente dans la charge de départ à l’étape b), la teneur massique en Ti est supérieure ou égale à 5,0%, et/ou inférieure ou égale à 15,0%, de préférence inférieure ou égale à 13,0%, de préférence inférieure ou égale à 12,0%, en pourcentage en masse sur la base de la masse de la poudre de billes ;
- dans un mode de réalisation, notamment lorsqu’une poudre de TaC est présente dans la charge de départ à l’étape b), la teneur massique en Ta est supérieure ou égale à 7,5%, en pourcentage en masse sur la base de la masse de la poudre de billes ;
- dans un mode de réalisation, notamment lorsqu’une poudre de NbC est présente dans la charge de départ à l’étape b), la teneur massique en Nb est supérieure ou égale à 5,0%, et/ou inférieure ou égale à 15,0%, de préférence inférieure ou égale à 13,0%, de préférence inférieure ou égale à 10,0%, en pourcentage en masse sur la base de la masse de la poudre de billes ;
- dans un mode de réalisation, notamment lorsqu’une poudre de VC est présente dans la charge de départ à l’étape b), la teneur massique en V est supérieure ou égale à 5,0%, et/ou inférieure ou égale à 15,0%, de préférence inférieure ou égale à 13,0%, de préférence inférieure ou égale à 10,0%, de préférence inférieure ou égale à 6,5%, en pourcentage en masse sur la base de la masse de la poudre de billes ;
- dans un mode de réalisation, notamment lorsqu’une poudre de ZrC est présente dans la charge de départ à l’étape b), la teneur massique en Zr est supérieure ou égale à 5,0%, et/ou inférieure ou égale à 15,0%, de préférence inférieure ou égale à 13,0%, de préférence inférieure ou égale à 10,0%, de préférence inférieure ou égale à 8,0%, en pourcentage en masse sur la base de la masse de la poudre de billes ;
- dans un mode de réalisation, notamment lorsqu’une poudre de HfC est présente dans la charge de départ à l’étape b), la teneur massique en Hf est inférieure ou égale à 15,0%, de préférence inférieure ou égale à 13,0%, de préférence inférieure ou égale à 11,2%, en pourcentage en masse sur la base de la masse de la poudre de billes.A powder of beads according to the invention may in particular have one or more of the following optional characteristics:
- C3 = 0.6*C7, preferably C3 = 0.7*C7, preferably C3 = 0.8*C7, preferably C3 = 0.9*C7;
- C4 = 1.1*C7;
- the oxygen O content is less than or equal to 0.85%, preferably less than or equal to 0.7%, preferably less than or equal to 0.5%, preferably less than or equal to 0.4%, preferably less than or equal to 0.2%, preferably less than or equal to 0.1%, as a percentage by mass based on the mass of the powder of beads ;
- more than 70%, preferably more than 80%, preferably more than 85%, preferably more than 90%, preferably more than 95% of the crystallized phases present are in the form of metallic carbide(s), as a percentage by mass based on the mass of the crystallized phases;
- in one embodiment, all the crystalline phases present are in the form of metallic carbide(s);
- in one embodiment, at least one metal carbide is a multiple metal carbide;
- at least a part of Ti, Ta, Nb, V, Zr and Hf is present in the form of a metallic carbide, said metallic carbide being a multiple metallic carbide;
- preferably more than 50%, preferably more than 60%, preferably more than 70%, preferably more than 80%, preferably more than 90%, preferably more than 95%, by mass of the additive, preferably of at least one of the elements Ti, Ta, Nb, V, Zr and Hf, preferably of each of the elements Ti, Ta, Nb, V, Zr and Hf, are in a form of carbide(s);
- preferably W ≥ 64%, preferably W ≥ 66%, preferably W ≥ 68%, preferably W ≥ 70%, preferably W ≥ 71%, preferably W ≥ 73%, preferably W ≥ 75%, and preferably W ≤ 90%, preferably W ≤ 89%, as a percentage by mass based on the mass of the ball powder;
- preferably, C ≥ 3%, and preferably C ≤ 13.5%, preferably C ≤ 11%, preferably C ≤ 10%, preferably C ≤ 9%, preferably C ≤ 8%, as a percentage by mass based on the mass of the ball powder;
- preferably, Ti + Ta + Nb + V + Zr + Hf ≥ 5.0%, and preferably Ti + Ta + Nb + V + Zr + Hf ≤ 15.0%, preferably Ti + Ta + Nb + V + Zr + Hf ≤ 12.0%, preferably Ti + Ta + Nb + V + Zr + Hf ≤ 10.0%, as a percentage by mass based on the mass of the ball powder;
- preferably, W ≥ 64%, preferably W ≥ 66%, preferably W ≥ 68%, preferably W ≥ 70%, preferably W ≥ 71%, preferably W ≥ 73%, preferably W ≥ 75%, and preferably W ≤ 90%, preferably W ≤ 89% and C ≥ 3%, and preferably C ≤ 13.5%, preferably C ≤ 11%, preferably C ≤ 10%, preferably C ≤ 9%, preferably C ≤ 8%, and Ti + Ta + Nb + V + Zr + Hf ≥ 5.0%, and preferably Ti + Ta + Nb + V + Zr + Hf ≤ 15.0%, preferably Ti + Ta + Nb + V + Zr + Hf ≤ 12.0%, preferably Ti + Ta + Nb + V + Zr + Hf ≤ 10.0%, as a percentage by mass based on the mass of the ball powder;
- in a preferred embodiment, the additive is Nb and preferably Nb ≥ 5.0%, and preferably Nb ≤ 9.7%, as a percentage by mass based on the mass of the powder of beads;
- the powder of metallic carbide(s) beads has a median sphericity greater than 0.80, preferably greater than 0.85, preferably greater than 0.90, preferably greater than 0.92, preferably greater than 0.94, preferably greater than 0.95, preferably greater than 0.97, preferably greater than 0.98. Advantageously, the energy required for grinding is reduced;
- in one embodiment, WC and W2Together, these represent more than 80% of the mass of all the crystallized phases;
- in one embodiment, the metal carbide bead powder comprises more than 1%, preferably more than 3%, preferably more than 5% and less than 9%, preferably less than 7% of molybdenum Mo, as a percentage by mass based on the mass of the bead powder;
- Co ≤ 0.5%, preferably ≤ 0.3%, preferably ≤ 0.2%, preferably ≤ 0.1%, preferably ≤ 0.05%, as a percentage by mass based on the mass of the ball powder;
- Ni ≤ 0.5% preferably ≤ 0.3%, preferably ≤ 0.2%, preferably ≤ 0.1%, preferably ≤ 0.05%, as a percentage by mass based on the mass of the ball powder;
- Fe ≤ 0.5% preferably ≤ 0.3%, preferably ≤ 0.2%, preferably ≤ 0.1%, preferably ≤ 0.05%, as a percentage by mass based on the mass of the powder of the balls;
- Co + Ni + Fe ≤ 0.3%, preferably ≤ 0.2%, preferably ≤ 0.1%, preferably ≤ 0.05%, as a percentage by mass based on the mass of the ball powder;
- the apparent density of the powdered beads is greater than or equal to 14.0 g/cm³3, preferably greater than or equal to 14.3 g/cm²3, preferably greater than or equal to 14.5 g/cm²3;
