Métaux atomisés : Types, caractéristiques, spécifications

Vue d'ensemble

Métaux atomisés désignent les poudres métalliques produites par atomisation, un processus au cours duquel le métal fondu est divisé en fines gouttelettes et rapidement refroidi pour former une poudre. Le processus d'atomisation permet un contrôle précis de la taille des particules, de la morphologie et de la microstructure de la poudre.

Les poudres métalliques atomisées sont utilisées dans un large éventail d'applications, notamment la fabrication, l'impression 3D et le revêtement de surface. Elles offrent des avantages tels qu'une grande pureté, une grande régularité et la possibilité de développer des alliages spéciaux. Les métaux atomisés les plus courants sont l'aluminium, le cuivre, le fer, le nickel et le titane.

Ce guide fournit une vue d'ensemble détaillée des poudres métalliques atomisées, couvrant les types, les caractéristiques, les applications, les spécifications, les fournisseurs, l'installation, le fonctionnement, l'entretien et plus encore. Il vise à aider les lecteurs à comprendre la technologie et à faire des choix éclairés lorsqu'ils sélectionnent des poudres métalliques atomisées.

Types de métaux atomisés

Il existe deux types principaux de poudres métalliques atomisées :

Métaux atomisés à l'air

Dans l'atomisation à l'air, le flux de métal fondu est divisé en gouttelettes par de l'air à haute pression ou un gaz inerte. Les poudres atomisées ont une morphologie sphérique et une surface lisse. Elles conviennent aux applications nécessitant une bonne fluidité.

Métaux atomisés dans l'eau

Dans l'atomisation à l'eau, le métal en fusion est désintégré par des jets d'eau à haute pression. Les poudres atomisées à l'eau ont une forme irrégulière et une texture de surface rugueuse. Elles offrent une plus grande compressibilité, ce qui est préférable pour les applications de pressage.

Le tableau ci-dessous résume les principales différences entre les poudres métalliques atomisées à l'air et à l'eau :

Caractéristiques des poudres métalliques atomisées

Les principales caractéristiques définissant la qualité et les performances des poudres métalliques atomisées sont les suivantes :

Taille des particules - La distribution de la taille des particules détermine la densité de l'emballage, la fluidité et la surface. Un contrôle plus étroit de la taille des particules permet d'obtenir un produit plus homogène.

Morphologie - La forme des particules a un impact sur la densité, le compactage et le frittage. Les particules sphériques offrent un meilleur écoulement, tandis que les formes irrégulières offrent une plus grande résistance à l'état vert.

La pureté - Une pureté élevée est essentielle pour les applications critiques. Les impuretés peuvent être minimisées en utilisant des matières premières faiblement contaminées.

Teneur en oxygène - Une teneur en oxygène plus faible réduit la réactivité de la poudre et améliore les propriétés finales du matériau. Les poudres atomisées à l'eau ont tendance à être plus riches en oxygène.

Densité apparente - Une densité plus élevée se traduit par une meilleure efficacité en termes de débit et de manutention. Les valeurs typiques vont de 25% à 60% de densité théorique.

Capacité d'écoulement - Un bon écoulement de la poudre garantit la fiabilité des processus automatisés de mise en forme, de remplissage et d'emballage. Il dépend de paramètres tels que la taille des particules, leur forme et la rugosité de leur surface.

Compressibilité - La compressibilité détermine la résistance à l'état vert de la pièce pressée avant le frittage. La forme irrégulière des particules améliore l'imbrication et la résistance à l'état vert.

Le contrôle minutieux des caractéristiques de la poudre au cours du processus d'atomisation est essentiel pour obtenir des performances élevées et reproductibles.

