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Patent Searching and Data


Title:
METHOD AND DEVICE FOR MOULDING, IN PARTICULAR A METALLIC GLASS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/081687
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a device for producing a part by moulding a BMG, comprising: a. a mould comprising two shells defining a sealed moulding cavity; b. a device for melting the BMG comprising: bi. a vertically disposed sectorised cold crucible, called melting crucible, comprising hollow sectors formed by an electrically conductive and non-magnetic material electrically isolated from one another; bii. an inductor in the form of a coil surrounding said melting crucible in order to heat the content thereof; biii. a means for generating ultrahigh frequency current for powering the inductor, characterised in that it comprises a sectorised piston comprising hollow sectors formed by an electrically conductive and non-magnetic material electrically isolated from one another, closing the melting crucible at one of the ends thereof.

Inventors:
FEIGENBLUM, José (Le Clos Leysin, SAINT PAUL, 73170, FR)
Application Number:
EP2018/079357
Publication Date:
May 02, 2019
Filing Date:
October 25, 2018
Export Citation:
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Assignee:
ROTOOL (SAVOIE TECHNOLAC, LE BOURGET DE LAC, 73370, FR)
International Classes:
B22D18/02; B22D17/02; B22D17/20; B22D25/06; B22D27/04; B22D27/15; F27D11/12
Domestic Patent References:
WO2013190020A12013-12-27
WO2013190020A12013-12-27
Foreign References:
JPH09174219A1997-07-08
US20150298206A12015-10-22
US5156202A1992-10-20
US20020122456A12002-09-05
JPS61119368A1986-06-06
US20150298296A12015-10-22
US5156202A1992-10-20
US20020122456A12002-09-05
Other References:
CRISTIAN ROBERT ROMAN ET AL: "Study of the electromagnetic pumping systems of molten metals and molten salts", 29 January 2014 (2014-01-29), XP055468391, Retrieved from the Internet [retrieved on 20180418]
Attorney, Agent or Firm:
HAMANN, Jean-Christophe (IPSIDE, 29 rue de Lisbonne, PARIS, 75008, FR)
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Claims:
REVENDICATIONS

Dispositif pour la réalisation d'une pièce par moulage d'un BMG, comprenant :

a. un moule comprenant deux coquilles (101 , 102, 301 , 302) délimitant une cavité moulante (1 10, 310) étanche ;

b. un dispositif de fusion du BMG comprenant :

bi. un creuset froid sectorisé (160, 360), dit creuset de fusion, disposé verticalement comprenant des secteurs creux (161 ) constitués d'un matériau électriquement conducteur et non magnétique et isolés électriquement les uns des autres ;

bii. un inducteur (165, 365) sous la forme d'une bobine entourant ledit creuset de fusion pour le chauffage de son contenu ;

biii. un moyen de génération de courant à très haute fréquence pour alimenter l'inducteur ;

d. des moyens pour mettre en communication le contenu du creuset de fusion (160, 360) avec la cavité moulante (1 10, 310) et réaliser la coulée du BMG ;

caractérisé en ce qu'il comprend un piston sectorisé (180, 380) comprenant des secteurs creux (481 ...486) constitués d'un matériau électriquement conducteur et non magnétique, isolés électriquement les uns des autres, fermant le creuset de fusion (160, 360) à une de ses extrémités, ledit piston (180, 380) étant configuré de sorte que lorsqu'il soumis au champ magnétique alternatif de l'inducteur (165, 365) alimenté par le moyen de génération de courant à haute fréquence, des courants induits (500) circulent dans les secteurs, dudit piston (180, 380) et créent une force repoussant de la surface du piston (180, 380) le BMG se trouvant dans le creuset de fusion. Dispositif selon la revendication 1 , dans lequel les moyens pour mettre en communication le contenu du creuset de fusion avec la cavité moulante (1 10, 310) comprennent un dispositif (186, 386) de déplacement vertical du piston (180, 380).

Dispositif selon la revendication 2, dans lequel le creuset de fusion (160) est placé au-dessus de la cavité moulante (1 10) et que le piston (180) se déplace vers le bas.

Dispositif selon la revendication 2, dans lequel le creuset de fusion (360) est placé en-dessous de la cavité moulante (310) et que le piston (380) se déplace vers le haut.

Dispositif selon la revendication 2 ou la revendication 3 comprenant un canal, dit creuset d'injection (260) entre le creuset de fusion (160) et la cavité moulante (1 10).

Dispositif selon la revendication 5, comprenant une bobine (265) entourant le creuset d'injection et alimentée en courant à haute fréquence.

Dispositif selon la revendication 5, comprenant une bobine, dite bobine d'injection (166, 266) et des moyens pour son alimentation électrique, aptes à produire une force électromagnétique pour l'injection de la matière en fusion (190) contenue dans le creuset de fusion (160), dans la cavité moulante, par le creuset d'injection.

Dispositif selon la revendication 7, dans lequel la bobine d'injection est une bobine plate (166) alimentée par une décharge de condensateurs.

Dispositif selon la revendication 7, dans lequel la bobine d'injection comprend une bobine imbriquée (266) dans la bobine formant la bobine de fusion, ladite bobine d'injection étant alimentée par un courant alternatif à haute fréquence déphasé par rapport au courant alternatif alimentant la bobine de fusion de sorte à créer un champ glissant.

10. Dispositif selon la revendication 1 , dans lequel les secteurs (481 ...486) du creuset de fusion et du piston (180) sont constitués d'acier inoxydable. 11. Dispositif selon la revendication 1 , dans lequel le moule comprend un moyen de chauffage par induction (120, 320) de la cavité moulante (110, 310).