- the content of elements other than W, Mo, C, Ti, Ta, Nb, V, Zr and Hf is less than 2.5%, preferably less than 2%, preferably less than 1.5%, preferably less than 1%, as a percentage by mass based on the mass of the powder of beads;
- in one embodiment, in particular when a TiC powder is present in the starting charge in step b), the mass content of Ti is greater than or equal to 5.0%, and/or less than or equal to 15.0%, preferably less than or equal to 13.0%, preferably less than or equal to 12.0%, as a percentage by mass based on the mass of the powder of beads;
- in one embodiment, in particular when a TaC powder is present in the starting charge in step b), the mass content of Ta is greater than or equal to 7.5%, as a percentage by mass based on the mass of the powder of beads;
- in one embodiment, in particular when an NbC powder is present in the starting charge in step b), the mass content of Nb is greater than or equal to 5.0%, and/or less than or equal to 15.0%, preferably less than or equal to 13.0%, preferably less than or equal to 10.0%, as a percentage by mass based on the mass of the bead powder;
- in one embodiment, in particular when a VC powder is present in the starting charge in step b), the mass content of V is greater than or equal to 5.0%, and/or less than or equal to 15.0%, preferably less than or equal to 13.0%, preferably less than or equal to 10.0%, preferably less than or equal to 6.5%, as a percentage by mass based on the mass of the powder of beads;
- in one embodiment, in particular when a ZrC powder is present in the starting charge in step b), the mass content of Zr is greater than or equal to 5.0%, and/or less than or equal to 15.0%, preferably less than or equal to 13.0%, preferably less than or equal to 10.0%, preferably less than or equal to 8.0%, as a percentage by mass based on the mass of the powder of beads;
- in one embodiment, in particular when an HfC powder is present in the starting charge in step b), the mass content of Hf is less than or equal to 15.0%, preferably less than or equal to 13.0%, preferably less than or equal to 11.2%, as a percentage by mass based on the mass of the powder of beads.
Une poudre de billes selon l’invention est en particulier destinée à des applications de broyage (dite « microbroyage »), de dispersion en milieu humide et de traitement de surface.A powder of beads according to the invention is in particular intended for grinding applications (known as "microgrinding"), dispersion in wet environments and surface treatment.
Dans une application de broyage, la poudre de billes peut être mise en suspension dans un mélange d’un solvant et de la matière à broyer. Dans une telle application, la poudre de billes peut également être utilisée en milieu sec.In a grinding application, the powdered beads can be suspended in a mixture of a solvent and the material to be ground. In such an application, the powdered beads can also be used in a dry environment.
Le broyage a pour objectif de réduire la taille des particules d’une matière à broyer, liquide ou solide. La poudre de billes peut être en particulier utilisée pour broyer une matière organique, en particulier une matière alimentaire.The purpose of grinding is to reduce the particle size of a material to be ground, whether liquid or solid. Powdered pellets can be used, in particular, to grind organic matter, especially food.
Dans les applications de dispersion en milieu humide, la poudre de billes est mise en suspension dans un mélange d’un solvant et de la matière à disperser.In wet dispersion applications, the powder beads are suspended in a mixture of a solvent and the material to be dispersed.
La dispersion a pour objectif d’homogénéiser une matière à disperser, liquide ou solide, en particulier une peinture, une encre, un colorant, une laque magnétique, ou un composé agrochimique.The purpose of dispersion is to homogenize a material to be dispersed, liquid or solid, in particular a paint, an ink, a dye, a magnetic lacquer, or an agrochemical compound.
Le traitement de surface a pour objectif de modifier l’aspect et/ou la nature d’une surface à traiter. A cet effet, la poudre de billes, sèche, est projetée sur ladite surface, par exemple une surface métallique. Au moment de leur projection, la vitesse des billes est typiquement supérieure à 10 m/s, de préférence supérieure à 20 m/s, de préférence supérieure à 30 m/s, de préférence supérieure à 40 m/s.Surface treatment aims to modify the appearance and/or nature of a surface. For this purpose, dry powder beads are projected onto the surface, for example, a metallic surface. At the moment of projection, the speed of the beads is typically greater than 10 m/s, preferably greater than 20 m/s, preferably greater than 30 m/s, and preferably greater than 40 m/s.
Le traitement de surface peut être mis en œuvre dans un but de nettoyage, par exemple pour l'enlèvement de la rouille (décalaminage), pour créer des précontraintes de compression à la surface d'une pièce (« grenaillage de précontrainte », en anglais« shot-peening ») ou pour modifier l’aspect de surface d’une pièce, notamment la rugosité, la luminosité ou la brillance (en anglais« cosmetic finishing »).Surface treatment can be implemented for cleaning purposes, for example for the removal of rust (descaling), to create compressive prestresses on the surface of a part ("shot-peening" ) or to modify the surface appearance of a part, including roughness, brightness or gloss ( "cosmetic finishing" ).
Dans toutes ces applications, pour limiter l’impact environnemental et réduire les coûts, les billes sont classiquement récupérées après avoir été utilisées, triées pour éliminer les morceaux de billes cassées, puis réutilisées.In all these applications, to limit environmental impact and reduce costs, the marbles are typically recovered after use, sorted to remove broken pieces, and then reused.
Les morceaux de billes n’étant pas sphériques, ils réduisent l’efficacité. Notamment, leur projection peut conduire à une altération de la pièce, voire être à l’origine de sa rupture.Because the pieces of marble are not spherical, they reduce efficiency. In particular, their projection can lead to damage to the part, or even cause it to break.
