procédé de broyage par atomisation de poudre métallique

Procédé de préparation de poudre par atomisation de liquides métalliques ou d'alliages en fines gouttelettes à l'aide d'un fluide en mouvement rapide (milieu d'atomisation), suivie de leur condensation en poudre solide. L'atomisation est la méthode optimale pour produire des poudres parfaitement alliées, dites pré-alliées. Chaque particule de poudre présente une composition chimique uniforme, identique à celle de l'alliage fondu, et bénéficie d'une structure cristalline affinée grâce à une solidification rapide, éliminant ainsi la macroségrégation de la seconde phase.

La méthode d'atomisation se divise en deux catégories : la méthode à double flux (broyage de l'alliage liquide par un flux de milieu d'atomisation) et la méthode à flux unique (broyage de l'alliage liquide par d'autres moyens). La première utilise des milieux d'atomisation gazeux (hélium, brouillard, azote, air) ou liquides (eau, huile), tandis que la seconde comprend des procédés tels que l'atomisation centrifuge et l'atomisation sous vide par gaz dissous.

Les méthodes les plus couramment utilisées sont l'atomisation par gaz et l'atomisation par eau. Lors de l'atomisation, le métal brut est fondu dans un four électrique ou à induction pour obtenir un alliage liquide qualifié (surchauffé de 100 à 150 °C), puis injecté dans un répartiteur situé au-dessus de la buse d'atomisation. L'alliage liquide s'écoule par l'orifice inférieur du répartiteur et est atomisé en fines gouttelettes au contact d'un flux d'air ou d'eau à grande vitesse traversant la buse. En général, les particules de poudre atomisées par gaz inerte sont de forme sphérique, présentent une très faible teneur en oxygène (inférieure à 100 × 10⁻⁶) et peuvent être directement transformées en produits densifiés par des techniques de thermoformage telles que le pressage isostatique à chaud. La plupart des particules de poudre atomisées par eau ont une forme irrégulière, une teneur en oxygène élevée (supérieure à 600 × 10⁻⁶) et nécessitent un recuit. Cependant, elles présentent une bonne compressibilité et peuvent être formées par pressage à froid puis frittées pour obtenir des pièces mécaniques.

La méthode d'atomisation susmentionnée est facilement industrialisable à grande échelle, mais le contact entre l'alliage liquide, le laitier et le creuset réfractaire entraîne inévitablement l'introduction d'inclusions non métalliques dans la poudre obtenue. C'est pourquoi, selon le principe de l'ESR (chauffage sous laitier électrochimique), la société suédoise Soderfors Powder Company a transformé son répartiteur de 7 tonnes en un dispositif ESR. La teneur en inclusions non métalliques de la poudre d'acier rapide obtenue par atomisation à l'azote a ainsi été réduite à un dixième de sa valeur initiale, et la résistance à la flexion de cet acier a été augmentée de 3 500 MPa à plus de 4 000 MPa.

Pour éviter toute contamination par les oxydes, il est recommandé d'adopter une méthode d'atomisation « à flux unique », par exemple la méthode d'atomisation par électrode rotative (voir la méthode d'électrode rotative). Il existe également une méthode d'atomisation par solution sous vide permettant de produire une poudre sphérique de haute pureté. Le principe est le suivant : lorsqu'un alliage liquide sursaturé en gaz sous pression est soudainement exposé au vide, le gaz dissous s'échappe et se dilate, provoquant l'atomisation de l'alliage liquide, qui se condense ensuite en poudre. Pour les alliages à matrice de nickel, de cuivre, de cobalt, de fer et d'aluminium, la méthode de dissolution d'hydrogène peut être utilisée pour obtenir une poudre par atomisation de gaz dissous sous vide.