technologie de fabrication de poudre métallique

L'invention concerne un procédé et une méthode de préparation de poudre métallique par atomisation.

Technologies de base

Dans les années 1820, l'atomisation par air était utilisée pour fabriquer des poudres de métaux non ferreux. Dans les années 1950 et 1960, elle s'est largement répandue dans la production de poudres métalliques et d'alliages. À la fin des années 1970 et au début des années 1980, avec le développement de l'informatique et des technologies de contrôle modernes, l'atomisation a connu un essor considérable. Actuellement, le procédé conventionnel d'atomisation par gaz consiste à utiliser un gaz liquéfié, comme l'azote ou l'argon, qui, après chauffage et gazéification, est dirigé vers le métal liquide à l'aide d'un gaz à haute température et haute pression pour l'atomiser en particules. De nos jours, l'atomisation par gaz utilise de plus en plus de gaz inerte ou d'air comprimé. Ce procédé présente toutefois l'inconvénient d'augmenter les coûts et de rendre le transport dangereux.

L'invention vise à fournir un procédé de préparation de poudre métallique par atomisation, et à résoudre le problème du coût élevé de ce procédé. Pour ce faire, l'invention propose un procédé de préparation de poudre métallique par atomisation comprenant les étapes suivantes : un atomiseur liquide est préchauffé et vaporisé pour obtenir un atomiseur gazeux. Cet atomiseur est liquide à une température comprise entre 10 °C et 30 °C. La poudre métallique est ensuite obtenue en faisant passer l'atomiseur gazeux dans le plateau d'atomisation et en procédant à l'atomisation du liquide métallique. La substance atomisée a un point d'ébullition compris entre 50 °C et 200 °C. Le nébuliseur est constitué d'éthanol ou d'un mélange d'éthanol et d'eau. L'atomiseur est constitué d'eau. Avant d'être pressurisé, chauffé et gazéifié, l'atomiseur comprend les étapes suivantes : distillation et élimination de l'oxygène, stérilisation et déminéralisation de l'eau brute, afin d'obtenir de l'eau purifiée. L'eau brute désigne toute eau du robinet, eau de mer ou eau distillée. L'atomisation gazeuse du liquide métallique comprend les étapes suivantes : à une pression d'au moins 1,1 MPa et à une température au moins égale au point d'ébullition de l'atomiseur, le liquide métallique est atomisé par l'atomiseur à vapeur.

Après atomisation du liquide métallique et obtention de la poudre métallique, le procédé de réduction de cette dernière comprend les étapes suivantes. Après atomisation du liquide métallique, le gaz d'atomisation évacué du plateau de pulvérisation est récupéré. La présente invention propose un procédé de préparation de poudres métalliques par atomisation d'une substance liquide à une température comprise entre 10 °C et 30 °C, les aérosols se présentant alors à l'état liquide. Contrairement aux gaz inertes et à l'azote, gazeux à température et pression ambiantes, l'invention ne nécessite pas de liquéfaction du matériau atomisé, réduisant ainsi le coût d'obtention du matériau liquide atomisé. À température et pression ambiantes, l'atomiseur étant liquide, le transport sous haute pression est inutile, ce qui réduit les coûts et les risques liés au transport de l'atomiseur. En résumé, le procédé de préparation de poudre métallique par atomisation selon l'invention permet de réduire considérablement le coût du matériau atomisé, et par conséquent le coût de production de la poudre métallique. Pour mieux comprendre le schéma technique de l'invention ou de l'état de la technique, une brève description des dessins nécessaires à la description de l'invention ou de l'état de la technique est donnée ci-dessous. Les dessins joints décrits ci-dessous ne représentent que quelques exemples de l'invention ; d'autres dessins joints peuvent être obtenus sans effort créatif par des techniciens qualifiés dans ce domaine. Fig.

La figure 1 montre le diagramme de flux de la méthode de préparation de poudre métallique par atomisation, et la figure 2 montre le diagramme de structure locale d'une tour d'atomisation.

Afin de faciliter la compréhension de l'invention par les techniciens, celle-ci est détaillée ci-après à l'aide des figures et d'un exemple de réalisation. Il est entendu que les exemples décrits ne constituent qu'une partie des modes de réalisation possibles de l'invention. Toutefois, tout autre mode de réalisation obtenu par un technicien compétent, sans intervention créative, relève du champ d'application de l'invention. La figure 1 illustre le diagramme de flux d'un procédé de préparation d'une poudre métallique par atomisation, selon un mode de réalisation de l'invention. Ce procédé peut comprendre les étapes suivantes : Étape S1 : pré-vaporisation sous pression d'un atomiseur liquide afin d'obtenir un atomiseur gazeux. Dans ce cas, le nébuliseur désigne une substance liquide à température et pression ambiantes, plus précisément une substance liquide à une température comprise entre 10 °C et 30 °C. Étape S2 : introduction de l'atomiseur gazeux dans le plateau de pulvérisation, et atomisation du liquide métallique pour obtenir la poudre métallique.

