TITRE : PROCEDE DE FABRICATION PAR FRITTAGE SPS DE PIECES COMPRENANT DU MATERIAU METALLURGIQUE ET DES PIERRES GEMMES INORGANIQUES NATURELLES ET PIECES AINSI OBTENUES

DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION

La présente invention concerne la fabrication par frittage de pièces comprenant du matériau métallurgique et des pierres gemmes inorganiques naturelles, en particulier la fabrication de pièces présentant une forme particulière (géométrie et/ou coloration) des propriétés esthétiques et/ou des propriétés mécaniques particulières, par exemple la dureté. La présente invention trouve des applications dans les domaines suivants : outillage, tel que les outils de coupe, dispositifs optiques, dispositifs balistiques (tenue au choc ballistique), dispositifs ornementaux tels que les bijoux.

ETAT DE LA TECHNIQUE

Un matériau métallurgique tel que l’acier comprend principalement du fer et du carbone, le carbone étant compris entre 0,02% et 2% en masse. Afin d’augmenter la dureté d’un acier, il est connu d’augmenter la teneur en carbone. Par exemple, certains aciers présentent des concentrations de carbone supérieures à 1,7% (aciers lédéburitiques). En outre, il est possible de réaliser des traitements thermiques, ces traitements étant principalement surfaciques.

Il est ainsi désireux de proposer un matériau présentant une dureté équivalente ou supérieure à celles de l’état de la technique, et/ou une dureté homogène en volume. Un autre but de l’invention est de limiter le nombres d’opérations et/ou de traitements.

L’INVENTION

A cet effet, et selon un premier aspect, l’invention propose un procédé de fabrication d’une pièce, dite pièce finale, comprenant une portion de matériau métallurgique et une portion d’au moins un type de pierre gemme inorganique caractérisé par les étapes suivantes :

- utiliser une poudre de matériau métallurgique présentant une granulométrie inférieure à 400 jim (micromètres),

- réduire la taille des grains et/ou des cristallites de la poudre de matériau métallurgique de manière à obtenir des agrégats d’une taille caractéristique inférieure à 1000 jim (micromètres), et une taille moyenne d dee cristallites i inntfééririeeuurree à 220U0U nnmm (nanomètres),

- utiliser une poudre d’au moins un type de pierre gemme inorganique présentant une granulométrie inférieure à 500 micromètres,

- fritter en utilisant un procédé de frittage SPS le mélange desdites poudres, de manière que la pièce finale obtenue présente une forme prédéterminée et/ou des propriétés mécaniques prédéterminées.

La pièce obtenue selon l’invention permet d’augmenter la dureté par rapport aux résultats de l’art antérieur, tout en limitant les coûts grâce notamment à la diminution du nombre d’opérations et/ou de post-traitements. La pièce finale obtenue présente une dureté Vickers supérieure à 320Hv. L’ajout de l’au moins un type de pierre gemme inorganique permet au moins en partie d’augmenter la dureté de la pièce finale. En outre, cela permet de limiter la teneur en carbone par rapport aux résultats de l’art antérieur. De plus, la pièce finale peut en outre présenter des carctéristiques esthétiques améliorées par rapport à l’art antérieur. La pièce finale obtenue est ainsi intrinsèquement différente par rapport aux résultats de l’art antérieur.

Pour ce qui précède et pour la suite de la description, on entend par :

- frittage S PS, acronyme de « Spark Plasma Sintering », un procédé de frittage sous pression basé sur la densification d’un échantillon de poudre par application d’une contrainte mécanique associée au passage d’un courant pulsé permettant de chauffer l’échantillon ; par exemple une méthode de frittage apparentée au pressage isostatique à chaud mais utilisant l'effet joule pour chauffer la poudre précompactée dans un creuset cylindrique creux entre deux électrodes en graphite sous atmosphère inerte ou sous vide, l'ensemble étant soumis à une pression de plusieurs mégapascals sous l'action d'une presse hydraulique. Un courant continu ou alternatif de plusieurs kiloampères, pulsé ou non, est appliqué entre les électrodes avec une tension de quelques volts. ;

- taille de grains, ou granulométrie, ou granulométrie des grains, la taille caractérisée par les valeurs dlO, d90, d50 afin de quantifier la dispersion de cette distribution de taille de grains ;

