Vue d'ensemble poudre métallique atomisée au gaz
La poudre de métal atomisée au gaz désigne les matériaux particulaires métalliques produits par atomisation d'alliages fondus à l'aide de jets de gaz inertes à grande vitesse. Ce procédé confère une morphologie sphérique idéale pour la fabrication additive, le moulage par injection de métaux et d'autres applications.
Caractéristiques de l'atomisation du gaz :
- Excellent contrôle de la forme et de la distribution des particules
- Applicable aux alliages réactifs, y compris le titane, l'aluminium et le cuivre.
- Fournit une matière première de haute pureté pour les processus avancés
- Poudres adaptées au pressage isostatique à chaud et au traitement thermique
- Permet d'obtenir des caractéristiques de poudre précises et reproductibles
Poursuivez votre lecture pour en savoir plus sur les options de composition, les qualités des particules, les applications et les spécifications des poudres atomisées au gaz.
Alliage Types de poudres métalliques atomisées au gaz
Divers alliages peuvent être atomisés en poudres sphériques fines :
| Catégorie d'alliage | Matériaux | Compositions |
|---|---|---|
| Aciers inoxydables | 304, 316, 17-4PH, 303, 410 | Fe/Cr/Ni + oligo-éléments |
| Aciers à outils | H13, M2, M4 | Carbures de Fe + V, Mo, W |
| Alliages de cobalt | CoCr, CoCrW, CoCrMo | Co/Cr + tungstène/molybdène |
| Alliages de nickel | Inconel 625 et 718 | Ni/Cr/Fe/Mo |
| Alliages de titane | Ti-6Al-4V, Ti-6242 | Ti/Al/V/Sn/Zr/Mo |
Tableau 1 : Vue d'ensemble des systèmes d'alliages disponibles dans le commerce sous forme de poudre atomisée au gaz
La fabrication additive spécialisée et les alliages spécifiques à l'industrie aérospatiale/biomédicale peuvent être soumis à des quantités minimales de commande ou à des délais d'exécution.
Caractéristiques de la poudre
Caractéristiques typiques des particules obtenues par atomisation sous gaz inerte :
| Caractéristique | Détails | Importance |
|---|---|---|
| Forme des particules | Très sphérique | Améliore l'écoulement de la poudre et la densité de l'emballage |
| Gamme de tailles | 10 μm à 150 μm | Distribution contrôlée et optimisée pour l'utilisation finale |
| Composition | Alliage maintenu à ± 0,5 wt% | Préserve les propriétés mécaniques |
| La pureté | Possibilité d'atteindre 99,9% | Réduction des contaminants et des inclusions |
| Oxydes de surface | Couche de passivation d'une épaisseur de <50 nm | Maintient une excellente recyclabilité des poudres |
Tableau 2 : Aperçu des qualités des particules dans les poudres métalliques atomisées au gaz
Des propriétés précises produites de manière répétée pour répondre aux besoins de certification dans les catégories aérospatiale, médicale, automobile et industrielle.
Processus de fabrication
- Étapes typiques de l'atomisation d'un gaz inerte :
- La fusion par induction ou à l'arc forme un alliage fondu sous un gaz protecteur.
- Gaz inerte de haute pureté (Ar ou N2) forcé par des buses spécialisées
- Le flux de matière en fusion se brise en fines gouttelettes qui se refroidissent rapidement en poudres.
- Les poudres se déposent dans des trémies de collecte situées en dessous
- Classification par tamis pour normaliser la distribution
- Emballés et expédiés aux clients sous atmosphère protectrice
- Paramètres critiques du processus :
- Conception de la buse - régit la distribution de la taille des particules
- Pression du gaz - affecte la vitesse des particules et la vitesse de refroidissement
- Taux de coulée de la matière fondue - influence la forme de la distribution des tailles
- L'environnement (vide ou atmosphère contrôlée) dépend de la réactivité.
Applications de poudre métallique atomisée au gaz
| Application | Avantages | Exemples |
|---|---|---|
| Fabrication additive | Pièces de haute densité grâce à un excellent écoulement de la poudre et à un bon conditionnement | Composants aérospatiaux, implants médicaux |
| Moulage par injection de métal | Bonne moulabilité pour les petites formes complexes | Aubes de turbines, composants de tuyères |
| Revêtements par pulvérisation thermique | Revêtements denses résultant de l'impact de particules déformables | Surfaces résistantes à l'usure |
| Pâtes à braser | Assembler des géométries complexes | Échangeurs de chaleur, contacts électriques |
| Pressage isostatique à chaud | Minimiser les problèmes de fermeture avec des particules sphériques | Consolider les aubes de turbine moulées |
| Précurseurs de traitement thermique | Structure de grain personnalisable | Alliages à durcissement par précipitation |
Tableau 3 : Aperçu des applications exploitant les qualités des poudres métalliques atomisées au gaz
La cohérence et la pureté offertes par l'atomisation au gaz conviennent à la plupart des procédés avancés de fabrication de poudres métalliques où la répétabilité est essentielle.
Spécifications de poudre métallique atomisée au gaz
Les poudres atomisées au gaz sont validées par rapport à diverses spécifications standard :
| Standard | Description |
|---|---|
| ASTM B214 | Validation par microscopie optique de l'uniformité et de l'absence de satellites |
| AMS 7008 | Spécification des matériaux aérospatiaux, y compris la méthode d'atomisation par gaz inerte |
| ASTM F3049 | Guide standard pour la caractérisation des propriétés des poudres métalliques pour l'AM |
| ASTM F3056 | Spécification pour les poudres d'alliage de nickel pour la fabrication additive |
| ISO 21818 | Spécification pour les aciers inoxydables de qualité de production DMLS/SLM |
Tableau 4 : Normes industrielles communément appliquées aux poudres atomisées sous gaz inerte
Les producteurs de bonne réputation fourniront des documents de certification complets et les résultats des tests pour chaque lot de poudre afin de valider la conformité.