Applications des poudres métalliques atomisées

Les poudres métalliques atomisées sont utilisées dans un large éventail d'industries et d'applications qui tirent parti de leurs avantages uniques. Les principaux domaines d'application sont les suivants

Fabrication additive métallique

Également connue sous le nom d'impression 3D de métaux, cette technique consiste à fabriquer des composants métalliques couche par couche à partir de matériaux en poudre. Il est préférable d'utiliser des poudres sphériques fines avec une distribution de taille contrôlée afin d'obtenir un écoulement et un tassement fluides lors de l'étalement. Les matériaux courants sont le titane, l'aluminium, les alliages de nickel et les aciers à outils.

Métallurgie des poudres

Les poudres atomisées sont comprimées à haute pression pour former des pièces "vertes", puis frittées pour produire des composants finis. Les particules de poudre de forme irrégulière offrent une meilleure compressibilité. Les pièces à géométrie complexe peuvent être fabriquées à peu près à la forme nette, ce qui minimise les pertes de matériau.

Revêtements de surface

Les techniques de pulvérisation thermique, comme la pulvérisation plasma, déposent des poudres fondues ou semi-fondues sur des surfaces pour former des revêtements protecteurs ou fonctionnels. Des poudres sphériques plus fines améliorent la densité du revêtement et la force d'adhérence. Les revêtements résistants à l'usure et à la corrosion sont couramment appliqués.

Moulage par injection de métal (MIM)

Ce procédé combine le moulage par injection de plastique et la métallurgie des poudres pour fabriquer de petites pièces métalliques complexes de forme nette. Des poudres à écoulement régulier avec une granulométrie et des liants adaptés sont nécessaires pour un remplissage sans défaut des moules.

Brasage et soudure

Les préformes de poudre atomisée permettent l'assemblage métallurgique de composants complexes. Des poudres lisses de taille contrôlée garantissent une fabrication optimale des préformes. Les métaux d'apport pour le brasage comprennent l'aluminium, l'argent et le cuivre.

Matériaux de friction

Les poudres métalliques atomisées servent de modificateurs de friction dans les plaquettes de frein et d'autres applications. Les poudres de cuivre, de fer et de laiton améliorent la résistance au frottement et à l'usure par rapport aux formulations organiques sans amiante.

Spécifications des poudres métalliques atomisées

Les poudres métalliques atomisées doivent répondre à des spécifications précises adaptées au processus de fabrication et aux exigences de l'utilisation finale. Les spécifications typiques des poudres sont décrites ci-dessous :

Distribution de la taille des particules

D10, D50, D90 font référence à la taille des particules de poudre en dessous de laquelle se trouvent respectivement 10%, 50% et 90% de l'échantillon. Une distribution plus serrée améliore la densité et les performances.

Morphologie

• Forme - Sphérique, irrégulière
• Texture de la surface - Lisse, rugueuse
• Satellites - Moins de 5% en poids

La pureté

• Oxygène - <1000 ppm
• Azote - <100 ppm
• Carbone - <1000 ppm
• Autres impuretés - spécifiques à l'élément

Densité apparente

• Densité de la poudre - Typiquement 40-60% de la densité théorique
• Densité coulée - 25-40% de la densité théorique

Le respect des spécifications des poudres est essentiel pour la répétabilité du traitement et la qualité du produit final. Les fournisseurs réputés fournissent des certificats d'analyse complets.

Fournisseurs de poudres métalliques atomisées

De nombreuses entreprises se sont spécialisées dans la production de poudres métalliques atomisées destinées à diverses applications. Parmi les principaux fournisseurs mondiaux, on peut citer

Atomising Systems Limited

• Siège - Sheffield, Royaume-Uni
• Matériaux - Al, Cu, Fe, Ni
• Capacité - 4000 tonnes/an
• Au service des marchés de l'AM et de la pulvérisation thermique

Sandvik Osprey

• Siège - Neath, UK
• Matériaux - Ti, Al, aciers, superalliages
• Capacité - 14 000 tonnes/an
• Large portefeuille pour l'industrie de l'AM

