FR2560075A1 - Procede d'atomisation d'un materiau fondu avec un ecoulement de gaz reduit et appareil pour la mise en oeuvre de ce procede - Google Patents

Abstract

LE PROCEDE CONSISTE : -A ACHEMINER UN METAL FONDU VERS UNE ZONE D'ATOMISATION AU TRAVERS D'UN TUBE DE DISTRIBUTION DE METAL FONDU 12; -A DONNER UNE FORME CONCAVE A LA SURFACE EXTERNE 26, 18 DE L'EXTREMITE DE SORTIE DUDIT TUBE; A CREER UN COURANT ANNULAIRE D'UN GAZ AUTOUR DE L'EXTREMITE DE SORTIE DUDIT TUBE 12 POUR QU'IL VIENNE EN COLLISION AVEC LE METAL FONDU SORTANT DUDIT TUBE; -A DIRIGER LEDIT COURANT AU MOINS PARTIELLEMENT DANS LA SURFACE CONCAVE DUDIT TUBE POUR QUE LE GAZ BALAYE LADITE SURFACE CONCAVE.

Description

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La présente invention concerne, d'une manière générale.

la production de poudre à partir d'une masse fondue liquide par atomisation et solidification. Plus particulièrement, elle concerne la préparation de matériaux à des températures plus élevées sous forme finement divisée par atomisation de fluide, l'appareil pour la mise en oeuvre de ce procédé et

le produit issu de cette mise en oeuvre.

Par exemple, l'invention peut être appliquée à la production de poudres à partir de masses en fusion de

superalliages.

Il existe un besoin bien établi en moyen économique de production de poudres de superalliages. Ces poudres peuvent

être utilisées dans la fabrication d'articles en super-

alliages par des techniques de métallurgie employant des poudres. Le besoin industriel existant en de telles poudres va croissant et il continuera de croître tant que la demande

en articles en superalliages augmentera.

A l'heure actuelle seulement en'iron 3 % de la poudre produite industriellement a une taille inférieure à 10 micromètres et le coût d'une telle poudre est, 'par conséquent,

très élevé.

Un composant majeur du coût des poudres fines,

préparées par atomisation et utilisables dans des applica-

tions industrielles, est le coût du gaz utilisé dans l'atomisation. A l'heure actuelle, le coût du gaz augmente en même temps que le pourcentage de poudre fine recherchée dans un échantillon atomisé. De même, plus on cherche à avoir des poudres fines, plus la quantité de gaz par unité de masse de poudre produite augmente. Les gaz consommés au cours de la production de poudre, en particulier les gaz

inertes, tel que l'argon, sont coûteux.

Il existe à présent une demande industrielle croissante en poudre fine. En conséquence, on a besoin de développer des techniques d'atomisation par gaz et des appareils correspondants qui puissent augmenter l'efficacité de la conversion de l'alliage fondu en poudre et d'économiser le gaz consommé dans la production de la poudre dans une gamme de tailles voulues, en particulier lorsque la gamme de

tailles voulues est de plus en plus petite.

La production de poudre fine est influencée par la tension superficielle de la masse en fusion à partir de laquelle la poudre fine est produite. Pour des masses en fusion ayant une tension superficielle élevée, la production de poudre fine est plus difficile et elle consomme davantage de gaz et d'énergie. Le rendement industriel habituel obtenu actuellement pour une poudre fine ayant un diamètre moyen inférieur à 37 micromètres à partir de métaux fondus ayant des tensions superficielles élevées est de l'ordre de 25 % en

poids à 40 ' en poids.

Les poudres fines de certains métaux ayant une taille inférieure à 37 micromètres sont utilisées dans des applications de pulvérisation de plasma sous pression faible. Au cours de

la préparation de telles poudres par les procédés indus-

triels actuellement disponibles, on peut écarter jusqu'à 60 à 75 ' de la poudre en raison d'une taille trop grande. Ce besoin de recueillir sélectivement la poudre la plus fine et d'écarter la poudre surdimensionnée augmente le coût de la

poudre utilisable.

La poudre fine reçoit également des applications dans le domaine des matériaux à solidification rapide, domaine qui est en permanente évolution et développement. En général, plus le pourcentage de poudre fine pouvant être produit par un procédé ou un appareil est grand, plus ce procédé et cet appareil sont utiles dans la technologie de

la solidication rapide.

On sait que la vitesse de solidification d'une particule fondue de taille relativement petite dans un environnement à convexion, tel qu'un fluide en écoulement ou

un corps de matériau fluide, est grossièrement proportion-

nelle à l'inverse du carré du diamètre de la particule.

3- L'expression suivante illustre cette relation: o p D 2 p dans laquelle T est la vitesse de refroidissement de la P

particule et D est le diamètre de la particule.

P En conséquence, si la taille moyenne du diamètre des particules de la composition est réduite de moitié, la vitesse de refroidissement est multipliée par un facteur d'environ quatre. Si le diamètre moyen est encore réduit de moitié, la vitesse de refroidissement global est augmentée

seize fois.

Il est souhaitable de produire des poudres de petites tailles de particules pour quelques applications, en

particulier celles dans lesquelles la vitesse de refroidis-

sement de la particule est significative pour les propriétés obtenues. Par exemple, il y a une demande en poudre

rapidement solidifiée ayant une taille inférieure à 37 mi-

cromètres et en particulier une demande de production de telles

poudres par des-moyens économiques.

De plus, pour certaines applications il est également important d'avoir des particules ayant un petit spectre de tailles de particules. En conséquence, si l'on recherche des particules d'une taille de 100 micromètres pour certaines applications, un procédé qui produirait des particules ayant pour la plupart une - dimension comprise entre 80 et micromètres apporterait un avantage significatif dans de

nombreuses applications de telles particules par comparai-

son, par exemple, à un procédé dont la plupart des

particules aurait une taille comprise entre 60 et 140 mi-

cromètres. 'In autre avantage significatif sur le plan économique est d'être capable de produire une poudre ayant une taille de particules moyenne connue ou prévisible ainsi qu'une gamme de tailles de particules. La présente invention améliore la capacité de production d'une telle poudre sur

une échelle industrielle.

Si des particules ayant une taille de 100 micromètres sont produites par un premier procédé à partir d'un métal liquide fondu donné pour une application donnée, et qu'il soit ensuite enseigné comment produire des particules ayant une taille moyenne de 50 micromètres, ce second procédé permettrait un refroidissement et une solidification beaucoup plus rapide des particules formées à partir du même métal liquide fondu. La présente invention enseigne un procédé grâce auquel des particules plus petites peuvent être formées en pourcentage plus élevé à partir de masses fondues, y compris à partir de métaux liquides fondus. Une vitesse de solidification plus rapide de telles particules est obtenue par ce nouveau procédé, en partie du fait que les particules produites sont elles-mêmes plus petites en moyenne et également du fait que la production peut être répétée et

reproduite à une échelle industrielle.

L'obtention d'une plus petite taille de particules est avantageuse pour un refroidissement rapide et pour les avantages correspondants qui dérivent du refroidissement rapide de certains matériaux fondus. On peut obtenir de

cette manière des nouvelles propriétés amorphes et apparen-

tées. La présente invention rend possible la production de poudres ayant une petite taille de particules avec un

refroidissement rapide correspondant.