Par ailleurs, dans toutes ces applications, la poudre doit être très fluide. Ces applications sont donc ainsi éloignées des applications dans lesquelles la poudre doit être mise en forme, par exemple pour former une pièce ou une préforme, comme dans la fabrication additive, en particulier décrite dans US2018/023668.Furthermore, in all these applications, the powder must be very fluid. These applications are therefore quite different from those where the powder needs to be shaped, for example to form a part or a preform, as in additive manufacturing, specifically described in US2018/023668.
Les exemples non limitatifs suivants sont donnés dans le but d'illustrer l'invention.The following non-limiting examples are given for the purpose of illustrating the invention.
Protocoles de mesureMeasurement protocols
Les méthodes suivantes ont été utilisées pour déterminer certaines propriétés de différentes poudres de billes frittées.The following methods were used to determine certain properties of different sintered bead powders.
Pour déterminer la sphéricité d’une bille, les plus petits et plus grands diamètres de Féret sont mesurés à l’aide du logiciel Zeiss Zen Core, sur un microscope modèle Axio Imager commercialisé par la société Zeiss.To determine the sphericity of a ball, the smallest and largest Feret diameters are measured using Zeiss Zen Core software, on an Axio Imager model microscope marketed by the Zeiss company.
La quantification des éléments présents dans la composition chimique des billes frittées est effectuée :
- pour le carbone, à l’aide d’un analyseur carbone-soufre modèle CS744 commercialisé par la société LECO ;
- pour l’oxygène, à l’aide d’un analyseur oxygène-azote modèle ON836 commercialisé par la société LECO ;
- pour le bore et le lithium, par spectrométrie à plasma à couplage inductif, en anglais « Inductively Coupled Plasma » ou « ICP », d’une solution obtenue selon la méthode suivante. Les billes frittées à analyser subissent dans un premier temps une calcination sous air à 650°C pendant 4 heures. Puis 700 mg desdites billes calcinées sont mélangés à 3 g de carbonate de sodium, et le tout est porté à 950°C pendant un temps de maintien à cette température égal à 15 minutes. Après refroidissement, le mélange obtenu est ajouté à 200 cm3d’eau déminéralisée et à 10 cm3d’une solution d’acide chlorhydrique à 30 vol%, puis le tout est porté à 200°C sous agitation. La solution ainsi obtenue est ensuite filtrée puis complétée à 500 ml à l’aide d’eau déminéralisée de manière à obtenir la solution à doser par ICP ;
- pour les éléments autres que bore, lithium, oxygène et carbone, par fluorescence X sur une perle obtenue par fusion d’un mélange de 5 g de tétraborate de lithium et de 500 mg de billes frittées à analyser ayant subi au préalable une calcination sous air à 650°C pendant 24 heures, la détermination des teneurs en éléments étant effectuée en considérant que ladite calcination a oxydé tous les éléments présents dans les billes à analyser et que lesdites billes ne contiennent plus de carbone après ladite calcination.The quantification of the elements present in the chemical composition of the sintered beads is carried out:
- for carbon, using a CS744 model carbon-sulfur analyzer marketed by the company LECO;
- for oxygen, using an ON836 model oxygen-nitrogen analyzer marketed by the company LECO;
- for boron and lithium, by inductively coupled plasma spectrometry (ICP) of a solution obtained according to the following method. The sintered beads to be analyzed are first calcined in air at 650°C for 4 hours. Then, 700 mg of said calcined beads are mixed with 3 g of sodium carbonate, and the mixture is heated to 950°C for a holding time of 15 minutes. After cooling, the resulting mixture is added to 200 cm³ of demineralized water and 10 cm³ of a 30 vol% hydrochloric acid solution, and the mixture is then heated to 200°C with stirring. The resulting solution is then filtered and dilute to 500 ml with demineralized water to obtain the solution to be analyzed by ICP;
- for elements other than boron, lithium, oxygen and carbon, by X-ray fluorescence on a bead obtained by melting a mixture of 5 g of lithium tetraborate and 500 mg of sintered beads to be analyzed which have previously undergone calcination under air at 650°C for 24 hours, the determination of element contents being carried out considering that said calcination has oxidized all the elements present in the beads to be analyzed and that said beads no longer contain carbon after said calcination.
La quantification des phases cristallisées présentes dans les billes frittées des exemples est effectuée directement sur lesdites billes, lesdites billes étant collées sur une pastille carbone autocollante, de manière à ce que la surface de ladite pastille soit recouverte au maximum de billes.The quantification of the crystallized phases present in the sintered beads of the examples is carried out directly on said beads, said beads being glued onto a self-adhesive carbon pellet, so that the surface of said pellet is covered to the maximum extent by beads.
Les phases cristallisées présentes dans les billes frittées sont mesurées par diffraction X, par exemple au moyen d’un appareil du type diffractomètre X’Pert PRO de la société Panalytical pourvu d’un tube DX en cuivre. L’acquisition du diagramme de diffraction est réalisée à partir de cet équipement, sur un domaine angulaire 2θ compris entre 5° et 80°, avec un pas de 0,017°, et un temps de comptage de 150s/pas. L’optique avant comporte une fente de divergence programmable utilisée fixe de 1/4°, des fentes de Soller de 0,04 rad, un masque égal à 10 mm et une fente anti diffusion fixe de 1/2°. L’échantillon est en rotation sur lui-même afin de limiter les orientations préférentielles. L’optique arrière comporte une fente anti diffusion programmable utilisée fixe de 1/4°, une fente de Soller de 0,04 rad et un filtre Ni.The crystalline phases present in the sintered beads are measured by X-ray diffraction, for example, using a Panalytical X’Pert PRO diffractometer equipped with a copper DX tube. The diffraction pattern is acquired with this equipment over an angular range of 2θ between 5° and 80°, with a step size of 0.017° and a counting time of 150 s/step. The front optics include a fixed 1/4° programmable divergence slit, 0.04 rad Soller slits, a 10 mm mask, and a fixed 1/2° anti-scattering slit. The sample is rotated to limit preferential orientations. The rear optics include a fixed 1/4° programmable anti-scattering slit, a 0.04 rad Soller slit, and a Ni filter.