Höganäs AB

• Siège - Höganäs, Suède
• Matériaux - Alliages de Fe, Cu, Al
• Capacité - 300 000 tonnes/an
• Focus sur l'industrie automobile

ATI Powder Metals

• Siège - Pittsburgh, États-Unis
• Matériaux - Alliages de Ti, Ni, Al, Fe
• Capacité - 15 000 tonnes/an
• Fournisseur de premier plan pour la fabrication additive

Matériaux Mitsubishi

• Siège - Tokyo, Japon
• Matériaux - Cu, Ni, carbures cémentés
• Capacité - 8000 tonnes/an
• Forte présence sur les marchés asiatiques

Les prix varient considérablement en fonction du matériau, de la pureté, de la taille des particules et du volume d'achat. Comptez $20-100 par kg pour les métaux courants et $100-500 par kg pour les alliages spéciaux.

Installation de systèmes de poudres métalliques atomisées

L'installation d'un équipement pour la manipulation de poudres métalliques atomisées nécessite de veiller à la sécurité, à la propreté et à la fiabilité. Voici quelques éléments clés à prendre en compte :

Confinement

• Utiliser des récipients hermétiques pour le stockage et le transport
• Minimiser les manipulations à l'air libre grâce à des convoyeurs et des transferts fermés
• Intégrer des boîtes à gants, des hottes RTP pour les opérations manuelles
• Assurer l'extraction des poussières à l'aide de filtres à manches ou de filtres cycloniques.

Prévention des explosions

• S'assurer que l'équipement électrique est correctement mis à la terre et relié à la terre.
• Installer des systèmes de détection et de suppression des étincelles
• Éviter les sources d'inflammation potentielles dans les zones dangereuses

Propreté

• Le système doit avoir des surfaces intérieures lisses pour faciliter le nettoyage.
• Prévoir la possibilité de purger avec un gaz inerte si nécessaire.
• Établir des procédures pour le nettoyage et l'entretien de routine

Manutention

• Choisir un équipement compatible avec les propriétés d'écoulement de la poudre
• Envisager des alimentateurs vibrants, des vannes rotatives, des systèmes de transport sous vide.
• Assurer un écoulement optimal de la poudre, sans trous de rats ni ponts.

Une installation correcte, conforme aux recommandations du fournisseur, est essentielle pour maximiser l'efficacité et la sécurité de l'équipement.

Fonctionnement des systèmes de poudres métalliques atomisées

Le fonctionnement efficace des systèmes de manutention des poudres métalliques nécessite de former le personnel aux procédures et aux pratiques sûres. Les aspects clés sont les suivants :

• Porter un EPI approprié - respirateurs, gants, lunettes de sécurité
• Éviter les déversements de poudre et minimiser la poussière
• Ne pas ouvrir l'équipement sous charge
• Respecter les séquences de purge avant les interventions de maintenance
• Effectuer des inspections périodiques et des contrôles d'étanchéité
• Maintenir un débit optimal et des pressions/vacuums prédéfinis
• Contrôler les niveaux d'oxygène et d'humidité si nécessaire
• Stocker les échantillons de poudre en toute sécurité pour les contrôles de qualité
• Conserver des journaux détaillés pour les paramètres de traitement
• Respecter le calendrier de maintenance préventive recommandé

L'établissement de procédures opératoires normalisées et de listes de contrôle aidera le personnel à exécuter les tâches critiques de manière cohérente et en toute sécurité. La surveillance numérique des paramètres critiques peut également améliorer la fiabilité.

Maintenance des systèmes de poudres métalliques atomisées

Un entretien régulier permet aux systèmes de manutention des poudres de fonctionner de manière fiable à long terme. Les principaux aspects du programme d'entretien sont les suivants

Inspections

• Vérifier périodiquement l'étanchéité des tuyaux et des joints.
• Inspecter les vis, les moteurs, les roulements et les courroies pour vérifier qu'ils ne sont pas endommagés.
• Vérifier le fonctionnement des jauges, des capteurs et des détecteurs.

