Comment fabriquer de la poudre d'acier inoxydable

Dans le domaine industriel, la technologie de base de la production de poudre d'acier inoxydable n'a qu'un seul mot clé : l'atomisation.

En termes simples, l'acier en fusion est pulvérisé, en utilisant un gaz à haute pression (atomisation au gaz, utilisée pour produire une poudre sphérique) ou de l'eau à haute pression (atomisation à l'eau, utilisée pour produire une poudre irrégulière) comme support, le flux de métal est broyé en fines gouttelettes, puis refroidi et solidifié sous forme de poudre. Bien entendu, il existe également des procédés plus spécifiques tels que l'électrode rotative à plasma (PREP), qui sont spécifiquement utilisés pour produire des poudres sphériques ultra-pures. Lorsque nous concevons ces procédés, l'objectif est très clair : fournir des matières premières pour l'impression 3D (fabrication additive) ou les procédés de frittage.

Principales méthodes d'atomisation industrielle

Pour bien comprendre comment fabriquer de la poudre d'acier inoxydable, il faut faire la distinction entre les différentes technologies d'atomisation. Le choix du processus détermine directement la morphologie et la pureté de la poudre, ce qui détermine si elle est finalement adaptée à la fabrication additive ou au frittage traditionnel.

Atomisation des gaz

Il s'agit de la méthode la plus courante pour produire de la poudre de haute qualité, et c'est également le processus avec lequel j'ai le plus de contacts quotidiens.

Processus : Les matières premières en acier inoxydable sont d'abord fondues dans un four à induction. Lorsque le métal en fusion s'écoule à travers la buse spéciale, il rencontre un flux de gaz inerte (généralement de l'azote ou de l'argon) à grande vitesse. L'énergie cinétique du gaz frappe le flux de métal, le déchiquetant en fines gouttelettes.

Point clé : Pourquoi est-ce si important ? Les gouttelettes étant refroidies dans une atmosphère inerte, elles ont le temps de se rétracter pour prendre une forme sphérique parfaite avant de se solidifier. De plus, la protection du gaz inerte empêche efficacement l'oxydation, ce qui est essentiel pour contrôler la faible teneur en oxygène.

Application : La poudre sphérique a une excellente fluidité, ce qui en fait la norme industrielle pour la fabrication additive (AM) et le moulage par injection de métal (MIM).

Atomisation de l'eau

La logique de l'atomisation de l'eau est similaire à celle de l'atomisation du gaz, mais le changement de milieu conduit à des résultats très différents.

Procédé : Nous utilisons un pistolet à eau à haute pression plutôt que du gaz pour bombarder la coulée d'acier inoxydable. La capacité calorifique spécifique de l'eau est bien supérieure à celle du gaz, ce qui fait que la gouttelette en fusion "s'éteint" instantanément dès qu'elle entre en contact avec l'eau.

Résultat : ce refroidissement extrême fait qu'il est trop tard pour que les gouttelettes se rétrécissent en boules et finissent par former des particules de forme irrégulière. Bien que le contact avec l'eau puisse entraîner une teneur en oxygène légèrement plus élevée, l'efficacité de production de cette méthode est très élevée et convient aux volumes de marche.

Application : La poudre irrégulière possède de bonnes propriétés d'imbrication lorsqu'elle est pressée, ce qui en fait le premier choix dans les processus traditionnels de "pressage-frittage" qui sont sensibles au coût.

Méthode des électrodes rotatives à plasma (PREP)

Si le client a des exigences extrêmes en matière de propreté, l'atomisation ordinaire ne suffit pas. À ce moment-là, tout dépend de PREP.

Le procédé : Contrairement à l'acier fondu atomisé standard, PREP utilise des tiges d'acier inoxydable solides comme électrodes. Le pistolet à plasma fait fondre l'extrémité de la barre rotative et, lorsque la barre tourne à grande vitesse, la force centrifuge projette les gouttelettes fondues sur la surface.

Résultats : Pendant toute la durée du processus, le métal n'est pas entré en contact avec le creuset en céramique ni avec la buse de guidage, ce qui élimine totalement le risque d'inclusions dans la céramique. Le résultat est une poudre ultra-pure et hautement sphérique.

Application : Cette poudre haut de gamme est généralement réservée aux composants critiques de haute performance qui ne doivent absolument pas subir de défaillance matérielle.

Processus de travail étape par étape

Qu'il s'agisse de gaz ou d'eau, la logique sous-jacente de la production industrielle de poudre d'acier inoxydable est la même. Des matières premières de l'alliage aux produits finis, la séquence suivante doit être strictement respectée :

Étape 1 : Fusion

Tout commence dans un four, généralement un four à induction. L'alliage d'acier inoxydable est chauffé jusqu'à l'état fondu. Le contrôle de la température est extrêmement important, car il affecte directement la stabilité du flux de métal ultérieur lors de l'étape d'atomisation.

Étape 2 : Atomisation

Il s'agit de la phase de transformation du noyau. Le flux de métal est versé dans la chambre d'atomisation et rencontre le fluide d'atomisation. S'il s'agit d'un gaz à haute pression, le fluide est brisé en boules ; s'il s'agit d'un flux d'eau à haute vitesse, le fluide est brisé en formes irrégulières.

Étape 3 : Solidification

Le flux de métal doit se solidifier après s'être divisé en gouttelettes. Dans le cas de l'aérosolisation, les gouttelettes sont solidifiées lorsqu'elles tombent dans une énorme tour d'atomisation ; dans le cas de l'atomisation de l'eau, le refroidissement se fait presque instantanément au contact de l'eau.

Étape 4 : Collecte et post-traitement

La dernière étape consiste à récolter la poudre.

Déshydratation et séchage : Pour les poudres atomisées à l'eau, cette étape doit être rapide pour éliminer l'humidité et éviter la rouille.

Tamisage : La poudre est passée à travers un tamis et classée selon la taille des particules. Si cette étape n'est pas bien réalisée, elle aura une incidence directe sur la conformité du produit aux spécifications spécifiques de l'impression 3D ou du frittage.

Auteur： David Chen

Je suis ingénieur principal en matériaux, spécialisé dans la métallurgie des poudres. En mettant l'accent sur l'atomisation industrielle, je partage mes connaissances sur les sujets suivants comment fabriquer de la poudre d'acier inoxydable utilisant les technologies du gaz, de l'eau et PREP pour garantir une grande pureté pour les applications de fabrication additive.