12. Dispositif selon la revendication 1 1 , dans lequel le moule comprend un moyen de refroidissement (125, 325) de la cavité moulante. 13. Procédé pour le moulage d'une pièce à partir d'un BMG mettant en oeuvre un dispositif selon les revendications 11 et 12 et comprenant les étapes consistant à :

i. charger (610) de creuset de fusion fermé par le piston sectorisé (180, 380) ;

ii. fermer le moule et tirer la cavité moulante au vide (620) ;

iii. porter en fusion la charge contenue dans le creuset de fusion (630) au moyen de l'inducteur, le piston sectorisé (180, 380) étant soumis au champ magnétique dudit inducteur ;

iv. préchauffer (640) le moule au moyen du circuit d'induction (120, 320) du moule, afin de porter les surfaces de la cavité moulante à une température égale ou légèrement inférieure à la température de transition vitreuse du BMG;

v. réaliser la coulée (650) en déplaçant le piston sectorisé ;

vi. refroidir le moule (660) par la circulation d'un fluide caloporteur dans le circuit de refroidissement (125, 315) du moule ;

vii. ouvrir le moule et démouler la pièce (670).

14. Procédé selon la revendication 13 dans lequel les étapes iii) et iv) sont réalisées de manière parallèle.

Description:
PROCÉDÉ ET DISPOSITIF DE MOULAGE NOTAMMENT D'UN VERRE

MÉTALLIQUE

L'invention concerne un procédé et un dispositif pour le moulage, notamment d'un verre métallique. L'invention est plus particulièrement, mais non exclusivement, adaptée à la fabrication de coques pour des matériels électroniques, plus particulièrement destinées à des téléphones intelligents.

En effet, les verres métalliques, se présentant sous la forme d'un métal amorphe, non cristallisé ou partiellement cristallisé, qui du fait de l'absence de joints de grains dans la structure du métal, présentent des caractéristiques de dureté, d'élasticité et de résistance à la corrosion, qui les rendent particulièrement performants pour ce type d'application et rendent inutiles les coques de protection dans lesquelles les consommateurs enveloppent leur téléphone intelligent pour le protéger des chocs, des rayures et le rendre étanche.

Selon les techniques de l'art antérieur, de telles coques sont obtenues à partir d'une feuille d'un alliage métallique amorphe, laquelle est mise en forme par un procédé de moulage par soufflage, similaire aux procédés de mise en forme du verre, dans une matrice à la forme de ladite coque après avoir chauffé ladite feuille à une température relativement basse comparativement à la température qu'il serait nécessaire d'atteindre avec le même alliage métallique cristallisé pour obtenir un formage équivalent.

Selon un autre mode de mise en oeuvre, les procédés de l'art antérieur, utilisent une technique de moulage sous vide d'un alliage de verre métallique massif (« Bulk Metallic Glass » ou BMG). L'utilisation d'un BMG permet de réduire la vitesse critique de refroidissement permettant la solidification du matériau en un matériau amorphe. Pour assurer un faible taux de cristallinité ou un taux élevé d'amorphisation, le matériau doit être moulé dans des conditions qui évitent sa contamination par des impuretés, notamment par l'azote et l'oxygène. À cette fin, les opérations de fusion et de coulée sont réalisées sous vide ou sous atmosphère neutre. Le matériau est mis en fusion dans un creuset au moyen d'un chauffage par induction, puis injecté dans le moule. Les techniques de l'art antérieur utilisent soit un creuset constitué d'un matériaux transparent au champ magnétique, telle qu'un creusent en zircone, ou un creuset froid sectorisé en cuivre.

Un canal, généralement dénommé creuset d'injection ou de coulée, permet de mettre en communication le contenu de creuset de fusion avec l'empreinte du moule tout en conservant l'ensemble sous vide. La communication entre le creuset de fusion et le creuset d'injection doit être fermée pendant l'opération de fusion, puis ouverte pour permettre la coulée, ce qui est réalisé par des moyens de fermeture mobiles, tels qu'une trappe, un piston ou un doigt mobile. Lorsque le creuset de fusion est placé verticalement, par exemple au-dessus du moule, et que la gravité tend à rapprocher la charge en fusion des moyens de fermeture mobiles, ceux-ci doivent être refroidis, afin notamment de ne pas endommager les moyens assurant l'étanchéité entre lesdits moyens de fermeture mobiles et le creuset d'injection, La charge en fusion se refroidi au contact des moyens de fermeture mobile et lors de chaque coulée, il subsiste un loup de matière à la surface de ceux-ci, lequel est susceptible de gêner le fonctionnement du dispositif et doit être éliminé.

Le creuset en céramique présente en outre l'inconvénient de réagir avec certains alliages.

Le creuset froid sectorisé permet d'éloigner la charge mise en fusion des parois du creuset par les forces magnétiques de Laplace, mais ne résout pas le problème de la création d'un loup. Ainsi, selon l'art antérieur, ledit creuset est placé horizontalement, et les forces de Lapace compensent la gravité, la charge se trouvant en lévitation ou pseudo-lévitation à l'intérieur du tube constitué par le creuset. L'injection de la matière dans le moule implique l'utilisation d'un piston refroidi, se déplaçant dans le creuset et qui pousse la charge dans la cavité moulante. Alternativement, le creuset est placé verticalement et est fermé par une sole amovible et refroidie, constituant une trappe entre le creuset de fusion et le moule. Dans ces réalisations de l'art antérieur la matière en fusion se refroidit au contact du piston ou de la trappe et il subsiste également un loup (skull) de matière au contact de ceux-ci, lequel doit être éliminé de manière périodique, voire lors de chaque coulée.