Les diagrammes de diffraction ont ensuite été analysés qualitativement à l’aide du logiciel EVA et de la base de données PDF-5+ 2024.The diffraction patterns were then qualitatively analyzed using EVA software and the PDF-5+ 2024 database.
Une fois les phases présentes mises en évidence, les diagrammes de diffraction ont été analysés quantitativement avec le logiciel GSAS-II par affinement Rietveld selon le protocole classique suivant, pour les billes des exemples :Once the phases present were identified, the diffraction patterns were quantitatively analyzed using GSAS-II software by Rietveld refinement according to the following classical protocol, for the example beads:
Les fichiers CIF (« Crystallographic Information File » en anglais) des phases présentes mises en évidence sont importés afin de réaliser l’affinement. Ces fichiers CIF peuvent par exemple être obtenus via la base de données « Crystallography Open Database ».The CIF (Crystallographic Information File) files of the identified phases are imported to perform the refinement. These CIF files can, for example, be obtained via the "Crystallography Open Database".
Pour chacune des étapes suivantes, les options suivantes sont utilisées pour les affinements : « Refinement type : analytic Hessian », « Max cycles : 10 », « SVD zero tolerance : 1e-06»,
- un affinement des paramètres de l’échantillon « Histogram scale factor » et « Sample displacement » est réalisé, puis
- un affinement du signal de fond est réalisé avec les choix suivants : « background function : chebyschev-1 »,«Number of coeff»égal à 7, puis
- un affinement des paramètres de maille est réalisé sur la phase WC en utilisant l’option « Refine unit cell », puis
- un affinement des paramètres de rugosité « Surface roughness A » et « Surface roughness B » de l’échantillon est réalisé, puis
- un affinement du paramètre « microstrain » de la phase WC est réalisé.For each of the following steps, the following options are used for refinements: "Refinement type: analytic Hessian", "Max cycles: 10", "SVD zero tolerance: 1e-06",
- a refinement of the sample parameters "Histogram scale factor" and "Sample displacement" is carried out, then
- a refinement of the background signal is performed with the following choices: "background function: chebyschev-1", " Number of coeff " equal to 7, then
- a refinement of the mesh parameters is performed on the WC phase using the "Refine unit cell" option, then
- a refinement of the roughness parameters "Surface roughness A" and "Surface roughness B" of the sample is carried out, then
- a refinement of the "microstrain" parameter of the WC phase is carried out.
Puis, on fige les paramètres résultant des affinements précédents, c'est-à-dire qu’on ne les laisse plus varier librement.Then, we fix the parameters resulting from the previous refinements, that is to say, we no longer let them vary freely.
Puis, pour chacune des phases secondaires identifiées (exemple 1 : WB ; exemples 2 et 3 : carbure multiple de Nb et W), on prend en compte ladite phase secondaire dans l’affinement, et, pour les exemples 2 et 3, on ajuste manuellement le paramètre de maille de manière à ce que la position des pics simulés de la phase de carbure multiple de Nb et W soit suffisamment proche des pics expérimentaux de manière à ne pas faire diverger l’affinement.Then, for each of the identified secondary phases (example 1: WB; examples 2 and 3: Nb and W multiple carbide), said secondary phase is taken into account in the refinement, and, for examples 2 and 3, the lattice parameter is manually adjusted so that the position of the simulated peaks of the Nb and W multiple carbide phase is sufficiently close to the experimental peaks so as not to diverge the refinement.
Puis, on réalise successivement un affinement de la fraction des phases présentes, puis un affinement du paramètre « microstrain » de la phase secondaire, puis un affinement des paramètres de maille de la phase secondaire en utilisant l’option « Refine unit cell ».Then, we successively perform a refinement of the fraction of phases present, then a refinement of the "microstrain" parameter of the secondary phase, then a refinement of the mesh parameters of the secondary phase using the "Refine unit cell" option.
Puis, on fige les résultats issus de « Refine unit Cell » et « microstrain » et on laisse libre « scale factor ».Then, we freeze the results from "Refine unit Cell" and "microstrain" and leave "scale factor" free.
Enfin, en faisant l’hypothèse, pour les exemples 2 et 3, que l’élément Nb est entièrement contenu dans le carbure multiple de Nb et W, on réalise un affinement de la fraction des phases présentes en faisant varier de manière itérative la proportion relative de Nb et W dans ledit carbure multiple, jusqu’à ce que le pourcentage massique de Nb dans l’ensemble de l’échantillon, déterminé à partir de l’affinement, corresponde au pourcentage massique en Nb mesuré par l’analyse chimique, à 0,1% près.Finally, assuming, for examples 2 and 3, that the element Nb is entirely contained in the multiple carbide of Nb and W, we refine the fraction of phases present by iteratively varying the relative proportion of Nb and W in said multiple carbide, until the mass percentage of Nb in the whole sample, determined from the refinement, corresponds to the mass percentage of Nb measured by chemical analysis, to within 0.1%.
La masse volumique apparente des billes a été déterminée sur une poudre de billes à l’aide d’un pycnomètre hélium (AccuPyc 1330 de la société Micromeritics®), selon la méthode classique basée sur la mesure du volume d’hélium déplacé.The apparent density of the beads was determined on a powder of beads using a helium pycnometer (AccuPyc 1330 from Micromeritics®), according to the classical method based on measuring the volume of helium displaced.
Les analyses granulométriques des poudres utilisées dans les charges de départ ont été réalisées à l’aide d’un granulomètre par diffusion laser LA-950 commercialisé par la société Horiba.Particle size analyses of the powders used in the starting charges were carried out using an LA-950 laser scattering particle size analyzer marketed by the company Horiba.
Les analyses granulométriques des poudres de billes de carbure(s) métallique(s) des exemples ont été réalisées sur un échantillon d’au moins 500 billes à l’aide du logiciel Zeiss Zen Core d’un microscope modèle Axio Imager commercialisé par la société Zeiss, après avoir converti pour chacune des billes observées l’aire de ladite bille en un volume à l’aide de la formule suivante :
La taille moyenne des grains des billes frittées a été mesurée par la méthode de « Mean Linear Intercept ». Une méthode de ce type est décrite dans la norme ASTM E1382. Suivant cette norme, on trace des lignes d’analyse sur des images des billes, puis, le long de chaque ligne d’analyse, on mesure les longueurs, dites « intercepts », entre deux joints de grains consécutifs coupant ladite ligne d’analyse.The average grain size of the sintered balls was measured using the Mean Linear Intercept method. A method of this type is described in the ASTM E1382 standard. According to this standard, analysis lines are drawn on images of the balls, and then, along each analysis line, the lengths, called "intercepts," are measured between two consecutive grain boundaries intersecting said analysis line.