La technologie de la métallurgie employant des poudres demande actuellement des particules fines et ultra-fine's dont la taille est comprise dans la gamme allant de 10 à 37 micromètres endiamètre. Les particules ayant des tailles moyennes comprises entre 10 et 37 micromètres sont produites par

le nouveau procédé selon l'invention.

L'obtention d'une plus petite taille de particules peut être importante dans la consolidation du matériau par des techniques de métallurgie classique utilisant des poudres dans la mesure o on a observé qu'une poudre ayant une plus petite taille de particules peut donner une plus grande

vitesse d'agglomération. De même, elle peut être significa-

tive dans la consolidation d'un matériau ayant une plus petite taille de particules avec un matériau ayant une plus grande taille de particules lorsqu'une telle consolidation est souhaitable pour obtenir une densité d'entassement plus élevée. Les tendances actuelles dans la métallurgie des poudres créent un grand intérêt à l'égard des poudres métalliques

fines, c'est-à-dire des poudres ayant des diamètres infé-

rieurs à 37 micromètres, et également des poudres ultra-fines, en particulier, des poudres ayant des diamètres inférieurs à 10 micrormètres. Une forte tension superficielle dans un matériau fondu rend plus difficile la formation de particules de

petite taille.

Un appareil classique de production de poudre à partir de métaux fondus par atomisation donne des produits qui dépendent des procédés de préparation et des matériaux ayant un spectre relativement large de tailles de particules. Le spectre large de tailles de particules est représenté à la figure 3 par les courbes A, B, C et D. Il ressort de ces courbes que les particules ont une taille qui va de moins de 10 micromètres à plus de 100 micromètres. Le pourcentage de particules de poudre fine, c'est-à-dire inférieure à 37 micromètres, produite par la technologie classique entre dans la gamme d'environ O à 40 ? et le pourcentage de poudze ultra-fine, c'est-à-dire inférieure à 10 micromètres va dans la Jo gamme d'environ O à 3 %. Du fait du faible rendement en poudre ayant des particules plus petites formées dans de tels produits, le coût de production de la poudre ultra-fine peut être excessif en ce sens qu'il peut atteindre des

milliers de francs par kilogramme.

Les courbes de la figure 3, et par exemple la courbe E - 6 - de la figure 3, montrent que la répartition de tailles des particules produites par les procédés selon la présente invention, lorsqu'ils sont mis en oeuvre pour obtenir une

poudre fine, est significativement meilleure que la réparti-

tion de la taille des particules dans le cas des procédés classiques existants. Les données sur lesquelles les courbes A, B. C et D de la figure 3 reposent ont été prises dans l'article de A. Lawly "Atomization of Specialty Alloy Powders" publié dans le numéro de Janvier 1981 de Journal of

Metals.

Les données rapportées dans l'article du Journal of Metals pour les courbes A, B, C et D, concernent une poudre formée à partir de masses fondues de superalliages. Les données à partir desquelles la courbe E a été tracée sont également des données provenant de la préparation de poudres à partir d'une masse fondue de superalliage de telle sorte

que les deux jeux de données sont tout-à-fait comparables.

On sait qu'il y a de grandes différences dans la facilité avec laquelle une poudre peut être préparée à

partir de différentes familles d'alliage.

La figure 3 montre des distributions de taille de particules de poudres classiques pour des poudres de

superalliage produites par différentes technologies d'atomi-

sation. La courbe A concerne une poudre atomisée à l'aide de gaz argon. Les courbes B, C et D concernent des poudres produites respectivement par le procédé à électrodes rotatives, par le procédé à vitesse de solidification élevée

et par atomisation sous vide.

La zone ombrée ou la bande bordée par les courbes E et F indique la gamme de distribution de taille de particules qui sont produites en utilisant la présente invention mise

en oeuvre selon le mode "poudre fine".

Il est clairement évident, d'après le tracé des diverses courbes de la figure 3, que la poudre préparée selon le procédé de l'invention et utilisant l'appareil selon l'invention a une gamme de taille de particules et des tailles de particules cumulées qui sont beaucoup plus petites que celles préparées par les procédés classiques, en particulier dans la gamme de tailles plus petites d'environ

microns et moins.

La zone ombrée du graphique entre les lignes E et F est une enveloppe montrant la région du graphique dans laquelle des produits pulvérulents peuvent avoir été produits en utilisant des procédés et techniques selon l'invention pour

faire une poudre fine.

A partir de ce tableau, il est clair que le procédé selon la présente invention rend possible la formation de poudre ayant entre 10 et 37 % de particules de 10 micromètres et moins et rend possible la formation de poudre ayant entre 44 et 70 cumulatifs de particules ayant une taille inférieure

à 37 micromètres.

On peut obtenir des rendements plus élevés en poudre fine par les procédés et appareils selon l'invention que dans le cas de la mise en oeuvre des autres procédés et dispositifs d'atomisation à gaz car la mise en oeuvre de l'invention débouche sur des transferts d'énergie plus efficaces qu'à partir du gaz atomisant vers le métal liquide à atomiser. L'une des voies qui permet cette production améliorée de fines peut consister à amener le courant de masse fondue dans la proximité immédiate sans précédent d'une buse de gaz atomisant. Cette proximité immédiate entre la buse de gaz et l'orifice du courant de masse fondue est

désignée dans la présente description par couplage immédiat.

Les avantages du principe du couplage immédiat ont été reconnus dans la littérature comme cela est indiqué ci-dessous. Cependant, jusqu'à présent, aucune invention n'a permis l'utilisation de ce principe pour des matériaux à haute température. Cela est dû au moins en partie au problème du dépôt de masse fondue à haute température solidifiée sur la buse de gaz atomisant ainsi qu'en d'autres

endroits de l'appareil d'atomisation.

Un problème fondamental associé aux buses d'atomisation à gaz antérieurement connues et aux procédés correspondants a été la solidification de mouchetures et de globules de l'alliage à haute température atomisé sur les surfaces de la buse. La formation résultante sur la buse a quelquefois interrompu le procédé d'atomisation. Cette interruption s'est traduite par l'obturation de l'orifice au travers duquel la masse fondue est versée ou par une déviation au moins partielle des gaz d'atomisation empêchant leur contact direct à haute énergie avec le courant émergeant de métal liquide. Dans les cas graves, la formation d'un dépôt solide sur la pointe de la buse s'est poursuivie par la rupture du dépôt et sa séparation de la buse. Dans un tel cas, le résultat peut être une contamination de la poudre en cours de formation par le matériau provenant de la buse ou

provenant du système de distribution de la masse fondue.

Dans les appareils classiques, le problème du dépôt de matériaux à haute température solidifiés au niveau de la buse à gaz ou au niveau de l'orifice d'écoulement du métal fondu a été résolu en maintenant la buse à gaz relativement à l'écart de la région d'atomisation, comme cela sera décrit

plus en détail ci-dessous.