Le document JPH 0917421 19 divulgue un creuset et un moule adaptés au moulage en coquille d'un alliage d'aluminium, comprenant un creuset disposé horizontalement, et dans lequel un matériau préalablement mis en fusion est déversé.

Le document US2015/298296 décrit un dispositif et un procédé pour le moulage d'un BMG comprenant un creuset de fusion constitué d'un matériau transparent aux champs magnétiques, ledit BMG étant injecté en fusion dans le moule par l'intermédiaire d'un piston refroidi.

Le document US 5156 202 décrit un moule sectorisé qui est fermé dans sa partie inférieure par un plaque sectorisée et refroidie, comprenant une ouverture en son centre. Un métal en fusion est introduit par la partie supérieure du moule fermé dans sa partie inférieure par la plaque sectorisée. Un piston pousse le matériau contre les parois du moule et de la plaque sectorisée au contact desquels il se refroidi. Le moule est entouré d'une bobine alimentée en courant alternatif à haute fréquence.

Le document WO2013/190020 décrit un moule comprenant des moyens de chauffage par induction et des moyens de refroidissent.

Le document US2002/122456 décrit un four de fusion comprenant un creuset sectorisé entouré d'une bobine d'induction.

L'invention vise à résoudre les inconvénients de l'art antérieur et concerne à cette fin un dispositif pour la réalisation d'une pièce par moulage d'un BMG, lequel dispositiif comprend :

a. un moule comprenant deux coquilles délimitant une cavité moulante étanche ;

b. un dispositif de fusion du BMG comprenant :

bi. un creuset froid sectorisé, dit creuset de fusion, disposé verticalement comprenant des secteurs creux constitués d'un matériau électriquement conducteur et non magnétique isolés électriquement les uns des autres ;

bii. un inducteur sous la forme d'une bobine entourant ledit creuset de fusion pour le chauffage de son contenu ;

biii. un moyen de génération de courant à très haute fréquence pour alimenter l'inducteur;

lequel dispositif comprend un piston sectorisé comprenant des secteurs creux constitués d'un matériau électriquement conducteur et non magnétique isolés électriquement les uns des autres, fermant le creuset de fusion à une de ses extrémités ;

d. des moyens pour mettre en communication le contenu du creuset de fusion avec la cavité moulante et réaliser la coulée du BMG.

Ainsi, la disposition verticale du creuset de fusion par rapport au moule, facilite l'automatisation du procédé de coulée en permettant de profiter de la gravité dans la mise en oeuvre de plusieurs opérations. Le creuset sectorisé permet d'éloigner la matière en fusion des parois du creuset et ainsi d'éviter toute contamination de celle- ci, alors que l'utilisation d'un piston sectorisé permet de mettre la charge en fusion en lévitation ou pseudo-lévitation par rapport audit piston par les composantes des forces de Laplace du champ magnétique créé par la circulation des courants induits sur les secteurs dudit piston. La charge en fusion n'étant pas en contact ni avec le creuset de fusion, ni avec le piston lors de la fusion et de la coulée, le dispositif objet de l'invention permet la mise en oeuvre de BMG comprenant des composants réactifs comme le titane ou le zirconium susceptibles d'interagir avec un creuset en matériau réfractaire. La charge ne se refroidit pas au contact du piston et ne crée pas de loup.

L'invention est avantageusement mise en oeuvre selon les modes de réalisation et les variantes exposés ci-après, lesquels sont à considérer individuellement ou selon toute combinaison techniquement opérante.

Avantageusement, les moyens pour mettre en communication le contenu du creuset de fusion avec la cavité moulante, comprennent un dispositif de déplacement vertical du piston. Ainsi, du fait de la disposition verticale du creuset de fusion par rapport au moule, ledit piston perrmet de réaliser la coulée par gravité ou par injection, toujours sans contact du piston avec la charge en fusion.

Ainsi, selon un premier mode de réalisation, le creuset de fusion est placé au- dessus de la cavité moulante et le piston se déplace vers le bas. Et selon un deuxième mode de réalisation le creuset de fusion est placé en-dessous de la cavité moulante et que le piston se déplace vers le haut.

Avantageusement, le dispositif objet de l'invention comprend un canal, dit creuset d'injection entre le creuset de fusion et la cavité moulante. Ce mode de réalisation permet de placer le dispositif de fusion à l'extérieur des coquilles, la traversée de la coquille du dispositif de fusion vers l'empreinte étant réalisée par ce creuset d'injection.

Avantageusement, le dispositif objet de l'invention comprend une bobine entourant le creuset d'injection et alimentée en courant à haute fréquence. L'effet d'induction produit par cette bobine permet de conserver la charge en fusion en température jusqu'à son entrée dans la cavité moulante ainsi que d'éloigner ladite charge en fusion des parois du creuset d'injection.

Avantageusement, le dispositif objet de l'invention comprend, selon un mode de réalisation compatible avec les précédents, une bobine d'injection et des moyens pour son alimentation électrique, aptes à produire une force électromagnétique pour l'injection de la matière en fusion contenue dans le creuset de fusion dans la cavité moulante. Ce mode de réalisation permet d'utiliser les forces de Laplace par ladite bobine afin d'injecter la matière en fusion dans le moule sans contact avec ladite matière au moment de l'injection.