On détermine ensuite la longueur moyenne « l’ » des intercepts « I ».We then determine the average length "l'" of the intercepts "I".
La taille moyenne « d » des grains des billes frittées de la poudre est donnée par la relation : d =1,56.l’. Cette formule est issue de la formule (13) de « Average Grain Size in Polycrystalline Ceramics » M. I. Mendelson, J. Am. Cerm. Soc. Vol. 52, No.8, pp 443-446.The average size “d” of the grains of the sintered beads of the powder is given by the relation: d = 1.56.l’. This formula is derived from formula (13) of “Average Grain Size in Polycrystalline Ceramics” M. I. Mendelson, J. Am. Cerm. Soc. Vol. 52, No. 8, pp 443-446.
Pour déterminer la résistance à la casse des billes, pour chaque exemple, 300 g de billes (ayant traversé un tamis à mailles carrées d’ouverture égale à 106 microns, comme décrit ci-après) correspondant au refus à un tamis à mailles carrées d’ouverture égale à 38 µm ont été projetées, avec recirculation sur une surface à traiter en acier XC65, au moyen d'un pistolet à effet Venturi muni d'une buse de projection de diamètre 8 mm, disposée à 150 mm de la surface à traiter, avec un angle de projection de 85° et à une surpression égale à 2 bar. La projection a été poursuivie pendant 10 minutes.To determine the break resistance of the beads, for each example, 300 g of beads (having passed through a square-mesh sieve with an opening of 106 microns, as described below) corresponding to the residue on a square-mesh sieve with an opening of 38 µm were projected, with recirculation, onto an XC65 steel surface to be treated, using a Venturi effect gun equipped with an 8 mm diameter projection nozzle, positioned 150 mm from the surface to be treated, with a projection angle of 85° and an overpressure of 2 bar. The projection continued for 10 minutes.
A l’issue du traitement, les billes, y compris les fragments de billes, ont été récupérées et de nouveau tamisées à l’aide d’un tamis à mailles carrées d’ouverture égale à 38 µm. La masse m1, en grammes, de billes correspondant au refus au tamis à mailles carrées d’ouverture égale à 38 µm a été déterminée. La résistance à la casse, Rc, exprimée en pourcentage massique, est calculée selon la formule suivante : Rc= 100 * m1 / 300.After processing, the beads, including bead fragments, were recovered and sieved again using a square-mesh sieve with an opening of 38 µm. The mass m1, in grams, of beads corresponding to the residue retained by the 38 µm square-mesh sieve was determined. The break resistance, Rc , expressed as a mass percentage, is calculated using the following formula: Rc = 100 * m1 / 300.
Pour déterminer l’usure, une poudre de billes de chaque exemple a été tamisée de manière à conserver le refus au tamis à mailles carrées d’ouverture égale à 63 µm et le passant au tamis à mailles carrées d’ouverture égale à 80 µm, puis a été polie, en plusieurs lots, avec une suspension diamantée de taille médiane égale à 1 µm, pendant 12 heures dans un broyeur Labstar commercialisé par la société NETZSCH, en configuration MiniPur, tournant à 3250 rotations par minute avec une chambre de 0,2 litre remplie à 80% en volume de billes à polir. Après polissage, ladite poudre a été séchée et puis triée à l’aide d’une table de tri vibrante de manière à éliminer les billes non sphériques. Puis 365,5 ml (volume mesuré à l’aide d’une éprouvette graduée) de poudre de billes ainsi polies sont pesés (masse m0) et introduits dans la chambre d’un broyeur agitateur à billes de laboratoire Alpha® Lab de marque NETZSCH équipé d’une chambre de broyage céramique (CeramC) et d’un arbre d’agitation céramique (CeramZ) ainsi que d'un système de sélection dynamique sans grille, ouvert, à entraînement séparé pour la séparation des billes de broyage (configuration ZETA RS). Une suspension contenant 1037 g de poudre d’alumine Nabalox® 684 commercialisée par la société Nabaltec, présentant une taille médiane D50égale à 1 µm et 1555 ml d’eau est broyée en recirculation à 2570 rotations par minute pendant 2 heures avec un débit moyen de 20 l/h.To determine wear, a powder of each type of ball was sieved to retain the residue on a 63 µm square mesh sieve and the remaining material on an 80 µm square mesh sieve. It was then polished, in several batches, with a diamond suspension with a median particle size of 1 µm, for 12 hours in a Labstar mill marketed by NETZSCH, in a MiniPur configuration, rotating at 3250 rpm with a 0.2-liter chamber filled to 80% by volume with the balls to be polished. After polishing, the powder was dried and then sorted using a vibrating sorting table to remove non-spherical balls. Then, 365.5 ml (volume measured using a graduated cylinder) of the polished bead powder is weighed (mass m0) and introduced into the chamber of a NETZSCH Alpha® Lab laboratory bead mill equipped with a ceramic grinding chamber (CeramC) and a ceramic stirring shaft (CeramZ), as well as an open, gridless, dynamic selection system with separate drive for separating the ground beads (ZETA RS configuration). A suspension containing 1037 g of Nabalox® 684 alumina powder, marketed by Nabaltec, with a median particle size D50 of 1 µm, and 1555 ml of water is ground in recirculation at 2570 rpm for 2 hours with an average flow rate of 20 l/h.