Les problèmes du dépôt progressif de nombreux mouchetu-

res et globules de masse fondue solidifiée sur la buse d'atomisation sont plus aigus pour les masses fondues à très haute température, et en particulier pour les métaux fondus

qui ont une température de fusion élevée.

Il y a une grande différence entre les divers procédés qui peuvent être mis en oeuvre avec les matériaux à basse température pour la formation de brouillard d'atomisation au moyen d'un choc entre des courants de gaz et des courants de liquide et le phénomène qui se produit à des températures élevées. En général, l'atomisation à basse température peut concerner des matériaux qui sont liquides à la température - 9 - ambiante ou ceux qui deviennent liquides à des températures pouvant atteindre jusqu'à environ 300 C. L'atomisation de matériaux à ces températures plus basses, et en particulier des matériaux liquides à la température ambiante, n'est pas concernée par le problème de l'occlusion de la buse de pulvérisation par du métal solidifié, comme c'est le cas avec des métaux fondus à haute température ou d'autres matériaux à haute température. Le dépôt de matériaux à plus basse température sur une buse d'atomisation ne conduit pas à la destruction des éléments de la buse elle-même. De même, à des températures plus basses, il y a beaucoup moins de

réaction et d'interaction entre le métal en cours d'atomisa-

tion et le tube de distribution de la masse fondue ou les matériaux des autres parties de la buse d'atomisation. Un tube de distribution de masse métallique peut être utilisé pour atomiser les matériaux à/ou au-dessous de 300 C, mais on doit utiliser des systèmes de distribution en céramique aux températures plus élevées de 1000 C, 1500 C, 2000 C et plus. Une autre différence est que le gradient thermique au travers de la paroi du tube de distribution de la masse

fondue, à partir de la masse fondue vers le gaz d'atomisa-

tion, augmente avec l'augmentation de la température de la masse fondue à atomiser. Pour un système d'atomisation de géométrie constante, on a besoin d'un plus grand écoulement gazeux lorsqu'augmente la chaleur de la masse fondue en raison de la plus grande quantité de chaleur à éliminer. Une plus grande quantité de gaz par unité de volume de masse fondue à atomiser peut provoquer une plus grande tendance aux projections de matériaux fondus dans l'appareil. Lorsque la masse fondue est très chaude, de l'ordre d'un millier de degrés Celcius ou plus, une gouttelette peut se solidifier et adhérer instantanément à une surface de température plus faible. Aux températures plus élevées, les matériaux sont chimiquement plus réactifs et ils peuvent former des

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liaisons plus fortes avec les surfaces avec lesquelles ils viennent en contact que les matériaux fondus à des

températures plus basses.

Bien que la demanderesse ne souhaite pas être liée par

la précision de la représentation ou de la description qui

est donnée ici, elle pense qu'il sera utile pour décrire la nature et le caractère de la présente invention, de donner

une description générale des mécanismes d'atomisation

auxquels on s'est référé et que l'on a décrit par référence à l'art antérieur, et pour donner une représentation graphique du phénomène qui se passe dans le cas d'une atomisation selon l'art antérieur. A cette fin, on se réfère à la figure 4 qui est une représentation schématique d'un phénomène d'atomisation de l'art antérieur conforme à ce que l'on pense se passer dans les procédés antérieurement connus et utilisés. Dans la figure, deux orifices de gaz 30 et 32 sont représentés dans leur position relative par rapport à un courant de matériau fondu 34 d'une manière qui est classique selon l'art antérieur. Spécifiquement, les buses de projection de gaz 30 et 32 sont espacées à distance du courant du matériau fondu et elles forment également un angle de telle sorte qu'elles sont dirigées vers le courant

de matériau fondu à une distance substantielle des buses.

Cette figure est quelque peu schématique et on doit comprendre que les buses 30 et 32 pourraient, en fait, former une buse annulaire unique entourant l'appareil de distribution de matériau fondu auquel cas la buse annulaire pourrait être alimentée par une chambre de répartition à gaz classique. L'appareil de distribution de matériau fondu 36

est également représenté sous forme schématique.

Il y a un phénomène reconnu dans l'art antérieur qui est la formation d'un cône creux inversé dans le courant de matériau fondu, tandis qu'il descend vers la zone de la confluence du gaz provenant des buses de projection de gaz 30 et 32. Le point de confluence 38 est le point o se

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rencontreraient les deux lignes centrales des deux courants

de gaz s'il n'y avait pas d'interférence entre eux.

Cependant, ils agissent sur le courant de masse fondue tandis qu'il descend, et une partie de cette action réside dans la formation du cône creux inversé illustré en 40 sur

la figure.

Le phénomène suivant qui se passe dans le procédé d'atomisation classique est la destruction de la paroi du cône en ligaments ou globules de masse fondue. Ce phénomère

se produit dans la zone indiquée par 42 à la figure.

Le phénomène suivant qui a lieu dans l'atomisation classique est la rupture ou l'atomisation des ligaments en gouttelettes. Cela est représenté à la figure comme se produisant dans la zone au-dessous de laquelle sont formés les ligaments. Les gouttelettes ou particules séparées sont représentées comme étant formées à partir de gouttelettes ou

globules plus grands. Selon cette représentation schémati-

que, l'atomisation classique est un procédé à multi-

phénomènes et multi-étapes, le premier phénomène étant la formation du cône inversé, le second phénomène étant la désintégration de la paroi du cône en ligaments, et le troisième phénomène étant la rupture des ligaments en gouttelettes. En ce qui concerne la formation des gouttelettes, on voit qu'il s'agit d'un phénomène secondaire en ce sens qu'un très grand pourcentage des gouttelettes est formé par

rupture des ligaments ou globules.

L'ouvrage le plus complet sur l'atomisation à couplage éloigné des métaux liquides cité dans la littérature technique est intitulé "The Disintegration of Liquid Lead

Streams by Nitrogen Jets" de J.B. See, J. Rankle et T.B.

King, Met. Trans. 4 (1973), pages 2669-2673, qui décrit le phénomène d'atomisation sur la base d'études faites à l'aide

de tachyphotographie.

Ce qui est original et nouveau dans le procédé selon

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l'invention, est qu'il réduit considérablement la formation secondaire de particules et augmente considérablement la formation directe primaire de particules immédiatement à partir de la masse fondue et sans nécessiter de passer au travers d'une seconde étape de subdivision de la masse fondue, comme illustré schématiquement à la figure 4 et

décrit ci-dessus.

Pour éviter que les gouttelettes à haute température adhèrent à la partie de l'appareil qui est refroidi par le mécanisme d'alimentation en gaz, les appareils d'atomisation de l'art antérieur à haute température distribuent le gaz par une buse ou par des buses qui sont relativement éloignées de la surface du courant avec lequel les jets de

gaz viennent en contact.

