Un nouveau matériau innovant du groupe commercial Tenneco Inc. (NYSE: TEN) pour le groupe motopropulseur offre des performances résistantes à l'usure avec une teneur en cobalt considérablement réduite, aidant les fabricants de moteurs à atténuer la disponibilité limitée et la volatilité des prix du cobalt . Les applications exigeantes à haute température qui reposent généralement sur le cobalt pour fournir une résistance à l'usure dans les plages de températures élevées, telles que les bagues de soupape de décharge de turbocompresseur à usage intensif, les soupapes EGR et les sièges de soupape de moteur haute performance bénéficieront du nouveau matériau. En utilisant une autre formulation d'acier fritté, les essais ont montré que la teneur en cobalt des matériaux frittés de Tenneco peut être considérablement réduite sans compromettre la résistance à l'usure.
«Les pénuries de matières potentielles et la controverse autour de l'extraction du cobalt, couplées à une volatilité extrême des prix, signifient que nous devons réduire notre dépendance au cobalt», a déclaré Gian Maria Olivetti, vice-président de l'ingénierie mondiale, Tenneco Powertrain. «Bien qu'il reste le matériau le plus efficace pour lutter contre l'usure dans les applications de siège de soupape fonctionnant à sec et d'autres composants soumis à de grandes plages de température, nous avons utilisé notre vaste expérience en métallurgie des poudres pour développer une alternative de formulation frittée à faible teneur en cobalt qui offre des propriétés d'usure similaires à les meilleurs matériaux actuels.
Les températures d'application des bagues dans les soupapes EGR, les soupapes de décharge du turbocompresseur ou les soupapes de gaz d'échappement peuvent varier de moins de 0 ° C à 1000 ° C, et c'est cette grande variation qui rend la tribologie difficile, comme Jens Wellmann, chef de produit Tenneco Powertrain pour les composants du turbocompresseur, explique. «Surtout dans la plage de température inférieure jusqu'à ~ 400 ° C, les matériaux riches en cobalt peuvent surpasser les matériaux typiques non cobalt. La première question à laquelle nous devions répondre était: "Quelle est l'explication des faibles taux d'usure des matériaux riches en cobalt?" Et la deuxième question était: "Quelle quantité de cobalt est effectivement nécessaire pour produire cet effet?". "
La recherche de Tenneco a commencé à partir de deux produits frittés existants éprouvés; FM-8100, un matériau fritté sans fer à base de cobalt, et FM-T95A, un matériau fritté à base de cobalt (54% Co en poids) comparable aux matériaux coulés utilisés pour les applications tribologiques. Entre ces deux extrêmes, un total de cinq matériaux avec une teneur en cobalt variée ont été évalués pour leur performance à l'usure dans une gamme de températures. L'enquête sur l'échantillon usé a montré que les matériaux frittés Tenneco contenant du cobalt formaient une couche tributaire réduisant l'usure à des températures plus basses que celle sans cobalt. Cette formation précoce d'une couche tribale stable a donné la réponse à la première question.
En comparant les échantillons, le même effet a été examiné sur 17 à 35 % de matériaux Co, ce qui a fourni la réponse à la question 2. Sur la base de ces résultats, un nouveau matériau a été développé, appelé FM-T88A, un acier fritté avec 17% Co, qui satisfait aux exigences de production et de qualité, y compris la fabricabilité et le mélange de la poudre métallique, le processus de frittage, l'usinabilité et l'assurance qualité.
Pour vérifier les résultats des tests initiaux, des essais collaboratifs ont été menés avec un grand constructeur automobile mondial comparant la résistance à l'usure du FM-T88A par rapport aux matériaux de série. Cela a été entrepris dans un banc d'essai qui simulait l'installation et le chargement d'une bague de soupape de décharge de turbocompresseur fonctionnant à des températures allant jusqu'à 800 ° C.
«Les résultats ont montré qu'à 200 ° C, le FM-T88A affiche une profondeur d'usure considérablement réduite par rapport à un matériau sans cobalt et présente un niveau comparable de résistance à l'usure par rapport au matériau à haute teneur en cobalt», explique Wellmann. "À toutes les autres températures, les performances du nouveau matériau reflètent étroitement les matériaux à haute teneur en cobalt."