- taille de cristallites, ou taille moyenne de cristallites, chaque grain pouvant présenter des cristallites, la taille se rapportant aux domaines cristallographiques cohérents et qui est mesurée par des techniques du type MEB, TEM, .. - facteur de forme, le rapport entre deux longueurs caractéristiques, chaque longueur s’étendant selon une direction déterminée, lesdites longueurs caractéristiques présentant un angle non-nul l’une par rapport à l’autre, par exemple un angle de 90 degrés ;

- atomisation ou atomiser, en particulier concernant une poudre, une méthode de transformation d’un lingot métallique en poudre sphérique par fusion et projection des gouttes métalliques sous flux gazeux pour les rendre sphériques,

- sphéroïdisation, ou sphéroïdiser, en particulier concernant une poudre, une méthode de transformation d’une poudre métallique broyée anguleuse par fusion le plus souvent assisté plasma pour la rendre sphérique ;

- broyage ou broyer, en particulier concernant une poudre, une méthode de transformation par action mécanique, par exemple par des billes, de manière à réduire la taille des cristallites et/ou la taille des grains d’une poudre ;

- agrégats, le résultat d’une réduction de la taille des grains et/ou de la taille des cristallites, par exemple par broyage, qui aboutit à une agglomération de petits grains pour former des agglomérats plus gros, mais chaque grain constituant les agglomérats présentent des tailles de cristallites plus petits ;

- dureté, la résistance d'un matériau à être marqué par un autre, on utilisera ici la dureté Vickers

- chutes, les chutes ou rebuts ou poudres ou tout éléments issus de la taille des pierres précieuses naturelles ;

- pierre gemme inorganique, ou gemme naturelle, ou pierre gemme, ou pierre précieuse naturelle, une pierre issue de la nature, ce qui exclut les pierres organiques et les pierres ou éléments synthétiques ou artificiels ;

- au moins une pierre gemme inorganique, ou au moins un type de pierre gemme inorganique, par exemple l’un ou plusieurs des types suivants : saphir, rubis, émeraude, dites pierres précieuses, actinote, agate, aigue-marine, alexandrite, almandin, amblygonite, améthyste, amétrine, anatase, andradite, anglésite, apatite, aventurine, axinite, azurite, barytine, bénitoïte, brazilianite, cancrinite, charoïte, chrysocolle, clinozoisite, citrine, cordiérite, comaline, cristal de roche, danburite, démantoïde, disthène, elbaïte, épidote, fayalite, goshénite, grenats, haüyne, héliodore, héliolite, hématite, hiddénite, howlite, jade, jaspe, kunzite, lapis-lazuli, larimar, malachite, microcline, morganite, obsidienne, œil-de-tigre, oligoclase, onyx, opale noble, opale de feu, opale noire, opale quincite, opale résinite, padparadscha, painite, périclase, péridot, pierre de lune, prasiolite, prehnite, quartz fumé, quartz hématoïde, quartz morion, quartz rose, rhodonite, rutile, sardoine, scheelite, serpentine, smaragdite, sodalite, spessartine, spinelle, spodumène, staurolite, tanzanite, topaze, tourmaline, trémolite, turquoise, uvarovite, variscite, zircon, dites pierres fines ou semi-précieuses ;

- de manière non réactive, en association avec le frittage, une absence de réaction chimique impliquant que les composants initiaux ne réagissent pas entre eux pour former d’autres composants, ou que la nature chimique des composants initiaux est conservée

- Agent dopant, ou poudre de dopage, une poudre ou des particules qui durcissent la pièce finale. Par exemple, la poudre de dopage peut contenir un ou plusieurs inhibiteurs de croissance choisis parmi le groupe comprenant la famille des carbures, par exemple le carbure de titane (TiC), le carbure de tantale (TaC), le carbure de tungstène (WC), la famille des oxydes, par exemple l'oxyde d'yttria Y,O„ l'oxyde d'aluminium (Al,0,), l'oxyde de zirconium (ZrO,), la famille des nitrures par exemple le nitrure de silicium (Si,N«), le nitrure de bore, la famille des borures par exemple borure de titane TiB„ le borure de zirconium (ZrB,), la famille des siliciures, par exemple le disiliciure de titane (TiSi,), le disiliciure de Molybdène (MoSi,) ou un mélange de ceux-ci. Les inhibiteurs de croissance permettent de contrôler la croissance des grains.

