Brevet FR3123816A1 — publié le 20221216

L’invention concerne un procédé pour le recyclage de poudres de métal ou d’alliages métalliques comprenant une étape d’enfournement de poudres de métal ou d’alliages métalliques dans un four (33) de fusion, une étape de fusion des poudres de métal ou d’alliages métalliques dans une chambre (31) de fusion du four (33) de fusion, et une étape de coulée d’un lingot (23) de métal ou d’alliages métalliques. Selon l’invention, les poudres de métal ou d’alliages métalliques sont enfermées dans un contenant (11) avant l’étape d’enfournement, ledit contenant (11) étant en métal pur constituant la poudre de métal ou en alliage constitué par l’élément majoritaire et un ou plusieurs éléments d’addition de ladite poudre quand la poudre est un alliage métallique. Figure pour l'abrégé : Figure 1 PROCEDE POUR LE RECYCLAGE DE POUDRES DE METAL OU D’ALLIAGES METALLIQUES ET INSTALLATION ASSOCIEE Domaine technique de l'invention La présente invention concerne un procédé pour le recyclage de poudres de métal ou d’alliages métalliques, ainsi qu’une installation pour la mise en œuvre d’un tel procédé. Arrière-plan technique Les poudres en alliages métalliques, tels que les alliages de titane ou de nickel sont très utilisées pour la métallurgie des poudres (frittage, projection, …) et la fabrication additive en plein développement, notamment dans le domaine de l’aéronautique. Différentes technologies de fabrication des poudres existent. Elles conduisent cependant à générer des poudres dont la taille et/ou la morphologie se révèlent être incompatibles avec le besoin du marché. Par exemple, la majorité du besoin aujourd’hui se situe sur des poudres de granulométrie comprise entre 14 et 45 µm pour les technologies par frittage ou entre 45 et 105 µm pour les technologies par projection. Or la proportion de poudres dont la granulométrie est supérieure à 105 µm est non négligeable et peut représenter jusqu’à 25% de la poudre produite. Ces poudres non directement utilisables en métallurgie des poudres et/ou en fabrication additive sont généralement détruites, par exemple par incinération et difficilement recyclables. En effet, les métaux, tels que le titane, le nickel et leurs alliages, sous forme de poudre sont volatiles et réactifs et les voies classiques du recyclage comme la refusion à l’arc sous vide (VAR pour Vacuum Arc Remelting ) ou sous gaz avec la fusion par arc à plasma (PAM pour Plasma Arc Melting ) ne sont pas adaptées. D’autres voies de recyclage plus adaptées aux poudres métalliques existent mais elles ne sont pas viables économiquement. On peut par exemple, citer la Compression Isostatique à Chaud (CIC ou HIP pour Hot Isostatic Pressing ) qui nécessite un conteneur consommable et des cycles de compaction de plusieurs heures à haute pression. Il existe donc un besoin pour un procédé adapté au recyclage des poudres de métal ou d’alliages métalliques qui soit simple et économique à mettre en œuvre. L’invention propose ainsi un procédé pour le recyclage de poudres de métal ou d’alliages métalliques comprenant : une étape d’enfournement de poudres de métal ou d’alliages métalliques dans un four de fusion, une étape de fusion des poudres de métal ou d’alliages métalliques dans une chambre de fusion du four de fusion, et une étape de coulée d’un lingot de métal ou d’alliages métalliques. Selon l’invention, les poudres de métal ou d’alliages métalliques sont enfermées dans un contenant avant l’étape d’enfournement, ledit contenant étant en métal pur constituant la poudre de métal ou en alliage constitué par l’élément majoritaire et un ou plusieurs éléments d’addition de ladite poudre quand la poudre est un alliage métallique. On entend par « poudres de métal ou d’alliages métalliques » une substance solide à base de métal sous forme de très petites particules. On entend par « enfermées », placées dans un environnement, un lieu fermé, clos d’où les poudres de métal ou d’alliages métalliques ne peuvent pas sortir, mais non nécessairement hermétiquement clos. Ainsi dans ce procédé selon l’invention, les poudres de métal ou d’alliages métalliques très volatiles sont placées dans un environnement fermé de manière à éviter que celles-ci ne se dispersent lors de l’étape de fusion, en particulier en cas d’effet de souffle, c’est-à-dire avant que les poudres de métal ou d’alliages métalliques passent sous forme liquide et soient moins volatiles. Par ailleurs, on évite la réactivité des poudres de métal ou d’alliages métalliques avec le contenant en utilisant un contenant en métal pur constituant la poudre de métal ou en alliage constitué par l’élément majoritaire et un ou plusieurs éléments d’addition de ladite poudre quand la poudre est un alliage métallique. Cela limite aussi les risques d’une contamination et/ou pollution du lingot final avec des substances autres que le métal majoritaire. Grâce au procédé selon l’invention, les poudres de métal ou d’alliages métalliques difficilement recyclables par des procédés classiques peuvent être utilisées de manière simple et économique pour obtenir un lingot de métal ou d’alliages métalliques utilisable par la suite, par exemple dans la fabrication de pièces métalliques, telles que des pièces métalliques de turbomachine. Le procédé selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres : le contenant est fermé par un couvercle en métal pur constituant la poudre de métal ou en alliage constitué par l’élément majoritaire et un ou plusieurs éléments d’addition de ladite poudre quand la poudre est un alliage métallique ; les poudres de métal ou d’alliages métalliques sont des poudres à base de titane ou de nickel ; le titane ou le nickel sont l’élément majoritaire quand les poudres sont un alliage métallique ; l’alliage métallique est choisi de manière à ce que le contenant soit déformable à froid ; lors de l’étape d’enfournement la vitesse d’amenée du contenant est choisie de manière à débuter une consolidation des poudres de métal ou d’alliages métalliques avant l’étape de fusion ; la vitesse d’amenée du contenant est