Lorsqu'une buse est éloignée de la région d'atomisa-

tion, il y a une réduction appréciable de l'énergie du gaz tandis qu'il se déplace depuis la buse à partir de laquelle il est distribué vers le point d'impact avec le métal liquide à atomiser. Il y a des pertes de diffusion et d'entraînement substantielles tandis que le gaz parcourt la distance qui va de la buse au courant de matériau fondu. La perte d'énergie a été estimée supérieure à 90 % de l'énergie

initiale pour certaines géométries d'équipement d'atomisa-

tion de métaux fondus couramment utilisés. En conséquence, les procédés utilisant des jets de gaz à l'abri des contacts avec un courant ou un corps de matériau fondu à atomiser sont d'un usage coûteux en ce qui concerne le gaz car on doit utiliser beaucoup de gaz pour surmonter la perte d'énergie qui se produit dans le courant de gaz avant qu'il

atteigne le courant de métal fondu.

De tels couplages éloignés entre un courant de matériau fondu et des orifices d'alimentation en gaz d'atomisation sont illustrés et décrits dans les brevets des Etats-Unis no 4 272 463, 3 588 951, 3 428 718, 3 646 176, 4 o80 126, 4 191 516 et 3 340 338, sans que pour autant ces brevets

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parlent de couplage éloigné.

L'utilisation de buses en métal et même en matière plastique de projection de gaz disposées au voisinage immédiat du tube ou de l'orifice d'alimentation en liquide a déjà été décrite. Par exemple, l'atomisation de liquide à la température ambiante peut être effectuée sans solidification ou dépôt sérieux de liquide sur la buse. Certaines buses de pulvérisation de peinture ont par exemple ce type de construction. Dans le livre intitulé "The Production of Metal Powders by Atomization" de John Keith Beddow, publié par Hayden Publishers, il est fait référence à la page 45 à diverses géométries de buses pour la production de métal en poudre à partir d'un courant de métal fondu. Une telle atomisation nécessite une atomisation à gaz à haute température. Les buses de Beddow sont des buses annulaires en ce sens qu'elles ont un orifice central pour la distribution d'un courant de métal liquide. Le gaz est distribué à partir d'une zone annulaire entourant l'orifice central. Les buses de Beddow ont une similarité superficielle avec celle illustrée à la figure 1 de la demande de brevet. Le problème du dépôt sur les buses annulaires telles que celles décrites par Beddow, est indiqué immédiatement sous les figures de la page 45comme suit: "Un problème important avec les buses annulaires est la formation d'un dépôt sur le corps de la buse métallique. Cela provient du fait que le métal fondu éclabousse l'intérieur de la buse, en particulier au voisinage du pourtour à l'arrière. Ces éclaboussures métalliques se solidifient, davantage de métal liquide se dépose et, en étape ultérieure du procédé, le jet

d'air entraîne la combustion du dépôt de métal chaud.

De cette manière, il est assez facile pour l'opérateur de perdre un ensemble à buse."

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Ainsi, bien qu'une telle géométrie de buse soit connue, les praticiens de l'art antérieur n'ont pas été capables de surmonter le problème évoqué par Beddow dans l'atomisation

par un gaz de matériau à haute température et particulière-

ment de métaux. D'autres sources d'informations sur la géométrie des buses utilisées dans la technologie d'atomisation sont les brevets tels que le brevet des Etats-Unis n 2 997 245 qui décrit un procédé d'atomisation de métal liquide utilisant

des "ondes de choc".

Dans le brevet des Etats-Unis n 3 988 084, il est décrit un schéma de formation d'un courant mince de métal sur un cône inversé creux et l'interception du courant par un jet de gaz annulaire. Dans la conception du brevet 3 988 084, le courant de gaz d'atomisation est dirigé contre un côté seulement du cône de métal fondu, c'est-à-dire l'extérieur du cône, et aucun gaz n'est dirigé contre l'autre côté du cône de métal fondu, c'est-à-dire la surface intérieure du cône de métal fondu. Dans la mise en oeuvre de

certains modes de la présente invention, du gaz d'atomisa-

tion est dirigé contre toutes les surfaces du courant fondu.

Le cône inversé selon le brevet 3 988 084 ressemble au cône inversé formé pendant l'atomisation par gaz à couplage éloigné classique d'un courant de métal liquide descendant décrit ci-dessus, en ce sens que le gaz agit seulement sur une face du voile de métal liquide au bord inférieur du cône inversé. Le voile s'étale sur le cône inversé vers ce bord et le gaz balaye le métal depuis le bord jusque dans un cône

convergent creux.

L'inventeur de la présente invention a préparé une thèse intitulée "The Production and Consolidation of Amorphous Metal Powder" et qu'il a soumise au Department of Mechanical Engineering de la Northeastern University, Boston, Massasuchetts, en Septembre 1980. La thèse décrit l'utilisation d'une buse à gaz annulaire avec un tube

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d'alimentation en céramique et/ou graphite-métal. Cette thèse décrit des perfectionnements à la production de poudre ayant une proportion élevée en fines par atomisation de

métal fondu avec un jet annulaire de gaz.

Un but de la présente invention est de produire une poudre de métal findirectement à partir de l'état liquide et sans nécessairement utiliser un procédé secondaire tel que la réduction ou autre subdivision du matériau formé initialement sous la forme d'un ruban, d'une feuille ou

d'une bande, d'un état solide similaire.

L'invention a encore pour objectifs: - de produire une poudre à partir d'une masse fondue

avec un pourcentage substantiellement plus élevé de particu-

les plus fines; - de produire une poudre ayant directement une taille de particules plus uniforme; - de produire plus efficacement une poudre par atomisation au gaz; - d'apporter un procédé et un appareil de production plus efficaces de poudre de taille de particules voulue par atomisation par gaz; - de produire une poudre à partir de masses fondues à température plus élevée à un plus faible prix de revient; - de produire des articles utiles formés de poudres dérivant d'alliages qui ne peuvent pas être produits par des techniques classiques; - à rendre possible la production de poudre par des techniques de solidification rapide pour leur utilisation dans la formation de nouveaux produits industriels; - de produire une poudre nouvelle à partir d'une masse

en fusion par atomisation au gaz et de le faire économique-

ment; - d'apporter un procédé de limitation du dépôt de la masse fondue sur l'appareil d'atomisation - d'apporter un procédé qui permette un fonctionnement

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continu à long terme de l'appareil d'atomisation; - d'apporter un procédé d'atomisation au gaz qui utilise moins de gaz; - d'apporter un procédé d'atomisation au gaz qui soit moins sujet à la souillure de l'appareil d'atomisation; et - d'apporter un procédé qui puisse déboucher sur un spectre plus étroit de tailles de particules dans le produit pulvérulent.

D'autres buts ressortiront de la description qui va

suivre.

Selon un de ces aspects les plus larges, ces buts peuvent être atteints en utilisant un appareil d'atomisation comprenant une source de matériau fondu et des moyens tubulaires adaptés à délivrer la masse fondue vers une zone

d'atomisation, à prévoir une alimentation en gaz d'atomisa-

tion et à alimenter ledit gaz en continu vers la zone d'atomisation en contact avec la surface externe du tube d'alimentation du matériau fondu, et à conformer l'extérieur du tube pour rediriger le gaz tandis qu'il approche de la

masse fondue.