De préférence, la taille de grain ou la taille de cristallite est mesurable par un microscope optique ou électronique ou par un granulomètre. Dans le cas du granulomètre, il est possible d’utiliser un granulomètre du type laser ou optique, en voie sèche ou liquide.

De préférence, le procédé de fabrication d’une pièce, dite pièce finale, comprend une portion de matériau métallurgique et une portion d’au moins un type de pierre gemme inorganique hors diamant.

De préférence, la pièce ou le matériau métallurgique comprend au moins un élément métallique. La pièce ou le matériau métallurgique comprend au moins 50% en masse de l’au moins un élément métallique. Par exemple, l’au moins un élément métallique est le fer, le nickel, le titane ou l’aluminium ou un mélange de ceux-ci.

De manière préférentielle, la poudre de matériau métallurgique utilisée présente une granulométrie inférieure à 50 jim (micromètres). Selon des variantes de réalisation, la poudre de matériau métallurgique utilisée comprend :

- au moins 98% d’une phase métallique, ou

- au moins 95% d’une phase métallique, ou

- au moins 85% d’une phase métallique, ou

- au moins 80% d’une phase métallique, ou

- au moins 75% d’une phase métallique, ou

- au moins 70% d’une phase métallique, ou

- au moins 65% d’une phase métallique, ou

- au moins 60% d’une phase métallique, ou

- au moins 55% d’une phase métallique, ou

- au moins 50% d’une phase métallique.

En lien avec le paragraphe précédent, la poudre de matériau métallurgique peut comprendre des agents dopants, différents de l’au moins un type de pierre gemme inorganique permettant d’augmenter encore plus la dureté finale, afin de compléter la composition de ladite poudre. La poudre de matériau peut comprendre respectivement (en pourcentage massique) :

- au plus 2% d’un ou plusieurs agents dopants,

- au plus 5% d’un ou plusieurs agents dopants,

- au plus 15% d’un ou plusieurs agents dopants,

- au plus 20% d’un ou plusieurs agents dopants,

- au plus 25% d’un ou plusieurs agents dopants,

- au plus 30% d’un ou plusieurs agents dopants,

- au plus 35% d’un ou plusieurs agents dopants,

- au plus 40% d’un ou plusieurs agents dopants,

- au plus 45% d’un ou plusieurs agents dopants,

- au plus 50% d’un ou plusieurs agents dopants.

Selon un mode de réalisation particulier, la poudre de matériau métallurgique comprend entre 100% et 50% d’une seule phase métallique. Le complément pouvant être une ou plusieures autres phases métalliques. Une fois la composition de la phase métallique définie, on peut ajouter jusqu’à 25% en masse d’agent dopant.

Par exemple, la poudre de matériau métallurgique peut comprendre 75% d’une base fer phase 1, 15% de base fer phase 2 et 10% de SiC. On entend par phase métallique, une phase métallurgique, ou cristallographique qui est un composé particulier associant plusieurs éléments chimiques et présentant une microstructure particulière. Un alliage est une association d’éléments métalliques principalement et optionnellement de manière minoritaire des éléments céramiques. Un alliage peut comporter une ou plusieurs phases métallurgiques.

De préférence, la phase métallique est un alliage à base de fer, tel que l’acier ou la fonte, ou un alliage à base d’aluminium, ou un alliage à base de titane, ou un alliage à base de nickel. La présente invention traite de tous les alliages.

De préférence, le matériau métallurgique présente une teneur en carbone inférieure ou égale à 2% en poids par rapport au poids total du matériau métallurgique. De manière préférentielle, le matériau métallurgique présente une teneur en carbone inférieure ou égale à 2%, de préférence inférieure ou égale à 1,75%, de préférence inférieure ou égale à 1,5%, de préférence inférieure ou égale à 1,25%, de manière préférée inférieure ou égale à 1%, de préférence inférieure ou égale à 0,75%, de manière préférentielle inférieure ou égale à 0,5%.

Selon des variantes de réalisation, le matériau métallurgique comprend au moins un métal précieux. De préférence, le matériau métallurgique comprend :

- de l’or ou un alliage à base d’or, ou

- de l’argent ou un alliage à base d’argent.

De manière préférentielle, le matériau métallurgique comprend au moins 20% d’or, ou d’alliage à base d’or, ou d’argent, ou d’alliage à base d’argent.

Selon des modes de réalisation, le matériau métallurgique comprend en outre du cuivre, du nickel, du rhodium, du paladium ou de l’argent.

