Qu’est-ce que le frittage en phase liquide ?
De nombreux systèmes de frittage génèrent une phase liquide pendant le processus de frittage. Généralement, les éléments ou composés ajoutés ne réagissent pas avec la matrice, ne se dissolvent pas dans celle-ci et peuvent même devenir liquides pendant le frittage. Ils ne mouillent pas le matériau de la matrice, comme le plomb dans le bronze ou le MnS dans l'acier inoxydable. Cette phase liquide ne favorise ni n'affecte le processus de frittage ; au lieu de cela, il existe dans la matrice sous forme de gouttelettes, et l'ensemble du système est fritté par diffusion à l'état solide-.
De plus, lorsqu'il existe une phase liquide ayant une réaction limitée avec la matrice et qui mouille le matériau de la matrice, une formation excessive de cette phase liquide peut conduire à un effondrement localisé de la charpente car la vitesse de diffusion atomique de la phase liquide est beaucoup plus rapide que celle de la phase solide. Par conséquent, le contrôle de la teneur en phase liquide est bénéfique pour le processus de frittage, car le taux de transfert de masse plus rapide conduit à une densification rapide des pièces. La phase liquide peut exister sous deux formes : l'une est lorsque la phase liquide est présente dans toute la cale de frittage, appelée phase liquide continue ; l'autre se produit lorsque la phase liquide se solidifie pendant le frittage, appelée phase liquide transitoire.
Le frittage continu en phase liquide est divisé en deux types : le premier type consiste à chauffer une poudre mélangée pour former un liquide. Un exemple typique est celui des alliages lourds, tels que les alliages W-Fe-Ni, qui sont chauffés pour former du Fe-Ni liquide, où W a une solubilité limitée ; ou les alliages WC-Co, où Co dissout une partie du WC pour former un eutectique, mais WC ne dissout qu'une très petite quantité de Co. La figure 7.9 montre une micrographie d'un alliage 90W-7Ni-3Fe, qui révèle des grains de tungstène sphériques dans la matrice de l'alliage Ni-Fe-W. Pendant le frittage, Fe-Ni fond en phase liquide et dissout le tungstène, conduisant à une sphéroïdisation des particules de tungstène. L'excès de tungstène dépassant sa limite de solubilité précipite dans le liquide, exemple typique de dissolution-reprécipitation lors du frittage en phase liquide.
(La présence de grains circulaires de tungstène dans la matrice de l'alliage Ni-Fe-W est un exemple typique de dissolution-reprécipitation lors du frittage en phase.)
Le deuxième type est le frittage en phase liquide en ligne supersolide-(SLPS). Lorsque la poudre préalliée -est chauffée au-dessus de la ligne solidus, les joints de grains à la surface et à l'intérieur des particules fondent, générant une petite quantité de phase liquide, ce qui entraîne un frittage de phase liquide de ligne supersolide-. La génération de cette phase liquide facilite une densification rapide. Un exemple typique d’utilisation de SLPS est l’acier à outils de type M2. La figure 7.10 montre une microstructure frittée typique d'un acier à outils de type M2. La figure montre de petites particules de phase carbure dans la matrice et une plus grande quantité de phase carbure le long de certaines limites de grains.
(Il y a une petite quantité de phase carbure à l’intérieur des grains et une grande quantité de phase carbure à certaines limites de grains.)
Il existe deux types de frittage en phase liquide transitoire : le premier est le frittage par réaction, qui se produit lorsque l'élément A et l'élément B forment un composé, libérant de la chaleur et générant le composé AB. NiAl en est un exemple. La seconde est lorsque la phase liquide transitoire disparaît en raison de la diffusion d'un certain élément pour former une solution solide. Par exemple, le carbone forme un eutectique avec le fer et le chrome. Lorsque le carbone diffuse dans la matrice, il forme une solution solide et la phase liquide se solidifie.