L'invention est décrite ci-après avec davantage de détails par référence aux dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe verticale d'un type de buse d'atomisation à gaz utilisable pour la mise en oeuvre de la présente invention; - la figure 2 est un détail de la pointe d'atomisation de la buse de la figure 1 illustrant certaines dimensions A et B; - la figure 3 est un graphique de certains paramètres se rapportant à la distribution de tailles de particules de la fraction cumulative de particules, d'échantillons de poudres préparées par différents procédés; la figure 4 est une illustration schématique d'un phénomène d'atomisation selon l'art antérieur; - la figure 5 est une coupe verticale d'une buse

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d'atomisation semblable à la figure 1 mais légèrement modifiée; et

- la figure 6 représente également une buse d'atomisa-

tion légèrement modifiée.

Si l'on se réfère à la figure 1, on voit une coupe

verticale d'une forme de buse d'atomisation 10.

Diverses autres formes de buses d'atomisation peuvent être employées pour la mise en oeuvre de l'invention, comme

cela est indiqué dans la présente description.

La buse 10 est représentée comme ayant un chemisage céramique interne 12 ayant une extrémité supérieure 14 dans laquelle le métal liquide à atomiser est introduit, et une extrémité inférieure 16 de laquelle le métal à atomiser peut émerger sous la forme d'un courant descendant. L'extrémité 1i5 inférieure est pourvue d'une pointe inférieure 17 ayant une surface externe rétrécie 18 se présentant sous la forme d'un tronc de cône inversé. Le métal fondu émergeant du tube 12 à l'extrémité 16 est balayé par le gaz de l'orifice annulaire de gaz de la buse 10. Le jet de gaz annulaire est fait d'un courant de gaz provenant d'une chambre de répartition 20 et s'écoulant vers le bas au travers d'une ouverture 22 formée entre une surface en biseau interne 24 et la surface en biseau ou en cône inversé 18 du tube d'alimentation en métal 12. L'orifice annulaire 22, pour l'échappement des jets de gaz, peut avoir des surfaces en biseau pour se conformer généralement à la surface en biseau 18 du chemisage 12. En conséquence, l'ouverture 22 peut être définie par la surface en biseau externe 18 du chemisage 12, la surface en biseau correspondante 26 de la partie supérieure de la chambre de répartition annulaire de gaz 20 et la surface opposée 24 de la plaque 32 formant la paroi inférieure de la chambre de répartition 20. La surface inférieure 13 du chemisage 12 forme un côté d'une petite cloison. L'autre côté de cette cloison est formé par l'orifice de matériau fondu

également contenu dans le chemisage 12.

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En introduisant un gaz à haute pression au travers du conduit de gaz 30 à partir d'une source non représentée, le gaz pénètre dans la chambre de répartition annulaire 20 et émerge par l'orifice de gaz annulaire 22 pour venir heurter le courant de métal fondu descendant par le tube 12 et émergeant depuis l'extrémité 16 du chemisage 12 à la pointe 17. La surface de sortie 24 peut commodément être faite sur le bord interne de la plaque obturatrice 32 de la chambre de répartition. La plaque 32 peut avoir un filetage externe qui permet de la visser dans le bord inférieur interne fileté 36 de la paroi latérale 34 de la chambre de répartition. Le surélèvement ou l'abaissement de la plaque 32 par rotation de la plaque dans son filetage pour l'élever ou la descendre dans la chambre de répartition 20, a pour effet de déplacer la surface 24 par rapport à la surface 18 et par conséquent d'ouvrir ou de fermer l'orifice annulaire 22 ainsi que d'élever l'orifice par rapport à la pointe inférieure 17 du

tube de distribution de métal fondu 12.

La paroi latérale 34 de la chambre de répartition comporte une partie supérieure annulaire 38 formant un support interne d'un seul tenant 40. Un cône annulaire 42, qui peut être commodément en céramique ou en métal et qui fait partie du tube de guidage du métal fondu 12, repose sur le support 40 par sa bride 44. La forme de la surface externe 26 du cône 42 est significative dans la formation de la surface annulaire interne de la chambre de répartition 20 à partir de laquelle le gaz est distribué vers l'orifice annulaire 22. La surface externe 26 du cône 42 peut être alignée avec la surface d'extrémité inférieure conique externe 18 du tube 12, de telle sorte que les deux surfaces forment une surface conique continue au long de laquelle passe le gaz provenant de la chambre de répartition 20 pour

être distribuée au travers de l'orifice annulaire 22.

Comme indiqué plus haut, le tube 12 a une pointe

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inférieure 17 et une surface inférieure externe 18 se conformant à la surface interne 26 du cône annulaire 42. I1 a également une bride 46 à mihauteur qui permet son positionnement vertical précis et sa fixation par rapport à la buse globale 10 et à la surface conique 26.

Une bague annulaire supérieure 48 présente une projec-

tion interne 50 qui appuie sur la bride 46 pour maintenir les pièces du tube et du cône du dispositif en un alignement précis. Les moyens de maintien de l'ensemble de la buse dans l'appareil dans lequel le métal fondu est atomisé sont

classiques et ne font pas partie de l'invention.

La configuration et la forme de l'orifice de sortie de gaz utilisé pour la mise en oeuvre de la présente invention

ne sont pas limitées à la forme illustrée à la figure 1.

Pour certaines applications, on préférera une buse se présentant sous la forme d'une buse de Laval pour maîtriser

la dilatation du gaz libéré de l'orifice 22 de la figure 1.

En outre, le-jet annulaire de gaz n'a pas besoin d'être uniquement formé par un orifice annulaire, bien qu'un tel orifice soit préféré. En variante, le jet annulaire peut être créé par un anneau de buses tubulaires alimentées séparément et dirigées chacune en direction de la surface du matériau fondu. Le gaz d'un tel anneau peut former un jet de gaz annulaire unique car le gaz provenant-des buses séparées

converge sur ou au voisinage de la surface du métal fondu.

De plus, l'angle selon lequel le gaz est dirigé à partir de l'orifice de distribution de gaz vers une surface d'un courant de métal fondu n'est pas limité à ce qui est représenté à la figure. Bien que certains angles soient préparés pour certaines combinaisons de géométrie de buse et de matériau fondu à atomiser, on sait que l'atomisation peut être mise en oeuvre avec des angles de choc allant d'une

fraction de degré à 90 degrés. On-a constaté que l'atomisa-

tion avec une buse telle qu'illustrée à la figure 1 selon un

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angle d'incidence de 22 est tout-à-fait efficace pour la production de concentration plus élevée de poudre fine que

dans les techniques antérieurement connues.

Pour de nombreux métaux qui sont atomisés, une augmentation de la rapidité de solidification de la

gouttelette ou de la particule se traduira par une améliora-

tion de quelques propriétés par comparaison avec une particule refroidie plus lentement. Comme indiqué plus haut, la vitesse de la solidification rapide augmente avec la réduction de la taille des particules. Par suite, une poudre plus fine permet d'obtenir des vitesses de solidification plus rapides et pas seulement de la poudre plus fine. De la poudre plus fine en soi a d'autres avantages par rapport aux

matériaux classiques.