Nettoyage

• Respecter le calendrier de nettoyage en profondeur des parties internes de l'équipement
• Éliminer l'accumulation de poudre pour éviter les problèmes d'écoulement
• Nettoyer les filtres pour maintenir la qualité de l'air et éviter les étincelles

Calibrage

• Étalonnage des débitmètres et des capteurs de pression selon le calendrier prévu
• Confirmer que les réglages du chargeur de poudre correspondent au taux
• Vérifier les cellules de charge sur les trémies pour s'assurer de la précision du niveau

Remplacement

• Remplacer les revêtements de trémie usés, les vis si nécessaire
• Remise en état ou remplacement des distributeurs et des vannes vétustes
• Garder des pièces de rechange pour les articles d'usure courante

Documentation

• Consigner tous les travaux d'entretien et de réparation effectués
• Suivi des heures/cycles de fonctionnement des équipements
• Mettre à jour les procédures si nécessaire

Une maintenance efficace permet aux systèmes de poudrage de fonctionner de manière sûre et productive.

Choix d'un fournisseur de poudre métallique atomisée

Le choix d'un fournisseur fiable de poudre métallique atomisée est essentiel pour les opérations de fabrication. Voici quelques éléments clés à prendre en compte lors de l'évaluation des fournisseurs :

Qualité des poudres

• Contrôle étroit de la distribution de la taille des particules
• Morphologie sphérique cohérente
• Faibles niveaux d'oxygène/d'azote
• Normes strictes de contrôle de la qualité

Expertise technique

• Une expérience adaptée à l'application
• Connaissance du processus d'atomisation
• Capacité à développer des alliages sur mesure

Capacité de production

• Capacité suffisante pour répondre à la demande
• Options de sauvegarde pour la continuité de l'approvisionnement
• Évolutivité pour faire face à la croissance

Essais et certification

• Tests analytiques complets
• Certificat d'analyse détaillé
• Qualification aux normes de l'industrie

Service clientèle

• Réactivité aux demandes de renseignements
• Conseils sur la meilleure adaptation du produit
• Flexibilité pour les commandes personnalisées

L'évaluation de facteurs autres que le seul prix permet de sélectionner le fournisseur le mieux placé pour offrir des performances et un partenariat à long terme.

Avantages et inconvénients des poudres métalliques atomisées

Pour

• Grande pureté et faible teneur en oxyde
• Distribution homogène de la taille des particules
• Bonne fluidité grâce à la forme sphérique
• Permet la fabrication de petites caractéristiques <100 μm
• Possibilité de former un filet pour minimiser les déchets
• Réduction de la consommation d'énergie et des émissions par rapport à la production de métal primaire
• Recyclable pour récupérer les alliages coûteux

Cons

• Production coûteuse en raison de la complexité de la transformation
• Tailles et volumes limités disponibles
• Nécessite des systèmes de manutention pour le confinement
• Les lits de poudre ont une conductivité thermique plus faible
• Les problèmes de sécurité tels que les explosions de poussières nécessitent des mesures d'atténuation
• Le post-traitement est souvent nécessaire pour obtenir les propriétés

Comprendre les avantages et les limites permet d'identifier les meilleures possibilités d'exploiter les poudres métalliques atomisées.

Perspectives d'avenir pour les poudres métalliques atomisées

Le marché des poudres métalliques atomisées devrait connaître une forte croissance, car les applications telles que la fabrication additive continuent de gagner en popularité.