Chaque type de grains présente une taille de grain prédéterminée, une taille de cristallite prédéterminée et un facteur de forme prédéterminé.

De préférence, la poudre de matériau métallurgique est réduite, en particulier lorsque la poudre ne peut pas être utilisée telle quelle, de manière que :

- les agrégats présentent une taille caractéristique inférieure à 200 micromètres, et/ou

- la taille moyenne des cristallites est inférieure à 100 nanomètres. Selon des variantes de réalisation pouvant, ou non, être combinées, la réduction de la taille des grains et/ou des cristallites de la poudre de matériau métallurgique comprend :

- une étape d’atomisation du matériau métallurgique, et/ou

- une étape de broyage du matériau métallurgique, de manière que la poudre utilisée présente une granulométrie inférieure à 1000 micromètres.

De préférence, le procédé comprend une étape d’atomisation de la poudre utilisée de manière que la taille des grains présente une taille inférieure ou égale à 150 micromètres.

Selon d’autres variantes de réalisation, pouvant, ou non, être combinées, la réduction de la taille des grains et/ou des cristallites de la poudre comprend :

- une étape d’atomisation du matériau métallurgique, et/ou

- une étape de broyage du matériau métallurgique, de manière que la taille des agglomérats présente une taille inférieure à 1000 micromètres.

De préférence, et dans le cas de la combinaison des deux étapes, l’étape d’atomisation est réalisée avant l’étape de broyage.

La microstructure de grains prédéterminée peut présenter les caractéristiques suivantes :

- Distribution granulométrique : d50 étant compris entre 0.1 et 100 μm ,

- Taille de cristallite : 20 à 1000 nm,

- Facteur de forme : entre 1 et 5 (sphérique à anguleux, sans être cylindrique).

Un mode de réalisation consiste à utiliser une distribution granulométrique monomodale avant broyage comprise entre 0.1 et 100 micromètres ( μm ).

Selon un autre mode de réalisation, les poudres présentent une distribution bimodale avant broyage avec des valeurs d50 séparées d’une décade, typiquement 0.1 μm et 1 μm ou 1 μm et 10 μm ou encore 10 μm et 100μm. Il se peut que cette distribution bimodale soit séparée de 2 décades, typiquement 0.1 et 10μm ou 1 et 100μm.

Selon encore un autre mode de réalisation, la distribution est trimodale avec des d50 séparées d’une décade, typiquement 0.1 μm, 1μm et 10μm. Ces exemples sont évidemment non limitatifs. Dans un mode de réalisation, la poudre est utilisée telle quelle, brute de fournisseur. Par exemple, cette poudre peut présenter une valeur d50, en particulier un diamètre, de grain inférieure) à 100 micromètres, de préférence inférieure) à 50 micromètres, de préférence inférieur(e) à 15 micromètres.

Dans un mode préférentiel, la poudre est broyée afin d’affiner la taille des cristallites (domaines cristallographiques cohérents) qui est différente de la distribution granulométrique. Ainsi, après broyage, on constate une réduction de la taille des cristallites, mais pas nécessairement une réduction de la taille des grains.

Préférentiellement, la taille des cristallites est comprise entre 20 et 1000 nanomètres (nm). Préférentiellement, la taille des cristallites est comprise entre 20 et 100 nm. Préférentiellement enfin, la taille des cristallites est comprise entre 20 et 50 nm. Dans un mode de réalisation, il est envisageable d’associer plusieurs tailles de cristallites.

De préférence, l’au moins une pierre gemme inorganique ou l’au moins un type de pierre gemme inorganique est l’émeraude ou le saphir ou le rubis. Par exemple, l’ajout de saphir permet d’augmenter la dureté d’une pièce à base de matériau métallurgique.

De manière préférentielle, l’au moins un type de pierre gemme inorganique est au moins un type de pierre parmi les pierres fines, par exemple grenat, ou lapis-lazuli, ou cornaline, ou jaspe.

De préférence, l’au moins un type de pierre gemme inorganique naturelle utilisé provient de chutes de l’au moins un type de pierre gemme inorganique. De manière préférentielle, la portion d’au moins un type de pierre gemme inorganique comprend un seul type de pierre gemme inorganique naturelle.