Selon une première variante, la bobine d'injection est une bobine plate alimentée par une décharge de condensateurs. Ce mode de réalisation utilise une configuration similaire à ce qui est utilisé en magnétoformage pour appliquer sur la matière en fusion une force la dirigeant vers la cavité moulante.

Selon une deuxième variante, compatible avec la première, la bobine d'injection comprend une bobine imbriquée dans la bobine formant la bobine de fusion, ladite bobine d'injection étant alimentée par un courant alternatif à haute fréquence déphasé par rapport au courant alternatif alimentant la bobine de fusion de sorte à créer un champ glissant. Ainsi l'action conjuguée de la bobine formant l'inducteur de fusion et de ladite bobine d'injection crée un champ glissant favorisant l'injection de la matière dans la cavité moulante.

Avantageusement, les secteurs du creuset de fusion et du piston son constitués d'acier inoxydable, procurant ainsi une pus grande durabilité que le cuivre, généralement utilisé à cette fin et permettant aussi d'alléger le piston pour un déplacement plus rapide de celui-ci lors du processus de coulée.

Avantageusement, le moule comprend un moyen de chauffage par induction de la cavité moulante. Ledit moyen de chauffage permet de porter rapidement la cavité moulante à une température adéquate au moment de coulée, ceci afin de favoriser le remplissage de ladite cavité.

Avantageusement, le moule du dispositif objet de l'invention comprend de plus, un moyen de refroidissement de la cavité moulante. Ainsi, les temps de cycle sont réduits.

L'invention concerne également un procédé mettant en oeuvre l'un quelconque des modes de réalisation du dispositif objet de l'invention, pour le moulage d'une pièce à partir d'un BMG et comprenant les étapes consistant à :

i. charger de creuset ;

ii. fermer le moule et tirer la cavité moulante au vide ;

iii. porter la charge en fusion ;

iv. préchauffer le moule au moyen du circuit d'induction du moule ; v. réaliser la coulée en déplaçant le piston sectorisé ;

vi. refroidir le moule par la circulation d'un fluide caloporteur dans le circuit d'induction du moule ;

vii. ouvrir le moule et démouler la pièce.

Le dispositif de fusion du dispositif de moulage objet de l'invention, permet de conserver la charge en fusion à haute température jusqu'à l'injection, alors que le préchauffage du moule assure un bon écoulement de la matière lors de la coulée et un remplissage total de l'empreinte. Le piston sectorisé du dispositif objet de l'invention évite la création d'un loup à la surface dudit piston lors de la fusion et de la coulée et ainsi les opérations de nettoyage dudit piston. L'utilisation du chauffage par induction du moule permet de porter celui-ci rapidement à la température adéquate pour la coulée et ainsi d'enchaîner rapidement les cycles tout assurant un refroidissement efficace et rapide de la pièce après la coulée.

Avantageusement, les étapes iii) et iv) sont réalisée de manière parallèle, de sorte à réduire encore le temps de cycle.

L'invention est exposée ci-après selon ses modes de réalisation préférés, nullement limitatifs, et en référence aux figures 1 à 7, dans lesquelles :

- la figure 1 représente, selon une vue en coupe un schéma de principe d'un mode de réalisation du dispositif objet de l'invention, avec un dispositif de fusion placé au-dessus du moule, au cours de la fusion de la charge ;

- la figure 2 montre le dispositif de la figure 1 en début de coulée ; - la figure 3 est un schéma de principe, selon une vie en coupe, d'un autre mode de réalisation du dispositif objet de l'invention dans lequel le dispositif de fusion est placé en-dessous du moule ;

- la figure 4 représente schématiquement selon un vue en perspective et en coupe partielle, un exemple de réalisation du piston sectorisé du dispositif objet de l'invention ;

- la figure 5 est une vue en perspective d'un exemple de réalisation d'un secteur du piston tel que représenté figure 4 ;

- la figure 6 montre un synopsis du procédé objet de l'invention ;

- et la figure 7, représente selon une vue partielle du dispositif de fusion, correspondant à la coupe représentée figures 1 et 2, un exemple de réalisation du dispositif objet de l'invention comprenant un piston d'injection. Les dessins des figures 1 à 5 et 7 sont des représentations de principe du dispositif objet de l'invention, destinées à la compréhension du fonctionnement des moyens essentiels de l'invention. Sur toutes ces figures, l'axe y représente la direction verticale de bas en haut. Pour ne pas surcharger les figures, les moyens d'alimentation des inducteurs et des bobines n'ont pas été représentés.