Les principales tendances qui façonnent l'avenir sont les suivantes :

• Développement de nouveaux alliages spéciaux par atomisation
• Contrôle plus étroit de la taille des particules et distributions personnalisées
• Poudres multi-métaux avec gradients de composition
• Les systèmes et services de recyclage des poudres gagnent du terrain
• Augmentation de l'automatisation et de la surveillance des processus
• Consolidation accrue de l'industrie parmi les fournisseurs
• Baisse des prix à mesure que les volumes produits augmentent
• Expansion vers des applications émergentes telles que les applications biomédicales

Les progrès de la technologie d'atomisation permettront d'élargir l'utilisation des poudres métalliques, ce qui ouvrira la voie à de nouvelles géométries et à de nouvelles performances des matériaux.

FAQ

Q : Quelle est la différence entre les poudres métalliques atomisées et sphériques ?

R : Les poudres sphériques sont des particules dont la forme est proche de celle d'une sphère parfaite. Les poudres atomisées peuvent avoir une morphologie sphérique ou irrégulière en fonction de la méthode de production. Ainsi, toutes les poudres atomisées ne sont pas sphériques, mais les poudres sphériques sont produites par atomisation.

Q : Quelle est la différence entre les poudres atomisées pré-alliées et les poudres atomisées à base d'alliages maîtres ?

R : Les poudres pré-alliées sont produites à partir d'un alliage fondu, de sorte que la composition est uniforme dans chaque particule. Les poudres d'alliage maître contiennent des pourcentages élevés d'éléments d'alliage qui sont mélangés à des poudres de base pour obtenir la composition chimique finale.

Q : Quelles sont les mesures de sécurité à prendre lors de la manipulation de poudres métalliques atomisées ?

R : Les principales précautions à prendre lors de la manipulation de poudres atomisées sont les suivantes : port d'un EPI adéquat, réduction des poussières, mise à la terre appropriée, contrôle des sources d'inflammation, purge inerte et systèmes de prévention des explosions. Une formation appropriée du personnel est essentielle.

Q : Comment la taille des grains des poudres atomisées se compare-t-elle à celle des alliages conventionnels ?

R : En raison de la solidification rapide, les poudres atomisées ont des grains beaucoup plus fins que les alliages conventionnels, généralement quelques microns ou moins. Cela se traduit par des propriétés différentes.

Q : Quelle est la durée de conservation des poudres métalliques atomisées courantes ?

R : Si elles sont stockées correctement dans des récipients hermétiques et sous contrôle de l'humidité, la plupart des poudres atomisées ont une durée de vie de 12 à 24 mois avant qu'une oxydation significative ne se produise. Les poudres sensibles à l'humidité ont une durée de conservation plus courte, de 6 à 12 mois.

Q : Quelle est la taille typique des particules dans les poudres atomisées ?

R : Les poudres atomisées couvrent une large gamme de tailles allant de 1 micron à 1000 microns. Mais la fraction principale utilisée pour la fabrication est généralement de 10 à 150 microns pour obtenir de bonnes caractéristiques d'écoulement et d'emballage.

Q : Comment les poudres métalliques atomisées sont-elles recyclées ?

R : Les déchets et les poudres atomisés sont refondus sous atmosphère contrôlée pour éviter l'oxydation. L'alliage récupéré est ensuite réutilisé pour produire de nouvelles poudres. Certains procédés permettent une réutilisation directe des poudres.

Q : Quel est l'avantage des poudres atomisées sous gaz inerte par rapport aux poudres atomisées à l'air ?

R : L'atomisation sous gaz inerte utilisant de l'argon ou de l'azote permet de réduire la prise d'oxygène. Cela améliore la réactivité de la poudre et conduit à des performances plus élevées, ce qui la rend préférable pour les matériaux réactifs tels que les alliages de titane.

Q : Comment déterminer si une poudre est atomisée à l'air ou à l'eau ?

R : Les poudres atomisées à l'air ont une morphologie sphérique avec une surface lisse, tandis que les particules atomisées à l'eau ont une forme plus irrégulière et une texture de surface plus rugueuse. En outre, les poudres atomisées à l'eau ont tendance à avoir une teneur en oxygène plus élevée.

en savoir plus sur les procédés d'impression 3D