Selon un mode de réalisation, l’au moins une pierre gemme inorganique ou l’au moins un type de pierre gemme inorganique comprend plusieurs types de pierres gemmes inorganiques citées au-dessus. De préférence, la pièce est réalisée à base de chutes de plusieurs types de pierres gemmes inorganiques.

De préférence, le procédé de fabrication comprend une étape de broyage de l’au moins un type de pierre gemme inorganique de manière que la poudre obtenue présente une granulométrie inférieure à 500 micromètres. De manière préférentielle, le procédé de fabrication comprend une étape de broyage des chutes de l’au moins un type de pierre gemme inorganique de manière que la poudre obtenue présente une granulométrie inférieure à 500 micromètres.

Le broyage permet d’obtenir une poudre qui aura des propriétés « finales » en terme de géométrie, facteur de forme, taille de cristallites. Le broyage permet également dans certains cas de former des sites actifs en surface de poudre qui favorisent et améliorent le comportement au frittage.

Selon des variantes de réalisation, la poudre de l’au moins un type de pierre gemme naturelle utilisée et/ou broyée présente une granulométrie inférieure à 250 micromètres, préférentiellement inférieure à 100 micromètres.

Selon un premier mode de réalisation, la poudre de matériau métallurgique et la poudre de l’au moins un type de pierre gemme inorganique sont réduites séparément. Par exemple, la poudre de matériau métallurgique et la poudre de l’au moins un type de pierre gemme inorganique sont broyées séparément. Par exemple, la poudre de matériau métallurgique et la poudre de l’au moins un type de pierre gemme inorganique sont atomisées séparément. Selon encore un autre exemple, la poudre de matériau métallurgique et la poudre de l’au moins un type de pierre gemme inorganique sont atomisées puis broyées séparément.

Selon un deuxième mode de réalisation, la poudre de matériau métallurgique et la poudre de l’au moins un type de pierre gemme inorganique sont réduites ensemble. Par exemple, la poudre de matériau métallurgique et la poudre de l’au moins un type de pierre gemme inorganique sont broyées ensemble. Par exemple, la poudre de matériau métallurgique et la poudre de l’au moins un type de pierre gemme inorganique sont atomisées ensemble. Selon encore un autre exemple, la poudre de matériau métallurgique et la poudre de l’au moins un type de pierre gemme inorganique sont atomisées puis broyées ensemble.

Selon un mode de réalisation, le mélange des poudres comprend au moins 75% de poudre de matériau métallurgique et au moins 20% d’au moins un type de pierre gemme inorganique. Ces proportions permettent en particulier de réaliser des pièces à base métallique et comprenant au moins un type de pierre gemme inorganique en tant qu’agent dopant pour par exemple augmenter la dureté de la pièce finale. Selon un autre mode de réalisation, le mélange des poudres comprend au moins 45% de poudre de matériau métallurgique et au moins 45% d’au moins un type de pierre gemme inorganique. Ces proportions permettent en particulier de réaliser par exemple des pièces ornementales.

Selon un mode de réalisation, le procédé de fabrication comprend une étape d’ajout d’au moins un agent dopant avec le mélange desdites poudres, avant l’étape de frittage.

De préférence, l’au moins un agent dopant est ou comprend du nitrure de bore BN, du carbure de titane TiC, du carbure de tungstène WC, du carbure de silicium SiC, du carbure de niobium NbC, du carbure de bore B.C, du Nitrure de silicium Si,N«, du borure de silicium, de l’oxide d’aluminium A1,O„ de l’oxyde de zirconium ZrO„ de l’oxyde d’yttrium Y, O, ou un mélange de ceux-ci. De manière préférentielle, l’au moins un agent dopant est ou comprend les variants dopés des éléments précédents.

Selon un autre mode de réalisation, l’étape de frittage s’effectue sans agent dopant.

Selon un mode de réalisation particulier, le procédé de fabrication comprend uniquement une étape d’atomisation de la poudre du matériau métallurgique, et ensuite la poudre obtenue, dite poudre intermédiaire, peut être mélangée, ou non, à au moins un agent dopant.

Selon un autre mode de réalisation particulier, le procédé de fabrication comprend uniquement une étape de broyage de la poudre du matériau métallurgique, et ensuite la poudre obtenue, dite poudre intermédiaire, peut être mélangée, ou non, à au moins un agent dopant. En particulier la poudre intermédiaire peut être mélangée à la poudre de l’au moins un type de pierre gemme inorganique.

