Brevet FR2244589A1 — publié le 19750418

L'invention concerne la métallurgie des poudres, et notamment les procédés de fabrication des poudres métalliques par pulvérisation de métaux en fusion et les pulvérisateurs de métaux en fusion. Actuellement, la fabrication des poudres métalliques par pulvérisation de métaux en fusion a reçu le plus d'extension. Le procédé de fabrication des poudres métalliques par pulvérisation consiste en ce qu'un jet ou un faisceau de jets de métal en fusion est pulvérisé en particules très fines par Res veines de fluide (gaz ou eau) débités sous pression. Dans ce qui suit, ce fluide sera appelé "porteur d'énergie". Toutes les variantes actuellement connues du procédé de fabrication de poudres métalliques par pulvérisation -prévoient le débit du-métal en fusion par jets à section ronde. Le fluide porteur d'énergie est débité aussi bien par jets à section ronde que par jets plats. Les jets à section ronde de métal en fusion et de fluide porteur d'énergie peuvent etre soit isolés, soit en groupes. Il existe une série de pulvérisateurs de métaux en fusion. On connaît bien des pulvérisateurs se présentant sous la forme d'un système de tuyères coaxiales, dont l'une, la tuyère intérieure, a un orifice de sortie rond, et la seconde, la tuyère extérieure, constitue une fente de sortie circulaire, concentrique avec 1'orifice de la tuyère intérieure. La tuyère intérieure à orifice de sortie rond sert à débiter le métal en fusion sous la forme d'un jet unique à section ronde. la seconde tuyère, constituant la fente de sortie circulaire, débite la veine de fluide porteur d'énergie sous la forme de jets disposé suivant une circonférence coneentrique avec le jet de métal en fusion (par exemple, le pulvérisateur faisant l'objet des brevets des U.S.A. NO 2 968 062 et 3 430 289, dans la classe 18-2.5 > . On connaît aussi des pulvérisateurs ayant un canal cylindrique central débitant le métal en fusion et des tuy'eres débitant le fluide porteur d'énergie, disposées autour de l'orifice de sortie du canal débitant le métal en fusion, avec inclinaison vers ce canal (par exemple le pulvérisateur faisant l'objet du brevet des U.S.A. NO 2 956 304, dans la classe 18-D,5). Ces pulvérisateurs débitent aussi le métal en fusion sous la forme d'un seul jet à section ronde, et le fluide porteur d'énergie, sous la forme d'une série de jets à section ronde disposés autour du jet de matal en fusion. On connaît aussi des pulvérisateurs de métaux en fusion constitues par deux tuyères, qui sont en fait parallèles et débitent le fluide porteur d'énergie, et par une rangée de canaux verticaux débitant le métal liquide, disposés entre les tuyères parallèles indiquées, chaque tuyère ayant une rangée d'orifices de sortie réalisés suivant leur longueur. De tels pulvérisateurs débitent le métal en fusion et le fluide porteur d'énergie sous la forme de jets à section ronde (par exemple, le pulvérisateur -faisant l'objet du brevet des U.S.A. N0 3 009 205, dans la classe 264et2). En outre, on connaît des pulvérisateurs ayant une rangée de canaux verticaux débitant le métal liquide, disposés entre deux tuyères à orifice de sortie du type fente, débitant le fluide porteur d'énergie sous la forme-de jets plats (par exemple, brevet des U.S.A. NO 3 309 733 dans raclasse 8-2.5). L'inconvénient commun et principal du procédé et des pulvérisateurs venant d'etre décrits consiste en ce que le métal en fusion est débité sous la forme d'un jet à section ronde. Il est évident que le-rendement d'un tel procédé et de tels pulvérisateurs est fonction du diamètre du jet de métal en fusion : plus ce diamètre est grand, plus le rendement est élevé. En même temps, l'augmentation du diamètre du jet altère la composition granulométrique de la poudre. Afin d'assurer la fabrication d'une poudre ayant un pourcentage suffisamment élevé de fraction fine, il s'avère nécessaire d'abaisser notablement le diamètre du jet de métal en fusion.Ceci, d'une part, diminue le rendement du processus par suite de la diminution du débit de métal en fusion et, d'autre part, provoque la solidification du métal dans les orifices de sortie des tuyères, la solidification étant d'autant plus probable que le diamètre du jet est petit. Une telle solidification rend le processus de pulvérisation instable. Le but de l'invention est de supprimer les inconvénients indiqués du procédé connu de fabrication d'une poudre métallique par pulvérisation et des pulvérisateurs connus de métaux. Il s'agissait donc de créer un procédé perfectionné de fabrication d'une poudre métallique, en donnant une forme