L’usure des billes est ensuite évaluée en mesurant la quantité de tungstène, de titane, de tantale, de niobium, de vanadium, de zirconium et d’hafnium, exprimée sous la forme de carbure de tungstène WC, de carbure de titane TiC, de carbure de tantale TaC, de carbure de niobium NbC, de carbure de zirconium ZrC et de carbure d’hafinium HfC, respectivement, dans la poudre d’alumine broyée. Ces quantités sont mesurées par fluorescence X sur une perle obtenue par fusion d’un mélange de 5 g de tétraborate de lithium et de 500 mg de la poudre d’alumine broyée, ladite poudre d’alumine broyée ayant subi au préalable une calcination sous air à 650°C pendant 24 heures. Il est considéré que ladite calcination a entraîné l’oxydation de tous les éléments provenant de l’usure de la poudre de billes des exemples présents dans la poudre d’alumine broyée, et que ladite poudre d’alumine broyée ne contient pas de carbone après ladite calcination.The wear of the beads is then assessed by measuring the amount of tungsten, titanium, tantalum, niobium, vanadium, zirconium, and hafnium, expressed as tungsten carbide WC, titanium carbide TiC, tantalum carbide TaC, niobium carbide NbC, zirconium carbide ZrC, and hafnium carbide HfC, respectively, in the ground alumina powder. These amounts are measured by X-ray fluorescence on a bead obtained by melting a mixture of 5 g of lithium tetraborate and 500 mg of the ground alumina powder, the ground alumina powder having previously undergone calcination in air at 650°C for 24 hours. It is considered that said calcination has resulted in the oxidation of all elements from the wear of the powder of beads of the examples present in the ground alumina powder, and that said ground alumina powder does not contain carbon after said calcination.
Soit P, la quantité totale WC + TiC + TaC + NbC + ZrC + HfC, exprimée en pourcentage massique sur la base de la masse de la poudre d’alumine broyée.Let P be the total quantity WC + TiC + TaC + NbC + ZrC + HfC, expressed as a mass percentage based on the mass of the ground alumina powder.
L’usure, U, exprimée en pourcentage, est égale à 100 * {P/[(100-P) * 1037]} / m0. Wear, U, expressed as a percentage, is equal to 100 * {P/[(100-P) * 1037]} / m0.
Protocole de fabricationManufacturing protocol
Les billes frittées des exemples 1 à 3 ont été préparées à partir :
- d’une poudre carbure de tungstène comportant plus de 99% de carbure de tungstène WC et présentant une taille médiane égale à 0,7 µm pour les exemples 1 à 3,
- d’une poudre de carbure de bore, présentant une teneur en élément O égale à 2,3%, une teneur totale en carbone égale à 21,8%, et une teneur en éléments autres que O, B et C inférieure à 0,4%, et présentant une taille médiane égale à 0,4 µm pour l’exemple 1,
- d’une poudre de carbure de niobium, pour les exemples 2 et 3, obtenue après broyage dans les conditions suivantes : une suspension aqueuse contenant 2400 g de poudre de carbure de niobium commercialisée par la société H.C. Starck, présentant une taille médiane D50égale à 1,4 µm et 1720 ml d’eau est broyée à l’aide de billes en carbure de tungstène ULTIMIL commercialisées par la société Saint-Gobain Zirpro, présentant une taille médiane égale à 2 µm, dans un broyeur agitateur à billes de laboratoire LabStar commercialisé par la société NETZSCH équipé d’une chambre de broyage et d’un arbre d’agitation en polymère NElast, en recirculation à 4220 rotations par minute pendant 4 heures avec une vitesse de pompe péristaltique de 104 rotations par minute. Après broyage et séchage, la poudre de carbure de niobium présente une teneur en élément O égale à 1,9%, une teneur totale en carbone égale à 10,2%, une teneur en tungstène égale à 14% et une teneur en éléments autres que O, Nb, W et C inférieure à 0,1%, et une taille médiane égale à 0,4 µm,
- d’une poudre de saccharose (D+) commercialisée par la société Sigma-Aldrich.The sintered beads in examples 1 to 3 were prepared from:
- of a tungsten carbide powder comprising more than 99% WC tungsten carbide and having a median size of 0.7 µm for examples 1 to 3,
- of a boron carbide powder, having an O content of 2.3%, a total carbon content of 21.8%, and a content of elements other than O, B and C of less than 0.4%, and having a median size of 0.4 µm for example 1,
- of a niobium carbide powder, for examples 2 and 3, obtained after grinding under the following conditions: an aqueous suspension containing 2400 g of niobium carbide powder marketed by the company HC Starck, having a median size D 50 equal to 1.4 µm and 1720 ml of water is ground using ULTIMIL tungsten carbide balls marketed by the company Saint-Gobain Zirpro, having a median size equal to 2 µm, in a LabStar laboratory ball mill marketed by the company NETZSCH equipped with a grinding chamber and a NElast polymer stirring shaft, in recirculation at 4220 rotations per minute for 4 hours with a peristaltic pump speed of 104 rotations per minute. After grinding and drying, the niobium carbide powder has an O content of 1.9%, a total carbon content of 10.2%, a tungsten content of 14%, and a content of elements other than O, Nb, W and C of less than 0.1%, and a median size of 0.4 µm,
- of a sucrose powder (D+) marketed by the company Sigma-Aldrich.
Pour chaque exemple, un mélange
- de poudres de carbure,
- d’une poudre de saccharose (D+),
- d’eau déminéralisée,
- d’une solution aqueuse d’acide acétique de concentration égale à 12 g/l,
- d’une solution aqueuse de poly(éthylèneimine) de masse molaire moyenne en poids, Mw, égale à 750 000 et de concentration égale à 29% en masse,
dans les quantités figurant dans le tableau 1 suivant, est agité dans un mélangeur à pales pendant 1 heure de manière à obtenir une suspension.For each example, a mixture
- of carbide powders,
- of a sucrose powder (D+),
- demineralized water,
- of an aqueous solution of acetic acid with a concentration of 12 g/l,
- of an aqueous solution of poly(ethyleneimine) with an average molar mass by weight, Mw, equal to 750,000 and a concentration equal to 29% by mass,
in the quantities shown in Table 1 below, is stirred in a paddle mixer for 1 hour to obtain a suspension.
Pour chaque exemple, la viscosité de la suspension est ensuite ajustée dans une plage comprise entre 10 Pa.s et 25 Pa.s, mesurée à l’aide d’un viscosimètre Anton Paar ViscoQC-300R, à l’aide d’un mobile RH5 à une vitesse de rotation égale à 5 t/min, ladite viscosité étant ajustée à l’aide d’une solution aqueuse d’ammoniaque NH4OH de concentration massique égale à 10%.For each example, the viscosity of the suspension is then adjusted within a range between 10 Pa.s and 25 Pa.s, measured using an Anton Paar ViscoQC-300R viscometer, using an RH5 rotary vane at a rotation speed of 5 rpm, said viscosity being adjusted using an aqueous solution of ammonia NH4OH with a mass concentration of 10%.