De préférence, selon n’importe quel mode de réalisation, l’étape de frittage utilisant un procédé de frittage SPS est une étape de frittage de manière non-réactive.

Selon un premier mode de réalisation, l’étape de frittage est réalisée jusqu’à l’obtention d’une pièce de forme prédéterminée fritté. Par exemple, la pièce est obtenue ex-nihilo.

Selon un deuxième mode de réalisation, l’étape de frittage est réalisée jusqu’à recouvrir une pièce, dite pièce de départ, d’une couche, comprenant du matériau métallurgique et d’au moins un type de pierre gemme inorganique, frittée de manière à obtenir une pièce de forme prédéterminée. μμr exemple le procédé de fabrication comprend en outre les étapes suivantes :

- choisir une pièce, dite pièce de départ,

- fritter le mélange desdites poudres sur la pièce de départ jusqu’à recouvrir ladite pièce de manière à obtenir la pièce finale.

Selon une variante de réalisation, la pièce de départ est obtenue par l’étape de frittage selon le premier mode de réalisation.

De préférence, le procédé de fabrication prévoit de prendre en compte seulement la taille de grain et/ou la taille de cristallites.

Selon un ou plusieurs modes de réalisation, pouvant être combinable, lors de l’étape de frittage en utilisant un procédé de frittage SPS :

-la contrainte appliquée peut être supérieure à 0 Mpa, de préférence supérieure ou égale à 5Mpa et inférieure ou égale à 150 Mpa, de préférence inférieure ou égale à 75 Mpa, de préférence inférieure ou égale à 50 Mpa, de préférence inférieure ou égale à 25 Mpa, de préférence inférieure ou égale à 20 Mpa, de préférence inférieure ou égale à 18 Mpa, de préférence inférieure ou égale à 15 Mpa ;

- la durée de palier du frittage SPS peut être supérieure ou égale à 2 minutes et inférieure ou égale à 45 minutes, ;

- la température de frittage peut être supérieure ou égale à 1300°C et inférieure ou égale à 2200°C ;

- la taille de grains peut être comprise selon des exemples non limitatifs entre 0,020 et 0,500 micromètre pour une température modérée entre 1300°C et 1600°C, et entre 0.500 et 5 μm pour la gamme de 1600 à 2200°C ; plus la taille de grain est faible plus la température de frittage sera faible.

Ces caractéristiques permettent d’obtenir une pièce présentant un taux de densification souhaité, qui peut être égal ou supérieur à 70% et peut être égal à 100%. En particulier, l’association de la température, de la contrainte et de la durée du pallier permettent d’accéder à un taux de densification souhaité. De préférence, la qualité du frittage peut être déterminée par mesure de densité géométrique, par poussée d’Archimède, par pycnométrie hélium, par porosimétrie, par intrusion de mercure, et éventuellement par BET (mesure de surface spécifique des matériaux mesurée par adsorption d'un gaz (azote) avec la méthode BET (Brunauer, Emett et Teller)), ou analyse d’image en microscopie, ou une combinaison de plusieurs méthodes.

De préférence, selon n’importe quel mode de réalisation, le procédé de fabrication comprend une étape d’ajout d’au moins une poudre métallique de substrat avec le mélange desdites poudres, avant l’étape de frittage.

De manière préférentielle, selon n’importe quel mode de réalisation, la hauteur de chaque couche du mélange des poudres frittées est réalisée en fonction du besoin.

On entend par poudre métallique de substrat, tout alliage, compatible thermochimiquement avec la poudre de matériau métallurgique aboutissant à un matériau de dureté élevée. Par exemple, la poudre métallique de substrat est de l’acier 316L ou de l’inox sans nickel.

De préférence, le procédé de fabrication comprend en outre une étape de traitement thermique après l’étape de frittage.

Selon un deuxième aspect, l’invention propose une pièce comprenant une portion de matériau métallurgique et une portion d’au moins un type de pierre gemme inorganique obtenue selon l’une ou plusieurs des caractéristiques du procédé de fabrication du premier aspect.

De préférence, la pièce comprend une portion de matériau métallurgique et une portion d’au moins un type de pierre gemme inorganique hors diamant.

Ladite pièce, dite pièce finale, est par exemple, et de manière non limitative, un outil de coupe pour l’usinage ou le forage.