Figure 1 , le dispositif est représenté pendant la phase de fusion du BMG. Selon un exemple de réalisation, le dispositif objet de l'invention comprend un moule en deux parties (101 , 102), ou plus, séparables qui, fermées, définissent une cavité moulante (1 10) étanche. Des moyens d'étanchéité (103) permettent d'assurer l'étanchéité de la cavité sous un vide primaire, et sous une légère surpression d'un gaz neutre. Les deux parties (101 , 102) du moule sont par exemple fixées sur les plateaux d'une presse afin de permettre l'ouverture et la fermeture du moule. Au moins l'une (101 ) des parties du moule comprend des moyens de chauffage des surfaces de la cavité moulante (1 10), par exemple sous la forme d'inducteurs (120) s'étendant dans des conduits pratiqués dans le moule. Ledits inducteurs sont par exemple constitués par des tubes de cuivre ou des câbles de cuivre multibrin de section adaptée au courant électrique d'induction utilisé. Les inducteurs (120) sont connectés à un générateur de courant à haute fréquence (non représenté). Les deux parties (101 , 102) du moule sont constituées d'un matériau métallique, par exemple en acier ou en cuivre. Dans le cas où le matériau constituant lesdites parties du moule n'est pas ferromagnétique, par exemple si ces parties sont constituées de cuivre, les surfaces des conduits recevant les inducteurs (120) sont revêtues d'un matériau ferromagnétique, par exemple par du nickel. L'épaisseur de la couche de revêtement est fonction de la puissance de chauffage et de la fréquence du courant alimentant les inducteurs, elle est typiquement comprise entre 0, 1 mm et 1 mm. Lorsque lesdits inducteurs (120) sont alimentés par un courant alternatif à haute fréquence, ils chauffent les parois des conduits, et la chaleur ainsi produite se propage par conduction jusqu'aux surfaces de la cavité moulante (1 10). Typiquement les inducteurs de chauffage du moule sont alimentés par un courant alternatif d'une fréquence comprise entre 10KHz et 200KHz par un générateur d'une puissance comprise entre 10 KW et 100 KW sans que ces valeurs ne soient limitatives, Selon un exemple de réalisation, au moins une des parties du moule comprend des canaux (125) pour la circulation d'un fluide caloporteur et le refroidissement de la cavité moulante (1 10). Selon des exemples de réalisation, le fluide caloporteur est un liquide tel que de l'eau ou de l'huile, ou un gaz. Selon cet exemple de réalisation, les canaux de refroidissement (125) sont placés entre la cavité moulante et les inducteurs, au plus près de la surface de la cavité moulante de sorte à en assurer un refroidissement rapide et un fort taux d'amorphisation. La position des inducteurs, la puissance de chauffage installée, le nombre et la répartition des canaux de refroidissement ainsi que le débit de fluide caloporteur nécessaire au refroidissement, sont par exemple déterminés par simulation numérique des cycles de chauffage et de refroidissement du moule.

Des moyens (130) permettent de tirer la cavité moulante au vide et d'y introduire un gaz neutre, tel que de l'argon de sorte à créer dans celle-ci une légère surpression par rapport à la pression atmosphériq ue.

Ledit moule comprend un dispositif de fusion (150), situé au dessus du moule, selon cet exemple de réalisation. Ce dispositif est en communication avec la cavité moulante et confiné dans une enceinte (155) assemblée de manière étanche avec le moule de sorte que le tirage au vide de la cavité moulante place également le dispositif de fusion sous vide, et qu'il soit également en légère surpression dans le cas de l'injection d'un gaz neutre. Ce dispositif de fusion (150) comprend un creuset de fusion (160) entouré par une bobine (165) de fusion alimentée par un générateur de courant à très haute fréquence. Ledit creuset de fusion (160) est un creuset sectorisé, de forme générale cylindrique comprenant une pluralité de secteurs creux (161 ), s'étendant le long de l'axe du cylindre et isolés électriquement les uns des autres. Lesdits secteurs sont constitués d'un matériau métallique non magnétique, par exemple du cuivre ou un acier inoxydable. Des moyens de refroidissement (170) permettent de faire circuler un fluide caloporteur dans lesdits secteurs creux, afin de les refroidir. Selon un exemple de réalisation, la partie du creuset de fusion communiquant avec la cavité moulante (1 10) est, pendant la fusion, fermée par un piston (180), connecté à une tige de manoeuvre (185) pour escamoter celui-ci. Le dispositif comprend à cette fin des moyens (186) agissant sur la tige de manoeuvre, tels qu'un système pignon crémaillère, un vérin électrique, un moteur linéaire ou tout autre moyen connu de l'art antérieur pour réaliser le déplacement du piston et de la tige de manoeuvre.

Ledit piston (180) constitue, au cours de la fusion de la matière (190) une sole vis-à-vis du creuset de fusion (160). Toutefois, ledit piston (180) est sectorisé et comprend, de manière similaire au creuset de fusion, une pluralité de secteurs creux, constitués d'un matériau métallique électriquement conducteur et isolés électriquement les uns des autres. Des moyens (175) permettent de réaliser une circulation de fluide dans les secteurs creux du piston, par exemple à travers la tige de manoeuvre de sorte à refroidir ceux-ci. À la différence d'une simple sole, la configuration sectorisée et la nature électriquement conductrice des secteurs du piston (180), permet, par la circulation des courants induits dans ses secteurs lors de l'alimentation de la bobine (165) de fusion, de créer des forces de Laplace, repoussant la charge en fusion de la surface du piston (180) se trouvant dans le creuset de fusion. Ainsi, la charge en fusion (190) se trouve en lévitation ou en pseudo-lévitation électromagnétique dans le creuset, sans contact avec les parois.

La disposition du creuset de fusion en position verticale au-dessus du moule, permet de charger le creuset par gravité, le moule étant fermé. La charge est constituée de granules du matériau constitutif du BMG, ou de plusieurs matériaux dont l'alliage constitue le BMG, l'alliage étant réalisé pendant la fusion. Selon une autre variante, la charge est constitué d'un seul lopin solide, tel qu'un cylindre.