En ce qui concerne l'obtention de plus grandes vitesses de solidification, l'une des observations communes est une réduction marquée de la ségrégation des constituants d'un alliage à partir duquel la particule est formée. Par exemple, par suite de la réduction de la ségrégation, on peut élever le point de fusion naissante de l'alliage. Le point de fusion naissante est élevé essentiellement du fait

que le procédé selon l'invention rend possible une nuclé-

ation homogène, ce qui signifie essentiellement que la solidification se fait virtuellement de manière instantanée, de sorte que le front solidifié se déplace rapidement au travers du matériel liquide de la gouttelette sans qu'il se produise de ségrégation. L'effet net est que l'on obtient une structure homogène. En obtenant une structure homogène, la différence entre la température de liquidus de l'alliage et la température de solidus de l'alliage est réduite et, en définitive, elles peuvent se rapprocher. Le bénéfice est qu'en définitive la température de fusion naissante est la température de solidus. Elle a été élevée et également la température de fonctionnement potentiel de l'alliage a été élevée. Avec une poudre préparée de cette manière, on peut

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obtenir une consolidation satisfaisante ayant des propriétés améliorées en utilisant des techniques de consolidation existantes. Si, dans les tentatives de consolidation d'une poudre amorphe fine rapidement solidifiée par les types de techniques utilisées jusqu'à présent, on passe au-dessus de la température de transition, le matériau cristallise. Par suite on ne peut pas consolider le matériau et conserver la

structure amorphe pour la plupart des alliages amorphes.

Certains alliages amorphes ont été consolidés, mais dans le cas des superalliages, ils restent cristallins dans la forme rapidement solidifiée, ils ont été consolidés et une certaine amélioration des propriétés a été observée dans le matériau consolidé et en particulier dans les aciers à

outils rapidement solidifiés.

Si l'on considère un échantillon d'une poudre très finement divisée, si l'on a une très petite particule, si chaque particule provient de la masse fondue dont on suppose qu'elle est homogène, même si les effets de la vitesse de refroidissement sont éliminés, en ne parlant qu'en termes de taille de particules et en permettant à la ségrégation de se produire, on observe potentiellement moins de ségrégation que dans le cas d'une très grande particule simplement par

la définition du matériau disponible pour la ségrégration.

Deuxièmement, en ce qui concerne les avantages de la petite taille de particules, il a été montré dans la littérature que les particules de métal plus petites ont tendance à s'agglomérer plus vite à des températures plus basses et dans des temps plus courts que les particules de

poudre plus grandes. Il y a une plus grande force d'entraî-

nement pour le procédé d'agglomération lui-même, ce qui

constitue un avantage économique.

Troisièmement, l'un des problèmes associés avec la métallurgie utilisant des poudres est la contamination de la poudre par des corps étrangers. Ces corps étrangers peuvent

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être mélangés à la poudre, puis être pressés avec elle dans l'article et, finalement, constituer un site de défaillance potentielle dans l'article. Si l'on a une poudre très fine, on pense généralement que l'on peut tamiser la poudre et éliminer ces gros corps étrangers de telle sorte qu'en ayant une poudre plus fine on peut préparer un spécimen final qui aura potentiellement des défauts plus petits que si l'on

avait utilisé une poudre plus grossière.

En considérant encore d'autres avantages des poudres fines, si elles étaient disponibles à des prix compétitifs, et si l'on considère des sphères 10 micromètres pour des

sphères de 10C micromètres, le facteur d'empilage est le même.

En conséquence, il est souhaitable d'avoir un autre jeu de sphères plus petites pour mettre entre les vides. Mais il y aura encore d'autres vides entre les sphères plus petites et les grosses sphères, de telle sorte que l'on voudra encore avoir des sphères plus petites pour remplir les vides plus petits. Un domaine relativement nouveau qui s'est développé en raison de la solidification rapide est la mise au point de séries entièrement nouvelles d'alliages. Du fait des vitesses de solidification plus lentes des matériaux classiques, les constituants de l'alliage se séparent soit sous forme de composés inter-métalliques fragiles, soit sous forme de frontière à longs grains. De tels matériaux ont des propriétés qui sont inférieures sous certains aspects aux

matériaux rapidement solidifiés.

Au moyen de la solidification rapide; certains de ces matériaux solutés peuvent être maintenus en solution et peuvent agir comme renforçateurs et, par suite, on recherche

maintenant de nouvelles compositions d'alliage par solidifi-

cation rapide. Ces mêmes alliages, lorsqu'ils sont faits par des procédés classiques, peuvent devoir être écartés en raison de leur fragilité. Cependant, il a maintenant été constaté que ces alliages ont des propriétés utiles s'ils

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sont rapidement solidifiés. Ce phénomène varie d'un système d'alliage à un autre système d'alliage, d'une vitesse de solidification à une autre vitesse de solidification. Enfin, les techniques de consolidation affectent les possibilités d'utilisation du matériau. Une caractéristique importante de la présente invention est qu'elle permet la formation d'une poudre à partir d'un matériau fondu avec une grande efficacité dans l'utilisation du gaz. Le perfectionnement qui a été obtenu est tout-àfait surprenant en ce sens que la poudre finement divisée a un plus fort pourcentage de particules fines et on peut

raisonnablement supposer que pour obtenir une telle sub-

division fine on devrait utiliser un courant de gaz beaucoup plus important. Avec un courant de gaz beaucoup plus important, il y aurait naturellement une réduction de l'efficacité de l'utilisation du gaz. Cependant, il a été découvert de manière surprenante quien utilisant les procédés enseignés par l'invention, le gaz utilisé diminue en fait lorsque l'on produit des particules très fines en fort pourcentage, par rapport à ce que l'on obtient dans le

cas de procédés classiques.

* En général, on tire avantage du fait d'avoir des poudres ayant des particules fines de taille relativement uniforme ou avec une gamme plus petite de tailles. Cela tient au fait que les particules de tailles plus uniformes

ont subi un refroidissement plus uniforme. Le refroidisse-

ment plus uniforme fait que les particules ont des proprié-

tés métallurgiques plus uniformes.

De même, en général, les particules de plus petite taille sont des particules plus rapidement refroidies comme indiqué précédemment. Lorsqu'une large gamme de tailles de particules est présente dans une poudre et que la poudre est traitée par des techniques de métallurgie utilisant des poudres, il y a des limitations aux propriétés voulues qui peuvent être données à la composition et ces limitations

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tiennent à la composition et aux propriétés des particules plus grandes de la poudre entrant dans la composition. Les particules plus grandes constituent des zones de faiblesse potentielle ou des zones auxquelles se produiront de plus faibles valeurs de fusion naissante ou de plus faibles

valeurs d'autres propriétés.

En règle générale, plus la taille de la particule est petite, plus la taille moyenne de particule est petite, et plus la taille de la poudre est uniforme dans un ingrédient pulvérulent utilisé pour former un objet solide, plus il est

vraisemblable que le produit obtenu aura certaines combinai-

sons de propriétés voulues dans les objets solides préparés à partir de la poudre. Idéalement, si toutes les particules formées avaient exactement 20 micromètres de diamètre, elles auraient toutes essentiellement le même passé thermique et les objets formés à partir de ces particules auraient des propriétés qui seraient caractéristiques des particules de

taille uniforme à partir desquelles ils ont été obtenus.