"Avec 50 % du cobalt extrait dans le monde actuellement utilisé dans les batteries pour les groupes motopropulseurs de véhicules électrifiés, la demande pour le matériau augmente d'année en année", a déclaré Olivetti. «En minimisant les niveaux de cobalt utilisés dans nos matériaux frittés haute température résistants à l'usure, nous pouvons aider nos clients à atténuer la disponibilité limitée et la volatilité des prix du cobalt tout en fournissant des produits robustes. »
Source : Tenneco
Les températures d'application des bagues dans les soupapes EGR, les soupapes de décharge du turbocompresseur ou les soupapes de gaz d'échappement peuvent varier de moins de 0 ° C à 1000 ° C, et c'est cette grande variation qui rend la tribologie difficile, comme Jens Wellmann, chef de produit Tenneco Powertrain pour les composants du turbocompresseur, explique. «Surtout dans la plage de température inférieure jusqu'à ~ 400 ° C, les matériaux riches en cobalt peuvent surpasser les matériaux typiques non cobalt. La première question à laquelle nous devions répondre était: "Quelle est l'explication des faibles taux d'usure des matériaux riches en cobalt?" Et la deuxième question était: "Quelle quantité de cobalt est effectivement nécessaire pour produire cet effet?". "
La recherche de Tenneco a commencé à partir de deux produits frittés existants éprouvés; FM-8100, un matériau fritté sans fer à base de cobalt, et FM-T95A, un matériau fritté à base de cobalt (54% Co en poids) comparable aux matériaux coulés utilisés pour les applications tribologiques. Entre ces deux extrêmes, un total de cinq matériaux avec une teneur en cobalt variée ont été évalués pour leur performance à l'usure dans une gamme de températures. L'enquête sur l'échantillon usé a montré que les matériaux frittés Tenneco contenant du cobalt formaient une couche tributaire réduisant l'usure à des températures plus basses que celle sans cobalt. Cette formation précoce d'une couche tribale stable a donné la réponse à la première question.
En comparant les échantillons, le même effet a été examiné sur 17 à 35 % de matériaux Co, ce qui a fourni la réponse à la question 2. Sur la base de ces résultats, un nouveau matériau a été développé, appelé FM-T88A, un acier fritté avec 17% Co, qui satisfait aux exigences de production et de qualité, y compris la fabricabilité et le mélange de la poudre métallique, le processus de frittage, l'usinabilité et l'assurance qualité.
Pour vérifier les résultats des tests initiaux, des essais collaboratifs ont été menés avec un grand constructeur automobile mondial comparant la résistance à l'usure du FM-T88A par rapport aux matériaux de série. Cela a été entrepris dans un banc d'essai qui simulait l'installation et le chargement d'une bague de soupape de décharge de turbocompresseur fonctionnant à des températures allant jusqu'à 800 ° C.
«Les résultats ont montré qu'à 200 ° C, le FM-T88A affiche une profondeur d'usure considérablement réduite par rapport à un matériau sans cobalt et présente un niveau comparable de résistance à l'usure par rapport au matériau à haute teneur en cobalt», explique Wellmann. "À toutes les autres températures, les performances du nouveau matériau reflètent étroitement les matériaux à haute teneur en cobalt."
 |
Micro structure (x 500) du nouveau matériau en acier fritté
FM-T88A de Tenneco avec une teneur en cobalt de 17%
Crédit photo : Tenneco Inc |
"Avec 50 % du cobalt extrait dans le monde actuellement utilisé dans les batteries pour les groupes motopropulseurs de véhicules électrifiés, la demande pour le matériau augmente d'année en année", a déclaré Olivetti. «En minimisant les niveaux de cobalt utilisés dans nos matériaux frittés haute température résistants à l'usure, nous pouvons aider nos clients à atténuer la disponibilité limitée et la volatilité des prix du cobalt tout en fournissant des produits robustes. »
Source : Tenneco
Partager sur Twitter