Il convient de noter que, l'atomiseur étant utilisé pour atomiser un métal liquide, son état gazeux doit être maintenu lors de son introduction dans le bac de pulvérisation. De plus, lors de l'atomisation du métal liquide, celui-ci est pulvérisé à haute pression, un procédé similaire à l'atomisation conventionnelle pour la préparation de poudre métallique. La figure 2 présente un schéma de la structure locale d'un bac de pulvérisation d'atomisation selon l'invention. Lors de l'atomisation du métal, le métal liquide 2 s'écoule vers le bas depuis le haut de la plaque de pulvérisation 1. Simultanément, le gaz d'atomisation est pulvérisé par le canal d'injection 3 de part et d'autre du métal liquide 2, créant un impact sur ce dernier et produisant ainsi une poudre métallique. La plupart des gaz d'atomisation actuellement utilisés sont de l'azote ou d'autres gaz inertes. Cependant, pour le transport industriel, ce gaz doit souvent être refroidi puis comprimé à l'état liquide, notamment pour les transports à basse température et haute pression. Premièrement, la liquéfaction de l'azote liquide ou d'un gaz inerte liquide, gazeux à température et pression ambiantes, est relativement coûteuse. De plus, le maintien de l'azote liquide à l'état liquide pendant le transport engendre des frais supplémentaires, ce qui augmente le coût de l'atomiseur et, par conséquent, celui de la poudre métallique. La présente invention utilise directement comme atomiseur une substance liquide à température et pression ambiantes, plus facile à obtenir et ne nécessitant aucune liquéfaction. L'invention permet ainsi de réduire le coût d'acquisition de l'atomiseur et d'éviter le transport sous haute pression et basse température. Par conséquent, l'atomiseur utilisé dans l'invention permet de réduire considérablement son coût d'acquisition, et donc celui de la préparation de poudre métallique par atomisation.

Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, l'atomiseur peut être constitué, entre autres, d'eau, d'éthanol ou d'un mélange d'eau et d'éthanol. L'atomisation de poudre métallique lors de la préparation nécessite une vaporisation finale. Afin de réduire le coût de vaporisation des aérosols liquides en aérosols gazeux, des substances à point d'ébullition relativement bas peuvent être utilisées. Bien entendu, ce point d'ébullition ne doit pas être trop bas, au risque d'accroître la volatilité. Ainsi, dans un autre mode de réalisation particulier de l'invention, le matériau atomisé peut inclure une substance dont le point d'ébullition se situe entre 50 °C et 200 °C. L'utilisation d'un nébuliseur à point d'ébullition plus élevé n'est pas exclue, mais le mode de réalisation préféré, avec un point d'ébullition compris entre 50 °C et 200 °C, permet de réduire le coût de vaporisation du liquide atomisé. Dans un autre mode de réalisation particulier de l'invention, l'atomiseur peut être constitué d'eau. Il convient de noter que le prix de l'eau est relativement bas par rapport à celui d'autres substances. Le coût de l'atomiseur peut ainsi être considérablement réduit. De plus, l'eau utilisée comme atomiseur dans cette configuration peut être une eau facilement disponible, telle que l'eau de mer, l'eau du robinet ou l'eau distillée. Par ailleurs, afin d'éviter les impuretés, l'eau peut également contenir :

L'eau brute est purifiée par distillation, stérilisation et déminéralisation afin d'obtenir de l'eau liquide purifiée. Cette eau est utilisée comme atomiseur pour la préparation de poudre métallique par atomisation manuelle après gazéification, ce qui permet d'empêcher efficacement l'oxydation du métal par les impuretés présentes dans l'eau, l'oxygène, etc. De plus, afin d'éviter l'oxydation partielle inévitable de la poudre métallique obtenue lors de la préparation, un traitement supplémentaire peut être appliqué à la poudre métallique après son obtention, par une réaction de réduction. En particulier, la poudre métallique peut également être mélangée à un gaz réducteur pour produire une réaction de réduction dans certaines conditions réactionnelles, et ainsi obtenir une poudre métallique plus pure. Selon un mode de réalisation quelconque, l'invention peut également inclure, à une pression d'au moins 1,1 MPa et à une température supérieure ou égale au point d'ébullition de l'atomiseur, l'atomisation du métal liquide par un atomiseur à vapeur. Plus précisément, lors de la vaporisation d'un métal liquide par un atomiseur à gaz, il est garanti que l'atomiseur ne se liquéfie pas. Par conséquent, l'atomisation du métal doit être réalisée dans un environnement à haute température et haute pression. L'atomisation peut notamment être réalisée à une pression supérieure à 1,1 MPa et à une température supérieure au point d'ébullition de l'atomiseur. Il convient de noter qu'une pression d'au moins 1,1 MPa peut être appliquée lorsque l'atomiseur est constitué d'eau, tandis qu'une pression de 0,6 MPa ou 0,7 MPa peut également être appliquée pour des substances telles que l'éthanol.

Selon un autre mode de réalisation particulier de l'invention, celle-ci peut en outre inclure, après atomisation d'un liquide métallique par un gaz à haute pression pour obtenir une poudre métallique, la récupération des aérosols gazeux évacués du plateau de pulvérisation. L'atomiseur étant liquide à température et pression ambiantes, la chute de température et de pression lors de son évacuation de l'atomiseur à haute température et haute pression entraîne sa liquéfaction. Ce procédé est plus facile à recycler que les substances gazeuses, ce qui permet de réaliser des économies supplémentaires. Les modes de réalisation décrits dans la présente description sont présentés de manière progressive. Chaque mode de réalisation met en évidence ses différences par rapport aux précédents. Les éléments identiques ou similaires d'un mode de réalisation sont référencés les uns aux autres. La description d'un dispositif illustré par un mode de réalisation est simplifiée car elle correspond à la méthode décrite dans la section « Méthodes ». La méthode de préparation de poudre métallique par atomisation selon l'invention est présentée en détail. Dans cet article, le principe et la mise en œuvre de l'invention sont décrits à l'aide d'exemples spécifiques, qui servent uniquement à faciliter la compréhension de la méthode et de son idée fondamentale. Il convient de souligner que l'invention peut être améliorée et modifiée sans être dissociée du principe de l'invention ; pour le personnel technique ordinaire du domaine, ces améliorations et modifications relèvent également du champ d'application de la protection des revendications de l'invention.