optimale au jet de métal en fusion allant à la pulvérisation, ainsi que de créer un pulvérisateur qui permettrait d'obtenir des jets de métal en fusion de forme voulue. La solution consiste en ce que, dans le procédé de fabrication d'une poudre métallique consistant à pulvériser une veine de métal en fusion par des veines de fluide porteur d'énergie, d'après l'invention la veine de métal en fusion est débitée sous la forme d'un jet ayant, en section transversale, une forme allongée. -Xela permet d'abaisser notablement la stabilité du jet de métal en fusion, et, par cela-même, d'accroître l'efficacité la la pulve'risation. le plus, il devient tériquement possible d'augmenter sans limite la largeur du jet et d'aceroître ainsi le-rendement du processus. D'une manière concrète, le jet de métal en fusion peut etre plat. Pour les formes indiquées du jet de métal, il est avantageux que la largeur de la veine de fluide porteur d'énergie soit plus grande que la largeur du jet de métal en fusion. Conformément au procédé, le pulvérisateur comporte deux tuyères débitant le fluide porteur d'énergie, disposées de part et d'autre d'au moins un canal débitant le métal en fusion, les orifices de sortie des tuyères et du canal ayant la forme de fentes droites disposées parallèlement les unes aux autres. Il est avantageux que les fentes de sortie des tuyères débitant le fluide porteur d'énergie aient une longueur plus -grande que celle de la fente de sortie du canal débitant le métal en fusion. Plus bas on donne une descriDtion détaillée de l'invention dans une forme de réalisation concrète mais non limitative, avec références aux dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 représente un dispositif pour la fabrication d'une poudre métallique par pulvérisation, dans lequel le pulvérisateur de métal est réalisé conformément à Invention (vue en coupe verticale) - la figure 2 représente une vue selon la flèche l'A" de la figure 1 (la capacité recevant la poudre n1 est pas représentée par convention). le dispositif comprend une cuvette 1 (-figure t) pour le métal en fusion, un pulvérisateur 2 (figures t et 2) et une capacité 3 (figure 1) dans laquelle est pulvérisé. le métal en fusion et collectée la poudre La capacité 3 fait office de support du dispositif. Le pulvérisateur 2 se compose d'une busette centrale 4 avec un canal 5 en forme de fente et de deux tuyères 6 (figures 1 et 2) dont les orifices de sortie sont aussi en forme de fentea. La busette 4 est emmanchée à force- dans la cuvette 1. Les tuyères 6 s'appuient sur les parois de la capacité-3 et sont assemblées à ceux-ci par des boulons (non représentés sur le dessin). le canal 5 sert à débiter le jet de métal en fusion. les tuyères 6 servent à débiter le fluide porteur d'énergie Dans la variante considérée de réalisation du dispositif, on utilise des tu.yères supersoniques Laval, prévues pour des gaz. Quoique dans l'exemple concret considéré on utilise un gaz, l'emploi de l'eau en tant que fluide porteur d'énergie n'est pas exclu. Il faut pour cela changer en conséquence les earactéristiques de la tuyère. Dans la description, on ne donne pas la description détaillée de la tuyère à eau, car son principe de réalisation est bien connu et sa conoeption, ainsi que son utilisation, ne posent aucune difficulté. Les orifices de sortie du canal 5 et des tuyères 6 sont des fentes plates, parallèles entre elles ; il est recommandé de réaliser les fentes de sortie 8 des tuyères 6 plus longues que la fente de sortie 9 du canal 5. Il est avantageux que la longueur "11" de la fente 8 soit au'moins égale à 1,2 fois la longueur "lz't de la fente 9 du canal 5. le réglage de la largeur "a" des fentes 8 des tuyères 6 s'effectue en changeant les ajutages 11a fixés aux tuyères 6 par des vis 72. Le changement de la largeur 'lob" de la fente de sortie 9 du canal 5 peut être obtenu en remplaçant la busette 4 par une autre, ayant un canal de section voulue. Pratiquement, cela s'effectue en chassant la busette à changer et en engageant à force la nouvelle busette. La largeur du jet de métal en fusion est déterminée par le débit requis ; plus le débit requis est grand, plus la largeur du jet doit être grande. Pratiquement, la largeur du jet de métal liquide n'est limitée que par les possibilités constructives. L'épaisseur du jet de métal liquide est choisie selon les propriétés physico-chimiques du métal à pulvériser (plus le point de fusion est élevé, la capacité calorifique basse et la conductivité thermique élevée, plus ltépaisseur du jet peut être grande), ainsi que selon la finesse de la poudre à