Il serait naturellement souhaitable d'avoir des corps 0 de particule plus grands solidifiés aux vritesses rapides pouvant être obtenues dans le cas de corps de particules plus petits. Cependant, en raison de la ségrégation interne des ingrédients métallurgiques qui se produit dans un corps de particule plus grand lorsque les corps plus grands se solidifient, et du fait qu'il y a une limite à la vitesse à laquelle la chaleur peut être éliminée de corps de

particules plus grands pour aboutir à une telle solidifica-

tion, la formation de tels corps de particule plus grands-,à

partir de métal fondu obtenus par des techniques d'atomisa-

tion classiques, présente une limitation quant aux caractè-

res de la poudre qui peut être produite par des techniques classiques ainsi qu'une limitation quant aux usages qui peuvent être donnés à une telle poudre dans la formation de

corps plus grands par métallurgie utilisant des poudres.

L'utilisation des techniques de métallurgie utilisant des

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poudres est actuellement la voie principale par laquelle des produits supérieurs peuvent être obtenus en utilisant une poudre soumise à une solidification rapide. La présente invention améliore à la fois la formation de telles particules plus petites et la formation de corps plus grands ayant la combinaison fortement souhaitée de propriétés des métaux solidifiés rapidement. En outre, les articles formés ont un jeu plus uniforme de propriétés du fait de la taille plus uniforme des particules de la poudre à partir de

laquelle ils sont obtenus.

Une des caractéristiques remarquables de la technologie rendues possibles par la présente invention, est qu'elle permet une maîtrise plus étroite du nombre de paramètres d'un produit pulvérulent formé par atomisation comme cela a

été indiqué.

Par exemple, on a constaté qu'il était possible de modifier la distribution quelque peu aléatoire de la taille des particules trouvées dans les produits pulvérulents issus des procédés de l'art antérieur pour permettre une plus grande concentration d'une taille de particule de valeur choisie. Ensuite, pour une taille de particule choisie, la possibilité d'avoir un rendement plus élevé de la taille à partir d'une mise en oeuvre donnée est rendue possible indépendamment de la taille de la particule qui a été choisie. Si, par exemple, on choisit des particules de microns comme taille de produit principal pour une poudre, la maîtrise des variables de l'invention rend possible une augmentation de la production des particules de cette taille choisie. En variante, si l'on choisit des particules de 50 micromètres ou de 100 micromètres comme taille de produit voulu, les paramètres du procédé peuvent être changés en conséquence pour produire des poudres ayant une plus forte concentration de particules dans la gamme de

taille choisie.

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En utilisant les procédés de l'art antérieur, il est possible de produire une vaste gamme de taille de particule dans n'importe quel lot ou dans n'importe quelle mise en oeuvre unique. L'avantage économique, cependant, est d'être capable de produire une taille de particule qui a une déviation standard relativement étroite à partir d'une taille de particule sélectionnée ou pré-sélectionnée. En

conséquence, la présente invention rend possible la produc-

tion de poudre économiquement plus satisfaisante pour un lot donné, impliquant la consommation d'une certaine quantité

d'énergie et de matériaux.

Un avantage secondaire de la production de poudre selon l'enseignement de la présente invention est qu'elle rend possible, non seulement la production de poudre ayant une distribution de taille de particule relativement étroite, mais également que la distribution étroite des particules aura une microstructure choisie. Ainsi, il est possible par mise en oeuvre de l'invention de former des particules ayant

une taille de particule relativement grande et une distribu-

tion étroite de taille dans un échantillon donné. Les particules plus grandes, du fait qu'elles auront subi un refroidissement quelque peu plus lent, auront une structure cristalline plus grossière que celles qui auront subi un

refroidissement plus rapide.

En variante cependant, en choisissant des conditions qui produisent la taille de particule plus fine, il est possible de produire une poudre amorphe du fait que les particules plus petites se refroidissent plus rapidement, comme cela a été indiqué plus haut et, également il y aura une distribution de taille très étroite autour de la taille

présélectionnée pour l'échantillon à produire.

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EXEMPLE

Une zone d'atomisation est formée dans la zone de confluence du courant de métal fondu et du courant annulaire de gaz d'atomisation émergeant de l'ouverture annulaire 22 au bas de la chambre de répartition et d'alimentation en gaz 20. En conséquence, le tube de guidage du métal fondu 12 distribue le courant de métal liquide au travers de la gorge de la buse à gaz vers la zone d'atomisation. Un élément de la présente invention est le fait de prévoir un corps de buse à gaz qui coopère avec une extrémité conformée d'un tube de guidage de métal en fusion pour former une buse à gaz ayant un jet de gaz annulaire qui travaille en coopération avec l'extrémité de sortie conformée du tube de

guidage de métal fondu.

En d'autres termes, le fait de prévoir des extrémités conformées et coopérantes à la partie inférieure du tube de guidage du métal fondu est un élément de l'invention, comme cela sera décrit avec davantage de détails. C'est l'une des

différentes caractéristiques indépendamment variables utili-

sées pour obtenir une meilleure atomisation d'une diversité

de matériaux fondus.

Le positionnement rapproché de l'orifice de gaz et de l'orifice de métal en fusion permet à la surface du tube de guidage de la masse en fusion de former une partie de l'orifice de gaz annulaire et, ce faisant, permet au jet de gaz émergeant de la chambre de répartition de gaz de s'échapper sur l'extrémité conformée du tube de guidage du métal en fusion. L'action de balayage du jet de gaz sur et contre l'extrémité inférieure du tube de guidage du métal en fusion s'est rélévée efficace pour l'enlèvement d'un grand nombre de particules de métal en cours de solidification ou solidifiées qui pourraient, autrement, avoir tendance à se former ou à se déposer sur l'extrémité inférieure du tube de guidage de métal fondu. On ne sait si de de telles

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particules en fait ne se déposent pas sur l'extrémité inférieure du tube et on sait qu'une telle adhérence se produit sur les buses d'atomisation antérieurement connues comme il a été indiqué ci-dessus à propos du document Beddow. Cependant, en raison des mesures qui sont prises selon l'invention, l'adhérence de telles particules liquides ou solidifiées est réduite et le gaz de balayage se montre capable soit d'empêcher le dépôt de telles particules, soit de provoquer leur enlèvement une fois qu'elles se sont déposées sur l'extrémité inférieure du tube de distribution

de métal fondu.

Dans la configuration particulière représentée à la figure 1 des dessins, il y a une continuité, une conformité et un alignement entre la surface inférieure conformée du tube de guidage du métal fondu 18 et la surface environnante conformée 26 de la chambre de répartition de gaz 20. On comprend que le jet de gaz annulaire peut, en fait, être

réalisé de diverses autres manières. Cependant, la caracté-

ristique importante qui doit être respectée à l'égard de ce que l'on appelle le couplage immédiat, est l'obtention d'un jet de gaz annulaire qui est au moins en partie formé par l'extrémité inférieure du tube de guidage de métal fondu et

au voisinage de la surface dudit métal fondu.