La charge solide étant introduite dans la creuset de fusion, celui-ci étant fermé à son extrémité inférieure par le piston (180) et le moule étant fermé, l'ensemble étant tiré au vide, la bobine de fusion (165) est alimentée en courant à très haute fréquence. Alternativement, après le tirage au vide, un gaz neutre est introduit dans la cavité moulante et dans l'enceinte comprenant le creuset de fusion. Les courants induits chauffent ladite charge qui entre en fusion. La nature sectorisée du creuset et le champ magnétique qui en résulte, éloigne la charge en fusion des parois du creuset, tout comme des parois du piston (180), lui même sectorisé. La mise en fusion de la charge est extrêmement rapide du fait de son chauffage direct par l'induction. Les forces de Laplace générées maintiennent la charge en fusion écartée des parois du creuset et du piston, le circulation des courants induits dans la charge en fusion, assurent aussi un brassage de ladite charge, ce qui permet d'assurer son homogénéité particulièrement lorsque celle-ci comprend plusieurs éléments d'alliages de masses spécifiques différentes.

Selon cet exemple de réalisation, une bobine plate (166) connectée à une série de condensateurs et placée juste au-dessus du creuset de fusion.

Figure 2, le dispositif de la figure 1 , est représenté au cours de la phase d'injection. La charge étant fondue, pour réaliser l'injection, la cavité moulante est préalablement chauffée, au moyen des inducteurs (120) pour l'amener à une température égale ou légèrement inférieure à la température de transition vitreuse du BMG. Selon cet exemple de réalisation, où le dispositif de fusion est placé au- dessus du moule, le piston (180 ) est escamoté dans le moule en déplaçant celui-ci vers le bas par sa tige de manoeuvre (185) libérant ainsi le passage vers le cavité moulante (1 10). La charge en fusion (190) s'écoule alors par gravité dans la cavité moulante. Les surfaces de ladite cavité moulante ayant été préchauffées, la matière en fusion s'écoule dans la cavité en conservant une fluidité suffisante pour la remplir entièrement. Puis, le refroidissement de la cavité moulante est réalisé en faisant circuler un fluide caloporteur dans les canaux (125) de refroidissement. Un dispositif de commande électronique (non représenté) permet de synchroniser et de séquencer, l'alimentation de la bobine de fusion, le chauffage de la cavité moulante, l'escamotage du piston, l'arrêt de l'alimentation de la bobine de fusion et le refroidissement du moule.

Selon un mode de réalisation avantageux, la bobine plate (166) est alimentée par la décharge des condensateurs de manière synchronisée avec la descente du piston (180). L'alimentation de ladite bobine plate (166) crée une force électromagnétique agissant sur la charge en fusion, qui pousse ladite charge vers la cavité moulante.

Selon un mode de réalisation avantageux, une bobine d'injection (266) est imbriquée dans la bobine de fusion et alimentée au moment de l'injection par un courant alternatif à haute fréquence simultanément à l'alimentation de la bobine (165), les deux bobines (165, 266) étant alimentées par des courants alternatifs déphasés, de sorte à créer un champ glissant qui tende à éjecter la charge en fusion du creuset de fusion vers la cavité moulante.

L'utilisation d'une telle bobine d'injection, est, selon un mode de réalisation, complémentaire à l'utilisation de la bobine plate, pour réaliser l'injection de la charge en fusion dans la cavité moulante.

Selon un mode de réalisation, le creuset de fusion (160) est prolongé par un creuset ou cylindre d'injection (260) lequel est avantageusement entouré par une bobine (265) alimentée par un courant à haute fréquence et formant un inducteur. Ledit creuset d'injection est par exemple constitué d'un matériau réfractaire transparent au champ électromagnétique, sans que cette configuration ne soit limitative. Ce creuset d'injection permet de traverser l'épaisseur de la partie du moule séparant la le creuset de fusion (160) de la cavité moulante, tout en conservant la charge en fusion suffisamment chaude. Ainsi, l'alimentation électrique de la bobine (265) entourant le creuset d'injection (260) a pour effet, d'une part, d'éloigner la charge en fusion (190) des parois du creuset d'injection (260) et d'autre part de conserver, par l'effet de chauffage inductif, la charge en fusion à une température suffisante avant son entrée dans la cavité moulante.

L'alimentation de l'inducteur d'injection, de la bobine plate (166), de la bobine d'injection (266), de la bobine (265) entourant le creuset d'injection (260) ainsi que le mouvement du piston sont pilotés, séquencés et synchronisés, par des moyens électroniques, par exemple par un automate programmable (non représenté).

Figure 7, selon un autre mode de réalisation, le dispositif objet de l'invention comprend un piston (760) apte à pousser la charge (190) dans la cavité moulante. Ledit piston comprend une tête (762) et une tige de manoeuvre (761 ) pour son déplacement vertical, ledit déplacement étant réalisé par un vérin, électrique, hydraulique ou pneumatique agissant sur ladite tige (761 ), par un système pignon crémaillère, un moteur linéaire ou tout autre moyen adapté. La tête (762) du piston est, selon des exemples de réalisation, une tête pleine ou une tête creuse, constituée d'un matériau ferromagnétique ou revêtue d'un matériau ferromagnétique. Manoeuvrée par la tige de manoeuvre (761 ), ladite tête (762) se déplace axialement dans le creuset de fusion, où elle est soumise à l'effet des courants induits générés par l'inducteur (165) de fusion. La réponse de la matière constituant la tête de piston ou son revêtement aux courants induits, provoque réchauffement rapide de la surface de ladite tête. Selon un exemple de réalisation, ladite tête (762) est en outre refroidie par la circulation d'un fluide caloporteur mis en circulation par des moyens (non représenté) entre la tige de manoeuvre (761 ) et la tête du piston. Le dimensionnement de la tête de piston, sa constitution et l'éventuel refroidissement de celle-ci, permettent de porter la surface de la tête de piston en contact avec la charge en fusion (190) lors de la coulée, à) une température telle que celle-ci soit suffisamment élevée pour ne pas créer un loup à la surface de ladite tête et suffisamment faible pour ne pas engendrer de phénomène de collage ou de soudure de la matière en fusion sur ladite tête.