Cette suspension est ensuite mise en forme sous la forme de billes par atomisation-séchage dans un atomiseur GEA Minor Mobile, dans un flux d’air chaud se trouvant à une température égale à 300°C en entrée et égale à 110°C en sortie.This suspension is then shaped into beads by atomization-drying in a GEA Minor Mobile atomizer, in a hot air stream with an inlet temperature of 300°C and an outlet temperature of 110°C.
Les billes formées sont récupérées et frittées à 2250°C pendant un temps de palier de 4 heures, sous argon, avec une vitesse de montée en température et une vitesse de descente en température égale à 300°C/h. Après frittage, les billes frittées sont tamisées à l’aide d’un tamis à mailles carrées d’ouverture égale à 106 µm et la tranche granulométrique correspondant au passant au tamis à mailles carrées d’ouverture égale à 106 µm est conservée.The formed beads are collected and sintered at 2250°C for a holding time of 4 hours under argon, with a heating and cooling rate of 300°C/h. After sintering, the sintered beads are sieved using a square mesh sieve with an opening of 106 µm, and the particle size fraction corresponding to the particles passing through the 106 µm square mesh sieve is retained.
RésultatsResults
Les résultats obtenus sont résumés dans le tableau 2 suivant.
Dont O
Dont Co + Ni + Fe
Dont B
< 0,1
< 0,05
0,1
< 0,1
< 0,05
< 0,01
< 0,1
< 0,05
< 0,01
Dont WB
8
0
0
Including O
Including Co + Ni + Fe
Including B
< 0.1
< 0.05
0.1
< 0.1
< 0.05
< 0.01
< 0.1
< 0.05
< 0.01
Including WB
8
0
0
Dans les exemples 2 et 3, au moins une partie du niobium est présent sous la forme d’un carbure, en particulier sous la forme d’un carbure multiple de niobium et de tungstène en une quantité égale à 7% et 12%, respectivement, en pourcentage en masse sur la base de la masse des phases cristallisées.In examples 2 and 3, at least some of the niobium is present in the form of a carbide, in particular as a multiple carbide of niobium and tungsten in an amount equal to 7% and 12%, respectively, as a percentage by mass based on the mass of the crystallized phases.
La poudre de billes de l’exemple 1, hors invention, présente une usure U égale à 0,12% et une résistance à la casse égale à 50%.The powder of balls of example 1, outside the invention, has a wear U equal to 0.12% and a break resistance equal to 50%.
La poudre de l’exemple 2 présente une usure U égale à 0,31% et une résistance à la casse égale à 84%, plus importante que la résistance à la casse de la poudre de l’exemple 1 de 68%.The powder in example 2 has a wear U of 0.31% and a break resistance of 84%, which is greater than the break resistance of the powder in example 1 of 68%.
La poudre de l’exemple 3, selon l’invention, présente une usure U égale à 0,18%, proche de celle de l’exemple 1, et une résistance à la casse égale à 83%, plus importante que la résistance à la casse de la poudre de l’exemple 1 de 66%. Cet exemple 3 illustre un bon compromis entre résistance à la casse et usure.The powder in Example 3, according to the invention, exhibits a wear U of 0.18%, close to that of Example 1, and a break resistance of 83%, greater than the break resistance of the powder in Example 1 of 66%. This Example 3 illustrates a good compromise between break resistance and wear.
Comme cela apparaît clairement à présent, l’invention fournit une poudre de billes de carbure(s) métallique(s) présentant à la fois une bonne résistance à l’usure et une résistance à la casse améliorée.As is now clear, the invention provides a powder of metallic carbide(s) beads exhibiting both good wear resistance and improved break resistance.
Bien entendu, la présente invention n’est pas limitée aux modes de réalisation décrits fournis à titre d’exemples illustratifs et non limitatifs.Of course, the present invention is not limited to the embodiments described, which are provided by way of illustrative and non-limiting examples.
Claims (24)
- une composition chimique telle que, en pourcentages en masse sur la base de la masse de la poudre de billes :
- (77 - C4)% ≤ W + Mo ≤ (95,5 - C3)%, avec Mo ≤ 10% ;
- C1% ≤ C ≤ C2% ;
- Ti, Ta, Nb, V, Zr, Hf tel que
Ti + Nb + V + Zr ≥ 4,5% et/ou Ta + Hf ≥ 5%, et
additif ≤ 20,0%, l’additif désignant Ti + Ta + Nb + V + Zr + Hf ;
- éléments autres que W, Mo, C, Ti, Ta, Nb, V, Zr, Hf, ou « autres éléments » : ≤ 3% ;
avec :
- C1 = 100*(C3 / C5),
- C2 = 100*(C4 / C6),
- C3 = k*C7, avec k choisi parmi 0,5, 0,6, 0,7, 0,8 et 0,9,
- C4 = k’*C7, avec k’ choisi parmi 1,2 et 1,1,
- C5 = [m(W) + m(Mo) + m(Ti) + m(Ta) + m(Nb) + m(V) + m(Zr) + m(Hf) + C3],
- C6 = [m(W) + m(Mo) + m(Ti) + m(Ta) + m(Nb) + m(V) + m(Zr) + m(Hf) + C4],
- C7 = M(C)*[(m(W) / M(W)) + (m(Mo) / M(Mo)) + (m(Ti) / M(Ti)) + (m(Ta) / M(Ta)) + (m(Nb) / M(Nb)) + (m(V) / M(V)) + (m(Zr) / M(Zr)) + (m(Hf) / M(Hf))],
m(W), m(Mo), m(Ti), m(Ta), m(Nb), m(V), m(Zr) et m(Hf) étant la masse, en gramme, des éléments W, Mo, Ti, Ta, Nb, V, Zr et Hf, respectivement, et
M(W), M(Mo), M(Ti), M(Ta), M(Nb), M(V), M(Zr), M(Hf) et M(C) étant la masse molaire, en g/mol, des éléments W, Mo, Ti, Ta, Nb, V, Zr, Hf et C, respectivement ;