Il est essentiel pour qu'un écoulement de gaz se fasse parallèlement à une surface plate que le gaz ait un

composant de vitesse principalement dans une direction.

Après un déplacement donné le long d'une surface, il est possible que le courant de gaz se sépare de la surface et, à l'intersection entre la surface et le gaz en écoulement, il se forme des remous. Ces remous sont des courants de gaz pratiquement circulaires. Dans la zone o existent de tels remous, l'écoulement de gaz à la surface solide due aux remous peut être ou est dans la direction inverse du courant

principal de l'écoulement de gaz.

Les remous sont plus importants dans les écoulements

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turbulents que dans les écoulements laminaires. Lorsque la pression statique du gaz augmente, la tendance à la formation de ces remous ou à la séparation du courant diminue. A une pression plus élevée, il y a une plus faible tendance à la séparation du courant. En ce qui concerne la surface externe du tube de distribution du métal fondu, qui se produit tandis que le gaz se déplace le long de la surface, il est redirigé par le contour changeant et la

direction d'écoulement changeante de la surface d'extrémité.

Ce changement de direction créée une zone de compression dans le gaz à la surface d'extrémité du tube de métal fondu conformé et provoque une formation locale de pression

statique. La pression repousse le gaz contre la surface. C'est la raison de la redirection. Si la redirection de la surface se fait

dans l'écoulement de gaz, elle agit pour éliminer la séparation d'écoulement. Si la redirection de surface se fait en s'éloignant de l'écoulement de gaz, elle

crée une séparation d'écoulement. Elle augmente la sépara-

tion d'écoulement ou la crée si cela ne s'est pas encore

produit.

Une façon permettant à la couche stagnante d'être balayée depuis la surface extérieure du tube consiste à modifier la configuration de surface, de telle sorte que le gaz doit changer de direction lorsqu'il vient en contact et balaye la surface du tube. Par exemple, si l'angle du cône et l'angle de la surface du tube par rapport à la surface du métal distribué par le tube est de l'ordre de 15 , il y a une tendance notable à la formation de dépôt solide sur la surface du tube tandis que, dans les mêmes conditions d'écoulement de métal fondu et d'écoulement de gaz et avec la même configuration des surfaces et des tubes, il y a notablement moins de formation de particules solides ou pas du tout sur la surface lorsqu'elle fait un angle de 220 avec la direction d'émergence du métal fondu. En d'autres termes,

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si le cône fait un angle de 15 ou moins, il se produit un dépôt de particules sur la surface. Avec le même jeu de conditions, mais en utilisant un angle de 22 , il n'y a pratiquement pas dépôt de particules sur la surface extérieure du tube. Si on examine maintenant les figures 5 et 6, on voit que les structures de buse illustrées ressemblent fortement à celles de la figure 1 à une différence près. Par suite, les mêmes références sont utilisées pour désigner les mêmes parties dans les figures 5, 6 et dans la figure 1. Les pièces ont essentiellement les mêmes rôles que décrits

ci-dessus à propos de la figure 1.

La différence importante concerne les surfaces externes 18 du tube de distribution de métal fondu et la surface

interne 26 de la chambre de distribution.

Il a été constaté de manière surprenante que des différences relativement petites dans l'angle que font ces surfaces par rapport à l'axe du tube (c'est-à-dire l'axe du

métal fondu) peuvent déboucher sur des différences relative-

ment importantes dans les performances de la buse.

A la figure 1, les surfaces biseautés 18 et 26 forment un angle commun avec l'axe du tube de métal fondu. L'angle est de 22 comme il ressort de la figure. C'est-à-dire qu'il y a un angle simple et uniforme selon lequel le gaz s'écoule le long de la surface pour venir en contact avec la surface

du métal émergeant.

A la figure 5, l'angle de la surface 26 par rapport à l'axe du tube est de 22 , mais l'angle de la surface 18 par rapport à l'axe du tube est plus petit et est de 15 . Par suite, le gaz passant le long et sur cette combinaison de surfaces est redirigé dans son mouvement tandis qu'il quitte la surface 26 et commence à se déplacer le long de la surface 18. La pression sur la surface 18 est légèrement augmentée tandis que le gaz en déplacement fait cette transition. La formation d'une onde turbulente et de remous

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tourbillonnants résultants est réduite et la surface 18 est rendue moins sujette au dépôt de métal ou de matériau fondu solidifié. On a constaté, dans le fonctionnement effectif d'une telle buse, avec cette combinaison concave de surfaces de buse, qu'il se produit moins de dépôt sur la surface 18 et que, après un essai, la surface 18 est tout-à-fait propre. A l'opposé, la surface du tube 18 de la buse telle que représentée à la figure 6 devient tout-à-fait souillée et teintée après un usage effectif et il se produit un dépôt significativement supérieur sur la surface 18 que dans le cas de la figure 1 ou de la figure 5. Comme on le voit à la figure 6, la surface 26 de la paroi de la chambre de distribution fait un angle de 15 avec l'axe du tube. La surface externe 18 du tube de distribution de métal fondu

fait un angle de 22 avec l'axe du tube.

La surface externe concave du tube de distribution de métal fondu et la surface associée de la pièce 42 redirigent le gaz pour limiter efficacement le dépôt sur la surface 18

de la buse.

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Claims (7)

REVENDICATIONS

1 - Procédé de production de proportions plus élevées de poudre plus fine dans un procédé d'atomisation selon

lequel on achemine un métal fondu vers une zone d'atomisa-

tion au travers d'un tube de distribution de métal fondu, caractérisé en ce qu'il consiste: - à donner une forme concave à la surface externe (26, 18) de l'extrémité de sortie dudit tube (12); - à créer un courant annulaire, vers l'intérieur, d'un gaz autour de l'extrémité de sortie dudit tube (12) pour qu'il vienne en collision avec le métal fondu sortant dudit tube; et - à diriger ledit courant au moins partiellement dans la surface concave dudit tube pour que le gaz balaye ladite

surface concave.

2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface concave forme au moins une partie de la buse à partir de laquelle le gaz d'atomisation est délivré vers

ledit métal fondu.

3 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la concavité est de l'ordre d'une petite déviation angulaire. 4 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce

que la concavité est comprise entre 3 et 12 .

- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce

que la concavité est de l'ordre de 7 .

6 - Buse d'atomisation à haute température, caractéri-

sée en ce qu'elle comprend: - un tube de distribution de matériau fondu (12) supporté au centre de ladite buse pour distribuer un matériau fondu vers une zone d'atomisation au voisinage de l'extrémité de distribution du matériau fondu dudit tube; - la surface externe (26,18) dudit orifice dudit tube 12 ayant une configuration concave pour dévier le courant de

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gaz dirigé contre ladite surface; et - un système de distribution de gaz (20) comprenant une buse (22) adaptée à délivrer du gaz contre la surface

concave dudit tube.

7 - Buse selon la revendication 6, caractérisée en ce que la concavité de la surface est selon un angle

relativement petit.

8 - Buse selon la revendication 6, caractérisée en ce

que la concavité de la surface est comprise entre 3 et 120.

9 - Buse selon la revendication 6, caractérisée en ce

que la concavité est de l'ordre de 7 .