comprise entre 10 et 150 mm/min ; la vitesse d’amenée du contenant est comprise entre 30 et 100 mm/min ; les poudres de métal ou d’alliages métalliques sont des particules présentant une granulométrie supérieure à 15 µm ; les poudres de métal ou d’alliages métalliques sont des particules présentant une granulométrie supérieure à 45 µm ; les poudres de métal ou d’alliages métalliques sont des particules présentant une granulométrie supérieure à 105 µm ; le four de fusion est un four de fusion à creuset froid ; le four de fusion à creuset froid est un four PAM-CHR ou un four EBCHM ; le lingot est destiné à la fabrication d’au moins une pièce métallique, la pièce métallique est au moins une pièce métallique de turbomachine. La présente invention concerne également une installation pour la mise en œuvre d’un procédé tel que décrit précédemment. Selon l’invention, l’installation comprend : une première zone, dite zone d’enfournement, pour réaliser l’étape d’enfournement de poudres de métal ou d’alliages métalliques dans un four de fusion, une deuxième zone, dite zone de fusion, pour réaliser l’étape de fusion des poudres de métal ou d’alliages métalliques dans une chambre de fusion du four de fusion, et une troisième zone, dite zone de coulée, pour réaliser l’étape de coulée d’un lingot de métal ou d’alliages métalliques. L’installation selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres : la chambre de fusion comprend trois zones, dites zone de fusion, zone d’affinage et zone de solidification, chacune des zones comprenant une torche plasma ; chaque torche plasma est d’une puissance comprise entre 400 et 800 kW ; chaque torche plasma est d’une puissance de 600 kW. Brève description des figures L’invention sera mieux comprise et d’autres détails, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante faite à titre d’exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels : la est une vue schématique de côté d’une installation pour la mise en œuvre d’un procédé pour le recyclage de poudres de titane selon l’invention, la est une vue de détail et schématique en perspective d’une zone d’enfournement de l’installation de la , la est une vue schématique en perspective d’un contenant utilisé dans l’installation de la , la est une vue de détail et schématique en perspective d’une zone de fusion de l’installation de la , la est une vue de détail et schématique en perspective d’une zone de coulée de l’installation de la . Procédé pour le recyclage de poudres (3) de métal ou d’alliages métalliques comprenant : une étape d’enfournement de poudres (3) de métal ou d’alliages métalliques dans un four (33) de fusion, une étape de fusion des poudres (3) de métal ou d’alliages métalliques dans une chambre (31) de fusion du four (33) de fusion, et une étape de coulée d’un lingot (23) de métal ou d’alliages métalliques, caractérisé en ce que les poudres (3) de métal ou d’alliages métalliques sont enfermées dans un contenant (11) avant l’étape d’enfournement, ledit contenant (11) étant en métal pur constituant la poudre de métal ou en alliage constitué par l’élément majoritaire et un ou plusieurs éléments d’addition de ladite poudre quand la poudre est un alliage métallique. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le contenant (11) est fermé par un couvercle (13) en métal pur constituant la poudre de métal ou en alliage constitué par l’élément majoritaire et un ou plusieurs éléments d’addition de ladite poudre quand la poudre est un alliage métallique. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les poudres (3) de métal ou d’alliages métalliques sont des poudres (3) à base de titane ou de nickel, le titane et le nickel étant l’élément majoritaire quand les poudres sont un alliage métallique. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’alliage métallique est choisi de manière à ce que le contenant (11) soit déformable à froid. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel lors de l’étape d’enfournement la vitesse d’amenée du contenant (11) est choisie de manière à débuter une consolidation des poudres (3) de métal ou d’alliages métalliques avant l’étape de fusion. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel la vitesse d’amenée du contenant (11) est comprise entre 10 et 150 mm/min, de préférence entre 30 et 100 mm/min. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les poudres (3) de métal ou d’alliages métalliques sont des particules présentant une granulométrie supérieure à 15 µm, de préférence supérieure à 45 µm, encore plus préférentiellement supérieure à 105 µm. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le four (33) de fusion est un four (33) de fusion à creuset froid. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel le four (33) de fusion à creuset froid est un four (33) PAM-CHR ou un four (33) EBCHM. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le lingot (23) est destiné à la fabrication d’au moins une pièce métallique, de préférence au moins une pièce métallique de turbomachine. Installation (1) pour la mise en œuvre du procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant : une première zone, dite zone d’enfournement (5), pour réaliser l’étape d’enfournement de poudres (3) de métal ou d’alliages métalliques dans un four (33) de fusion, une deuxième zone, dite zone de fusion (7), pour réaliser l’étape de fusion des poudres (3) de métal ou d’alliages métalliques dans une chambre (31) de fusion du four (33) de fusion, et une troisième zone, dite zone de coulée (9), pour réaliser l’étape de coulée d’un lingot (23) de métal ou d’alliages métalliques. Installation (1) selon la revendication précédente, dans lequel la chambre (31) de fusion comprend trois zones, dites zone de fusion (35) de la chambre (31) de fusion, zone d’affinage (37) et zone de solidification (39), chacune des zones (35, 37, 39) comprenant une torche (25, 27, 29) plasma. Installation (1) selon la revendication précédente, dans lequel chaque torche (25, 27, 29) plasma est d’une puissance comprise entre 400 et 800 kW, de préférence de 600 kW.