- une composition cristallographique telle que plus de 60% des phases cristallisées présentes dans ladite poudre de billes sont sous une forme de carbure(s) métallique(s), en pourcentage en masse sur la base de la masse des phases cristallisées, lesdites phases cristallisées incluant au moins un carbure d’au moins un élément parmi Ti, Ta, Nb, V, Zr et Hf.Sintered ball powder presenting:
- a chemical composition such that, in mass percentages based on the mass of the powder of beads:
- (77 - C4)% ≤ W + Mo ≤ (95.5 - C3)%, with Mo ≤ 10%;
- C1% ≤ C ≤ C2%;
- Ti, Ta, Nb, V, Zr, Hf such that
Ti + Nb + V + Zr ≥ 4.5% and/or Ta + Hf ≥ 5%, and
additive ≤ 20.0%, the additive denoting Ti + Ta + Nb + V + Zr + Hf;
- elements other than W, Mo, C, Ti, Ta, Nb, V, Zr, Hf, or "other elements": ≤ 3%;
with :
- C1 = 100*(C3 / C5),
- C2 = 100*(C4 / C6),
- C3 = k*C7, with k chosen from 0.5, 0.6, 0.7, 0.8 and 0.9,
- C4 = k'*C7, with k' chosen from 1.2 and 1.1,
- C5 = [m(W) + m(Mo) + m(Ti) + m(Ta) + m(Nb) + m(V) + m(Zr) + m(Hf) + C3],
- C6 = [m(W) + m(Mo) + m(Ti) + m(Ta) + m(Nb) + m(V) + m(Zr) + m(Hf) + C4],
- C7 = M(C)*[(m(W) / M(W)) + (m(Mo) / M(Mo)) + (m(Ti) / M(Ti)) + (m(Ta) / M(Ta)) + (m(Nb) / M(Nb)) + (m(V) / M(V)) + (m(Zr) / M(Zr)) + (m(Hf) / M(Hf))],
m(W), m(Mo), m(Ti), m(Ta), m(Nb), m(V), m(Zr) and m(Hf) being the mass, in grams, of the elements W, Mo, Ti, Ta, Nb, V, Zr and Hf, respectively, and
M(W), M(Mo), M(Ti), M(Ta), M(Nb), M(V), M(Zr), M(Hf) and M(C) being the molar mass, in g/mol, of the elements W, Mo, Ti, Ta, Nb, V, Zr, Hf and C, respectively;
- a crystallographic composition such that more than 60% of the crystallized phases present in said powder of beads are in the form of metallic carbide(s), as a percentage by mass based on the mass of the crystallized phases, said crystallized phases including at least one carbide of at least one element among Ti, Ta, Nb, V, Zr and Hf.
- W ≥ 64% et W ≤ 90%, et/ou
- C ≥ 3% et C ≤ 13,5%, et/ou
- Co ≤ 0,3%, et/ou
- Ni ≤ 0,3%, et/ou
- Fe ≤ 0,3%, et/ou
- Co + Ni + Fe ≤ 0,3%, et/ou
- Mo > 3% et Mo < 9%, et/ou - éléments autres que W, Mo, C, Ti, Ta, Nb, V, Zr et Hf < 2,5%.Sintered bead powder according to any one of the preceding claims, wherein said chemical composition is such that:
- W ≥ 64% and W ≤ 90%, and/or
- C ≥ 3% and C ≤ 13.5%, and/or
- Co ≤ 0.3%, and/or
- Ni ≤ 0.3%, and/or
- Fe ≤ 0.3%, and/or
- Co + Ni + Fe ≤ 0.3%, and/or
- Mo > 3% and Mo < 9%, and/or - elements other than W, Mo, C, Ti, Ta, Nb, V, Zr and Hf < 2.5%.
- W ≥ 73% et W ≤ 89%, et/ou
- C ≤ 9%, et/ou
- Co + Ni + Fe ≤ 0,05%, et/ou
- Mo > 5% et Mo < 7%, et/ou
- éléments autres que W, Mo, C, Ti, Ta, Nb, V, Zr, Hf < 1%.Sintered bead powder according to the preceding claim, wherein said chemical composition is such that:
- W ≥ 73% and W ≤ 89%, and/or
- C ≤ 9%, and/or
- Co + Ni + Fe ≤ 0.05%, and/or
- Mo > 5% and Mo < 7%, and/or
- elements other than W, Mo, C, Ti, Ta, Nb, V, Zr, Hf < 1%.
a) préparation d’une charge de départ de manière à ce que la poudre de billes obtenue à l’issue de l’étape c) soit une poudre de billes selon l’une quelconque des revendications 1 à 16,
b) mise en forme de la charge de départ sous la forme d’une poudre de billes crues,
c) frittage à une température supérieure à 1700°C de manière à obtenir une poudre de billes frittées.Manufacturing process comprising the following steps:
a) preparation of a starting charge such that the ball powder obtained at the end of step c) is a ball powder according to any one of claims 1 to 16,
b) shaping the starting charge into a powder of raw beads,
c) sintering at a temperature above 1700°C in order to obtain a powder of sintered beads.
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3013875A (en) * | 1959-03-17 | 1961-12-19 | Curtiss Wright Corp | Method of manufacturing homogeneous carbides |
| CN106191608B (en) * | 2016-08-23 | 2017-09-05 | 河源正信硬质合金有限公司 | A kind of hard alloy in low cobalt of high temperature resistant, wear resistant corrosion resistant and preparation method thereof |
| US20180023668A1 (en) | 2015-01-30 | 2018-01-25 | Nabtesco Corporation | Panel driving device and heliostat |
| WO2020074609A1 (en) | 2018-10-09 | 2020-04-16 | Saint-Gobain Centre De Recherches Et D'etudes Europeen | Sintered balls made of tungsten carbide |
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-
2025
- 2025-04-29 WO PCT/EP2025/061708 patent/WO2025228981A1/en active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3013875A (en) * | 1959-03-17 | 1961-12-19 | Curtiss Wright Corp | Method of manufacturing homogeneous carbides |
| US20180023668A1 (en) | 2015-01-30 | 2018-01-25 | Nabtesco Corporation | Panel driving device and heliostat |
| CN106191608B (en) * | 2016-08-23 | 2017-09-05 | 河源正信硬质合金有限公司 | A kind of hard alloy in low cobalt of high temperature resistant, wear resistant corrosion resistant and preparation method thereof |
| WO2020074609A1 (en) | 2018-10-09 | 2020-04-16 | Saint-Gobain Centre De Recherches Et D'etudes Europeen | Sintered balls made of tungsten carbide |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| M. I. MENDELSON: "Average Grain Size in Polycrystalline Ceramics", J. AM. CERM. SOC., vol. 52, no. 8, pages 443 - 446 |
Also Published As
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Legal Events
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Effective date: 20251031 |