Selon des variantes de combinaison de ces modes de réalisation exposés ci- avant, le dispositif objet de l'invention, permet la coulée par gravité simple et ne comprend à cette fin que le piston segmenté (180), ou une coulée par gravité assistée par un champs magnétique, combinaison comprenant le piston segmenté (180) associé à la bobine d'injection (266) et/ou la bobine plate (166). Selon une autre variante correspondant à une injection mécanique, le dispositif objet de l'invention comprend le piston segmenté (180) escamotable faisant office de sole en partie inférieure du creuset de fusion et un piston d'injection (760) poussant la charge dans l'empreinte. Selon une autre variante de ce dernier mode de réalisation comprenant un piston d'injection (760), le dispositif objet de l'invention comprend en plus une bobine d'injection (266) apte à créer un cham p magnétique glissant.

Après le remplissage de la cavité moulante, la circulation d'un fluide caloporteur dans les canaux de refroidissement (125) du moule permet de refroidir rapidement la cavité moulante et la pièce qu'elle contient, assurant ainsi un fort taux d'amorphisation de celle-ci. Le moule est ensuite ouvert, la pièce démoulée et le cycle reprend.

Bien que les figures 1 et 2 représentent le dispositif objet de l'invention dans un mode de réalisation comprenant un creuset d'injection et des bobines (166, 266) permettant de favoriser l'injection de la charge en fusion dans la cavité moulante, l'homme du métier comprend que ces caractéristiques sont des perfectionnements et ne sont pas indispensables au fonctionnement du dispositif objet de i'invention, le simple déplacement du piston (180) permettant de réaliser la coulée par gravité, celle-ci étant éventuellement assistée par l'effet mécanique d'un piston d'injection. Dans ce cas, le dispositif de fusion est placé, par exemple, directement dans la partie inférieure (102) du moule, de manière similaire au mode de réalisation représenté figure 3, mais avec le piston (180) positionné sous le creuset de fusion, du côté de la cavité moulante (1 10).

Figure 3, selon un autre mode de réalisation du dispositif objet de l'invention, le dispositif de fusion (350) est positionné verticalement sous la cavité moulante (310) du moule. De manière similaire aux autres modes de réalisation, le moule comprend au moins deux parties (301 , 302) séparables et des moyens d'étanchéité (303) associés, de sorte qu'à la fermeture du moule, lesdites parties définissent entre elles une cavité moulante (310) étanche, susceptible d'être tirée au vide par des moyens appropriés, et d'être remplie par un gaz neutre en légère surpression. Les deux parties (301 , 302) du moule sont par exemple montées sur les plateaux d'une presse, qui permet l'ouverture et la fermeture du moule. Au moins l'une (301 ) des parties du moule comprend avantageusement des moyens de chauffage des surfaces de la cavité moulante (310), par exemple sous la forme d'inducteurs (320) s'étendant dans des conduits pratiqués dans le moule. Au moins l'une des parties du moule comprend avantageusement des canaux (325) de refroidissement (325) permettant de refroidir rapidement la cavité moulante (310).

La disposition verticale du dispositif de fusion (350) sous le moule, permet de délivrer la charge dans ledit dispositif de fusion par gravité, moule ouvert. Le dispositif de fusion (350) comprend un creuset de fusion (360) sectorisé et refroidi comprenant de secteurs creux, par exemple constitués d'un acier inoxydable et isolés électriquement les uns des autres. Le creuset de fusion (360) est en communication avec la cavité moulante (310) par son extrémité supérieure, et fermé à son extrémité inférieure, par un piston (380) sectorisé. Ledit piston sectorisé est fixé sur une tige de manoeuvre (385) et des moyens de manoeuvre (386) permettent de déplacer verticalement ladite tige de manoeuvre (386) et par suite ledit piston (380). Une bobine d'induction (365) dite bobine de fusion, connectée à un générateur de courant à haute fréquence (non représenté) permet de générer un champ magnétique alternatif à haute fréquence dans le creuset de fusion et mettre en fusion la charge (190) qu'il contient. Le dispositif de fusion (350) est inséré dans une enceinte (355) étanche.

La charge solide étant placée dans le creuset de fusion, fermé par le piston sectorisé (380), le moule est fermé et tiré au vide. Selon la matière injectée, le tirage au vide est suivi de l'injection d'un gaz neutre dans la cavité moulant (310) et dans l'enceinte de fusion (355). L'alimentation de la bobine (365) de fusion permet de mettre la charge (190) en fusion. Les forces de Laplace résultant des courants induits circulant dans les secteurs du creuset de fusion (360) et du piston sectorisé (380), éloignent la charge en fusion de leurs parois, de sorte que ladite charge en fusion se trouve en lévitation ou pseudo-lévitation électromagnétique sans contact.

Pour réaliser la coulée, le piston sectorisé (380) est déplacé vers le haut par les moyens (386) agissant sur la tige de manoeuvre (385), ce qui a pour effet de pousser la charge (190) dans la cavité moulante, toujours sans contact entre la dite charge et ledit piston (380). Le refroidissement du piston (380) est contrôlé de sorte que la température à la surface du piston susceptible d'entrer en contact avec la charge en fusion en pseudo-lévitation, soit suffisante pour éviter la création d'un loup, mais pas trop élevée pour éviter le collage ou la soudure de la charge en fusion à la surface dudit piston.