Fournisseurs et prix
| Fournisseur | Matériaux | Prix indicatifs |
|---|---|---|
| Sandvik Osprey | Alliages de Ti, alliages de Ni, aciers à outils | $100+ par kg |
| Additif pour charpentier | Aciers inoxydables, alliages de cobalt, Cu | $50 - $150 par kg |
| Praxair | Alliages de Ti, alliages d'Al, poudres de silicium | $100+ par kg |
| Technologie LPW | Aciers à outils, aciers inoxydables, Inconels | $50 - $500 par kg |
| Solutions SLM | Développement d'alliages sur mesure | $250+ par kg |
Tableau 5 : Sélection d'entreprises fournissant des poudres métalliques atomisées au gaz avec des prix approximatifs
La plupart des fournisseurs proposent des alliages standard avec des délais de 2 à 4 semaines pour les petites quantités. Des formulations personnalisées et une optimisation unique des particules sont également possibles en travaillant directement avec les fournisseurs de systèmes d'atomisation à gaz.
Avantages et inconvénients des alternatives
| Paramètres | Atomisation des gaz | Atomisation de l'eau | Atomisation par plasma |
|---|---|---|---|
| Morphologie des particules | Très sphérique | Sphéroïdes plus irréguliers | Surtout sphérique |
| Distribution de la taille des particules | Distribution serrée, adaptable | Une distribution plus large | Distribution serrée |
| Alliages compatibles | La plupart des alliages commerciaux | Alliages limités | Large gamme de métaux réactifs |
| Coût par kg | Modéré $50-150 par kg | Inférieur $20-100 par kg | Plus élevé $150-500 par kg |
| Taux de productivité | Capacité jusqu'à 10 000 kg par jour | Très élevé >50 000 kg par jour | <1 000 kg par jour |
Tableau 6 : Comparaison de l'atomisation au gaz avec d'autres méthodes de production de poudres
L'atomisation au gaz permet d'atteindre un équilibre optimal entre les capacités et l'économie, tout en produisant des volumes de poudre adaptés à la production commerciale.
Limites
- La taille minimale des lots impose l'utilisation d'un matériau de plus de 100 kg pour justifier la configuration de la machine.
- Capacité limitée à atomiser économiquement des alliages à point de fusion élevé comme le tungstène
- Les poudres ne sont pas aussi sphériques que celles obtenues par atomisation au plasma et contiennent des satellites.
- Épaisseur d'oxyde légèrement supérieure à celle des alternatives au plasma sous vide
- Coûts d'investissement initiaux élevés, de l'ordre de $1 à 5 millions d'euros pour un système clé en main
- Nécessite une meilleure manipulation/stockage des poudres par rapport aux matériaux vierges
FAQ
Q : Quel est l'avantage de la poudre atomisée au gaz par rapport aux matériaux vierges pour la production de pièces ?
R : Les poudres atomisées au gaz offrent une cohérence et une répétabilité supérieures. L'ingénierie de la morphologie de la poudre et de la structure des grains dès le départ permet de mettre au point des processus matures produisant des composants certifiés répondant aux exigences industrielles les plus élevées dans les secteurs aérospatial et médical.
Q : Quelles sont les précautions à prendre lors de la manipulation de poudres atomisées au gaz ?
R : S'agissant de matériaux métalliques fins sujets à l'oxydation, des protocoles de stockage et de manipulation inertes sont recommandés. Il s'agit notamment de boîtes à gants remplies d'argon et contrôlées par l'humidité, et de travailleurs portant un équipement de protection individuelle pour minimiser les risques d'explosion, d'inhalation ou de contamination. Ne jamais permettre le contact avec l'eau ou les composés organiques. La construction d'installations spéciales n'est pas nécessairement nécessaire, mais des réglementations locales peuvent s'appliquer.
Q : Quel niveau de répétabilité peut-on attendre d'un lot à l'autre avec des poudres atomisées au gaz ?
R : Les producteurs réputés garantissent des distributions de poudre à ±10% d'un lot à l'autre. Des variations mineures justifient toujours une réoptimisation en tant que pratique standard, même avec le même fournisseur de poudre si les tolérances acceptables pour les composants sont étroites. Les certificats d'analyse attestent de la cohérence.
Q : Pendant combien de temps des poudres atomisées au gaz inutilisées peuvent-elles rester viables en stock ?
R : La meilleure pratique consiste à stocker la poudre dans de l'argon protecteur dans des conteneurs scellés en évitant les températures extrêmes. Si elles sont conservées à une température inférieure à 30°C et à une humidité relative de 50%, avec un minimum d'oxygène et d'humidité, les poudres durent de nombreux mois avant de nécessiter des cycles de rafraîchissement dans la boîte à gants pour maintenir les propriétés d'écoulement et de réutilisation.
Q : Quelle assistance technique les fournisseurs de poudres fournissent-ils pour la qualification et la certification des pièces ?
R : Les fournisseurs réputés disposent de scientifiques spécialisés dans les matériaux et de personnel de validation pour donner des conseils en matière d'application et assurer l'interface avec les acheteurs de pièces tout au long du processus d'essai pour certifier les poudres. Ils veulent une répétabilité démontrée répondant aux normes réglementées afin d'étendre l'utilisation des matériaux à des applications plus exigeantes. Attendez-vous à des documents et des protocoles détaillés de la part de tout fournisseur établi.