La pièce finale est obtenue par frittage SPS d’un mélange de poudres, le mélange comprenant une poudre de matériau métallurgique présente une taille de grains inférieure à 1000 micromètres et/ou une taille de cristallites inférieure à 200 nanomètres et une poudre d’au moins un type de pierre gemme inorganique présentant une granulométrie inférieure à 500 micromètres. De préférence, la pièce finale comprend au moins 75% de poudre de matériau métallurgique et au moins 20% d’au moins un type de pierre gemme inorganique. De manière préférentielle, la pièce finale est obtenue ex-nihilo. Elle présente une forme prédéterminée.

Description de la figure

La figure 1 représente un logigramme présentant les différents modes de réalisation du procédé de fabrication.

En référence à la figure 1, il est prévu un procédé de fabrication d’une pièce comprenant une portion de matériau métallurgique et une portion d’au moins un type de pierre gemme inorganique.

L’au moins un type de pierre gemme inorganique peut être introduit avant ou après l’étape de réduction (atomisation et/ou broyage).

Si avant, l’au moins un type de pierre gemme inorganique est introduit avec la poudre de matériau métallurgique et correspond à « Alliage ».

Si après, « Alliage » correspond à la poudre de matériau métallurgique. Dans ce cas, l’au moins un type de pierre gemme inorganique est réduit sous forme de poudre présentant une granulométrie inférieure à 500 micromètres par une étape parallèle à l’étape de réduction de la poudre de matériau métallurgique.

Le procédé de fabrication peut comprendre les variantes de réalisation suivantes :

- le mélange de poudres « Alliage » peut être seulement atomisée ou seulement broyée, voir les deux premières lignes,

- le mélange de poudres « Alliage » peut être atomisée puis broyée, voir la troisième ligne,

- le mélange de poudres « Alliage » peut être atomisée et mélangée à un élément d’addition ou agent dopant, voir la quatrième ligne,

- le mélange de poudres « Alliage » peut être broyée et mélangée à un élément d’addition ou agent dopant, voir la cinquième ligne,

- le mélange de poudres « Alliage » peut être atomisée, puis broyée et mélangée à un élément d’addition ou agent dopant, voir sixième ligne.

Par élément d’addition concernant la figure 1, on entend un élément ou un agent dopant autre que l’au moins un type de pierre gemme inorganique.

L’obtention du mélange de poudres, dite poudre d’alliage intermédiaire, est ensuite fritté en utilisant la méthode du frittage SPS, voir « frittage SPS A ». La dureté de la pièce finale ex nihilo obtenue ou du revêtement de la pièce obtenue est :

- supérieure à 200Hv dans les cas d’une atomisation seule ou d’un broyage seule,

- supérieure à 350Hv dans le ccaass d’une atomisation puis d’un broyage,

- supérieure à 450Hv dans les autres cas.

Selon un autre mode de réalisation, la poudre intermédiaire peut être déposée avant ou après une poudre de substrat métallique de manière à former une superposition de couches. On ajustera la hauteur de chaque couche en fonction du besoin.

Ensuite cette superposition de couches est frittée en utilisant la méthode du frittage SPS, voir « frittage SPS B », permettant d’obtenir une pièce ex nihilo.

Selon une variante de réalisation par rapport au précédent mode de réalisation, il est possible de réaliser le procédé de fabrication précédent de manière à former un revêtement, voir « frittage SPS C », sur une pièce obtenue ex nihilo, après « frittage SPS A » .

Selon une autre variante, le revêtement peut être appliqué, voir « frittage SPS D », sur une pièce, dite pièce de départ, par exemple un acier dit 316L.

Le revêtement peut présenter une épaisseur supérieure ou égale à un millimètre.

La dureté des pièces obtenues est ainsi augmentée jusqu’à atteindre une valeur comprise entre 200 Hv et 1500 Hv avec des agents dopants.

Selon un mode de réalisation, l’agent de dopage est par exemple du carbure de silicium. Les agrégats présentent par exemple une taille comprise entre 100 et 500 micromètres. La taille des grains est par exemple comprise entre 50 et 150 nanomètres. L’au moins une pierre gemme est par exemple le saphir. Selon un mode de réalisation, le saphir est présent jusqu’à 10% en masse de saphir pour augmenter la dureté au-delà de 500HV avec une base métallurgique titane broyée (réduction de la taille de cristallite à quelques dizaines de nm). Cet exemple permet d’obtenir une pièce présentant une dureté environ égale à 1000 Hv.