obtenir (plus la poudre à obtenir doit être fine, plus le jet doit être mince). le fluide porteur d'énergie est amené aux tuyères 6 par des conduites 10 et des tubulures 11. Bes conduites 10 sont raccordées à des sources à haute pression (non représentées sur le dessin ). La fabrication de la poudre se déroule de la façon suivante. Le métal en fusion versé dans la cuvette 1 coule par gravité dans le canal 5 et sort sous la forme d'un jet plat, dont la largeur et l'épaisseur sont respectivement déterminées par la longueur "12" et la largeur "b" de la fente o. le jet arrive dans la zone de pulvérisation, limitée par les parois de la capacité 3, ou il est pulvérisé par le fluide porteur d'énergie issu des fentes 8 des tuyères 6. Grace au fait que, comme on le sait, les parties de sortie des tuyères 6 sont orientées sous un angle vers le canal 5, les veines de fluide porteur d'énergie se croisent en rencontrant le jet de métal en fusion. la valeur de l'angle d'orientation des veines de fluide est choisie dans une plage connue et n'est pas essentielle pour le procédé décrit. Comme on le sait, cet anle se situe d'ordinaire entre 5 et 75 . Grâce, principalement, à la forme plate du jet de métal en fusion, dans la capacité 3, sous l'action des jets plats de fluide porteurs d'énergie issu de part et d'autre du jet de métal en fusion et se croisant, le métal en fusion est intensivement pulvérisé. L'accroissement de l'intensité et ie l'uniformité de la pulvérisation est aussi favorisé par le fait que la largeur des jets de fluide porteur d'énergie est plus grande que celle du jet de metal en fusion. les particules de métal pulvérisé, en se déposant dans la capacité 3, se refroidissent. La capacité 3 sert aussi de réceptacle pour la poudre fabriquée. Dans la variante décrite du procédé et du pulvérisateur, le fluide porteur d'énergie est débité en jets plats. Cela crée des conditions pour leur interaction plus régulière avec le jet de métal en fusion. Cependant, on peut utiliser des jets à section ronde isolés ou en rangée, ainsi que des jets d'autres formes connues. les expériences ont montré que la qualité de la poudre n'en est pas altérée. Le procédé décrit ci-dessus pour la fabrication d'une poudre métallique est caractérisé par sa grande efficacité et son grand rendement : 85 %, au minimum, de particules de 100 microns, et Jusqu'à 90 % de particules de 160 microns. les auteurs de l'invention ont exécuté des essais de pulvérisation de divers métaux en fusion : étain, bronze, zinc. les conditions et les résultats des pulvérisations sont donnés dans le tableau ci-dessous. Section du Pression % de fraction, microns Métal jet de métal effective ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ en fusion, atm. > 100 mm x mm > 70 > 50 Etain 2 x 15 4 5,3 10,4 27,6 56,7 étain 3 x 10 4 15 18,6 2-0,8 40,6 Bronze 3 x 15 8 5,8 10,7 20,4 64,1 Bronze 4,5 x 10 8 12,5 20 30,9 38,8 Zinc 3 x 10 4 14,9 23,4 38,7 23 Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui ntont étédonnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituants des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutees suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. R7VEn ATIONS 1. Procédé de fabrication d'une poudre métallique, du type consistant à pulvériser une veine des métal en fusion a l'aide d'au moins une veines de fluide porteur d'énergie, caractérisé en ce que la veine de métal en fusion est débitée sous forme d'un jet ayant,-en section transversale, une forme allongée. 2. Procédé selon la'revendication 1, caractérisé en ce que le jet de métal en fusion est plat. 3. Procédé selon l'une des revendications i et 2, caractérisé en ce que la largeur de la veine de fluide porteur d'énergie est plus grande que celle du jet de mtal en fusion. 4. Pulvérisateur pour la mise en oeuvre du procédé faisant l'objet de l'une des revendications t et 2, caractérisé en ce qu'il comporte deux tuyères débitant le fluide porteur d'énergie et disposées de part et d'autre d'un canal débitant le métal en fusion, les orifices de sortie des tuyères et du canal étant en forme de fentes droites disposées parallèlement les unes aux autres. 5. Pulvérisateur selon la revendication 4, pour la mise en oeuvre du procédé faisant l'objet de la revendication 3, caractérisé en ce que les fentes de sortie des tuyères débitant. le fluide porteur d'énergie ont une longueur plus grande que celle de la fente de sortie du canal débitant le métal en fusion. 6. Poudres métalliques, caractérisées en ce qu'elles sont obtenues par le procédé faisant l'objet de l'une des revendications t à 3.