Préalablement à la coulée, les surfaces de la cavité moulante (310) sont portées à une température égale ou légèrement inférieure à la température de transition vitreuse du BMG mis en oeuvre, par l'alimentation en courant à haute fréquence des inducteurs (320), du moule, de sorte à favoriser un remplissage uniforme de l'empreinte. Puis, la cavité moulante est refroidie rapidement, par la circulation d'un fluide caloporteur dans les canaux de refroidissement (125) du moule. Le moule est alors ouvert, la pièce démoulée et le cycle reprend. Selon une variante de ce mode de réalisation, le dispositif objet de l'invention comprend un creuset d'injection mettant en communication le creuset de fusion et la cavité moulante, et une bobine entourant ledit creuset d'injection permettant de conserver la température de la charge en fusion lors de son trajet entre le creuset de fusion et la cavité moulante.

Selon une variante de l'un quelconque des modes de réalisation du dispositif objet de l'invention, celui-ci comprend plusieurs dispositif de fusion et d'injection parallèles pour assurer un meilleur remplissage de l'empreinte.

Figure 4, selon un exemple de réalisation, le piston (185, 385) comprend une pluralité de secteurs creux (481 ,..., 486) constitués d'acier inoxydable ou d'un autre matériau électriquement conducteur et non magnétique, ajourés à leurs deux extrémités latérales et isolés électriquement les uns des autres par une couche de matériau isolant, telle qu'une céramique. Ladite couche de matériau isolant assure également l'étanchéité entre les secteurs. Les secteurs sont liés à la tige de manoeuvre (185, 385) par l'intermédiaire d'une boîte à eau (490) constituée d'un matériau électriquement isolant. Ladite boîte à eau est en communication hydraulique avec des moyens de circulation fluide (non représentés) par l'intermédiaire d'un orifice (491 ) pratiqué dans la tige de manoeuvre, et répartie le fluide caloporteur dans tous les secteurs (481 , 486) pour assurer leur refroidissement. À cette fin, Lesdits secteur comprennent sur leur face inférieure, un orifice (493) mettant en contact l'intérieur du secteur avec la boîte à eau (490). Un second orifice (494) à l'extrémité radiale intérieure du secteur, met en communication l'intérieur de chaque secteur avec un orifice (492) pratiqué dans la tige de manoeuvre, lui même en communication hydraulique avec les moyens de circulation, ce qui permet la circulation d'un fluide caloporteur dans les secteurs du piston.

Figures 4 et 5, lorsqu'un tel secteur (486) du piston est placé dans le champ magnétique alternatif généré par la bobine de fusion du dispositif de fusion, des courants induits (500) circulent à sa surface sur tout son périmètre. Ces courants induits génèrent une force de Laplace orientée dans le sens des y positifs sur la figure 5, qui maintient la charge en fusion éloignée de la surface du piston.

Figure 6, selon un exemple de mise en oeuvre du procédé objet de l'invention, quelque soit le mode de réalisation du dispositif, celui-ci comprend une première étape (610) de chargement du creuset de fusion. Cette étape est réalisée moule fermé ou moule ouvert dans le cas où le dispositif de fusion est placé au dessus du moule et moule ouvert lorsque le creuset est placé en dessous du moule Selon une étape de fermeture (620) le moule est fermé et la cavité moulante, ainsi que le creuset de fusion sont tirés au vide. Selon une variante, après le tirage au vide et éventuellement un balayage, consistant en une succession de tirages au vide et d'injection d'un gaz neutre, un gaz neutre tel que de l'argon est injecté dans la cavité moulante et l'enceinte du dispositif de fusion, ledit gaz étant en légère surpression par rapport à la pression atmosphérique. Selon une étape de fusion (630) le la charge est mise en fusion en alimentant la bobine de fusion du dispositif de fusion. De manière parallèle ou concomitante, le moule est préchauffé par les inducteurs au cours d'une étape de chauffage (640) afin de protée les surfaces de la cavité moulante à une température égale ou légèrement inférieure à la température de transition vitreuse du BMG. Le chauffage par induction permet d'atteindre un telle température en 1 minute ou moins selon la dimension de l'empreinte. Selon une étape de coulée (650) le piston est déplacé de haut en bas ou de bas en haut, selon le mode de réalisation du moule, et la bobine d'injection est alimentée, ainsi qu a bobine entourant le creuset d'injection, si le dispositif en est pourvus afin de remplir la cavité moulante préchauffée avec la matière en fusion. Selon les caractéristiques de l'opération, le chauffage de la cavité moulante est maintenu ou non durant l'étape de coulée. Selon une étape de refroidissement (660), l'alimentation des inducteurs du moule est arrêtée et le fluide caloporteur de refroidissement est mis en circulation dans les canaux de refroidissement du moule, procurant un refroidissement rapide de la pièce, jusqu'à ce que celle ci atteigne sa température de démoulage. Selon une étape de démoulage (670) le moule refroidi est ouvert, la pièce est démoulée, et le cycle reprend.

En résumé, le procédé et le dispositif objets de l'invention permettent de réaliser des pièces en métal amorphe à haute cadence, plus particulièrement des pièces minces, tout en assurant un taux d'amorphisation élevé de celles-ci.