équipement d'atomisation du gaz produit des poudres métalliques fines et sphériques avec une distribution granulométrique contrôlée, essentielle pour l'AM des métaux, la pulvérisation thermique, le MIM et d'autres applications de métallurgie des poudres. Ce guide couvre les principes du processus, les types d'atomiseurs, les composants du système, les paramètres de fonctionnement, les fabricants et l'évaluation comparative.
équipement d'atomisation du gaz Aperçu du processus
L'atomisation au gaz utilise l'énergie cinétique de jets de gaz à grande vitesse pour désintégrer les flux de métal en fusion en fines gouttelettes qui se solidifient rapidement en poudre :
| Principe | Décomposition d'un flux de métal en fines gouttelettes par impaction de gaz |
| Types de gaz | Azote, Argon |
| Types de métaux | Alliages de nickel, de fer et de cobalt |
| Balances | Laboratoire, pilote, industriel |
| Caractéristiques de la poudre | DSP contrôlée, sphéricité élevée, uniformité de la chimie de surface |
| Taille des particules | 3 microns à 120 microns |
| Produits | Poudres d'alliage, alliages maîtres |
| Industries | Métal AM, MIM, Revêtements |
Les poudres atomisées au gaz permettent un contrôle précis des propriétés, mais nécessitent des investissements plus importants que les autres techniques d'atomisation.
équipement d'atomisation du gaz Les types
| Atomiseur | Détails |
|---|---|
| Couplage étroit | L'intégration de la buse et du gaz permet d'obtenir des poudres très fines de 20 microns. |
| Chute libre | Le flux de métal en fusion tombe à travers la chambre à gaz pour un fonctionnement sans support |
| Rotary | Performance fiable pour les aciers fortement alliés grâce à des tubes rotatifs de coulée de métal |
Modèles émergents
L'atomisation en grappe à buses multiples et les atomiseurs centrifuges augmentent la productivité. L'atomisation par ultrasons et les atomiseurs à gaz à induction par électrode simplifient la production de poudres en chute libre.
Composants du système
Les modules clés des systèmes complets d'atomisation de gaz industriels sont les suivants
| Composant | Rôle |
|---|---|
| Four de fusion | Fusion par induction de métaux à l'état de surchauffe |
| Assemblage de la buse | Contrôle l'injection de métal en fusion dans la chambre à gaz |
| Contrôle du gaz | Régulation du type de gaz, de la pression et de la dynamique du débit |
| Solidification des gouttelettes | Le refroidissement rapide transforme les gouttelettes en poudres |
| Système de collecte | Le tamisage permet de séparer la poudre en fonction de la taille des particules |
| Baghouse | Capture des particules ultrafines solidifiées dans les gaz d'échappement |
| Recyclage | Réintroduit le gaz inutilisé et les particules surdimensionnées |
Une surveillance précise et un contrôle en retour étroitement intégré entre les modules ci-dessus sont essentiels pour assurer la constance de la qualité de la poudre.
Paramètres du processus
| Paramètres | Gamme typique | Impact |
|---|---|---|
| Température du métal | 30-100°C surchauffe | Fluidité, oxydation de surface |
| Taille de l'orifice de la buse | 2mm-6mm | Taille des gouttelettes, dynamique de l'écoulement |
| Type de gaz | N2, Ar | Taux de refroidissement, chimie des surfaces |
| Pression du gaz | 5-15 barg | Distribution de la taille des particules |
| Débit de gaz | 0,1-3 m3/min | Efficacité de l'atomisation et rendement |
| Hauteur de chute | 2-10m | Temps de solidification et caractéristiques de la poudre |
Les relations interdépendantes entre ces paramètres nécessitent une optimisation empirique guidée par des modèles informatiques pour répondre aux exigences en matière de poudre.
équipement d'atomisation du gaz Fournisseurs
| Entreprise | Plage de capacité | Estimation des coûts |
|---|---|---|
| AP&C | 10kg/heure - 300kg/heure | $750 000-$4 millions |
| PSI | 25kg/heure - 500kg/heure | $950,000-$6 millions |
| Gasbarre | 50kg/heure - 1000kg/heure | $1,2 million - $8 million |
| Groupe Buhler | 500 kg/heure - 35 000 kg/heure | $6 millions d'euros |
Des échelles de production plus importantes entraînent des prix exponentiellement plus élevés. D'importants travaux d'ingénierie sur mesure sont nécessaires.
Évaluation comparative
| Atomiseur à couplage étroit | Atomiseur à chute libre | |
|---|---|---|
| Coût de l'investissement | Haut | Moyen |
| Complexité | Haut - Conception intégrée buse-gaz | Moyen - Composants découplés |
| Maintenance | Défi - Manipulation de l'ensemble du navire | Plus facile - Pièces modulaires |
| Productivité pour les poudres fines | Plus élevé | Moyen |
| Flexibilité des matériaux | Moyen - Limité par les risques de colmatage des buses | Élevé - architecture ouverte |
| Surveillance des processus | Contrôle étroit des processus | S'appuie davantage sur la caractérisation |
Principaux enseignements
- La précision de l'ingénierie des particules et la grande flexibilité font de l'atomisation du gaz une technique puissante mais coûteuse.
- La modélisation et le contrôle intégrés permettent d'obtenir des poudres de qualité avec des spécifications étroites
- L'évolutivité reste une limitation essentielle pour les atomiseurs de gaz de petite, moyenne et grande taille.
FAQ
Q : Quelle est la taille des systèmes d'atomisation à gaz les mieux adaptés aux besoins en poudre pour l'AM des métaux ?
R : Les atomiseurs de laboratoire de 1 à 5 kg/heure conviennent à la recherche et au développement. Pour la production commerciale de métaux par AM, les atomiseurs de 50 à 200 kg/heure permettent d'équilibrer le débit, le coût et la qualité de la poudre.
Q : Quelle pression de gaz est généralement utilisée pour l'atomisation ?
R : La plupart des atomiseurs à gaz fonctionnent à des pressions comprises entre 5 et 12 bar. Des pressions plus élevées permettent d'obtenir des poudres plus fines, mais nécessitent des cuves plus lourdes. L'argon permet une extraction de chaleur plus rapide que l'azote.
Q : Quelle est la taille des particules d'un atomiseur de gaz ?
R : Les atomiseurs à buse à couplage étroit de pointe ont démontré une production cohérente de poudres métalliques approchant les 15-20 microns tout en conservant des pourcentages de rendement raisonnables.
Q : Quels sont les métaux qui ne conviennent pas à la pulvérisation de gaz ?
R : Les alliages très réactifs comme le titane et les alliages d'aluminium posent des problèmes d'oxydation et risquent d'obstruer les buses. La fusion en crâne par induction permet d'atténuer ces problèmes.
