L'atomisation PSI optimise la poudre d'aluminium pour l'impression 3D

29 septembre 2022

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Phoenix Scientific Industries (PSI), Hailsham, East Sussex, Royaume-Uni, a signalé une demande croissante pour ses systèmes d'atomisation avancés utilisés pour traiter l'aluminium. Grâce à sa gamme d'atomiseurs HERMIGA, PSI fournit à ses clients des équipements classés ATEX pour produire des poudres d'aluminium sphériques de haute qualité. La distribution granulométrique peut être ajustée en fonction de l'utilisateur final, ce qui permet d'obtenir des rendements élevés, y compris à l'extrémité la plus fine de la gamme pour des applications telles que la fabrication additive par fusion sur lit de poudre par faisceau laser (PBF-LB). Le portefeuille HERMIGA s'étend de la R&D aux systèmes de production à grande capacité, et est proposé en modes discontinu et continu. Ceci est complété par les activités de développement de la métallurgie des poudres de PSI et la technologie de traitement des poudres post-production.

L'aluminium est un métal réactif à faible densité avec une affinité pour l'oxygène, explique PSI. Dans le monde naturel, on le trouve sous forme de composés, la bauxite (principalement de l'oxyde d'aluminium) étant la matière première la plus courante pour la production d'aluminium pur (un processus énergivore nécessitant une réduction électrolytique). En tant que métal réactif, l'aluminium est à la fois inflammable et potentiellement combustible. Certaines réactions chimiques libèrent également des gaz inflammables (par exemple, 2Al + 3H2O = Al203 + H2). Exposé à l'air, l'aluminium formera facilement une couche d'oxyde stable et, une fois revêtus, les pièces en vrac sont couramment utilisées dans de nombreuses applications quotidiennes.

Sous forme de poudre, cependant, le facteur de risque augmente en raison de l'augmentation de la surface et le potentiel de combustion est largement reconnu. Les propriétés mêmes qui peuvent poser des problèmes de production et de manipulation peuvent également rendre les poudres d'aluminium très utiles pour un large éventail d'applications, notamment les revêtements par pulvérisation thermique, la production de peintures, la fabrication additive, les catalyseurs, les propergols solides, les feux d'artifice et les explosifs, entre autres.

La croissance de la fabrication additive a favorisé le développement de nouvelles compositions particulièrement adaptées aux caractéristiques uniques de fusion et de solidification des procédés de FA laser et par faisceau d'électrons. Beaucoup de ces alliages contiennent des éléments réactifs - tels que les terres rares Ti et Zr - et nécessitent les techniques propres de fusion sous vide/gaz inerte et d'atomisation fournies dans les atomiseurs à l'échelle de production HERMIGA de la série 120 de PSI. Un tel atomiseur a récemment été installé à l'usine de poudres métalliques de l'IRT M2P à Uckange, France. L'installation a rencontré certains défis, a expliqué PSI, le plus grand des composants de l'atomiseur étant installé à travers le toit pour s'intégrer dans un grand bâtiment existant avec une empreinte restreinte.

PSI rapporte qu'il a également travaillé sur le développement de l'alliage d'aluminium A20X™ pour la fabrication additive. Cet alliage a une résistance particulièrement bonne à haute température en raison des effets de durcissement par dispersion de sa teneur en TiB2, et a été développé grâce au NATEP financé 'HautSbesoinUNde la lumièreP projet « poudre pour la fabrication additive » (HIGHSAP). Le consortium a réuni Aeromet (partenaire principal), PSI, Renishaw et Rolls Royce pour optimiser la poudre A20X produite par atomisation afin d'obtenir les propriétés les mieux adaptées pour répondre aux exigences de production AM pour les applications aérospatiales, de défense et automobiles. À l'aide de poudres produites par PSI, le consortium a fabriqué de manière additive des éprouvettes et des composants mécaniques. Grâce à l'expertise et aux capacités combinées du consortium, les propriétés suivantes à température ambiante ont été obtenues ; résistance ultime de 511 MPa, limite d'élasticité de 440 MPa et allongement de 13 % (des essais à température élevée ont également été effectués). La poudre AT20X est maintenant disponible dans le commerce.

Au cours des quatre dernières années, le PSI s'est lancé dans le domaine de la technologie des lits fluidisés. Les FBR sont extrêmement polyvalents dans le traitement des poudres, à la fois métalliques et autres. Les applications comprennent les traitements thermiques, les réactions chimiques et le revêtement par dépôt chimique en phase vapeur (CVD) de poudres en vrac qui peuvent être adaptées à des volumes commercialement attractifs. Les caractéristiques de transfert de masse et de chaleur d'un lit fluidisé les rendent particulièrement adaptés au traitement à température élevée tandis que la pression peut être facilement ajustée pour optimiser le rendement.

L'« établissement d'une chaîne d'approvisionnement en poudre basée au Royaume-Uni pourEnginébranlablePow Le projet de ders (ENGPOW) a utilisé la technologie FBR pour traiter la poudre avec l'objectif final, étant la réparation sur site des composants de cellule en aluminium endommagés par dépôt par pulvérisation à froid. La réparation par soudage conventionnel ne peut pas être utilisée car cela affecterait négativement l'état de l'alliage du substrat dans la zone affectée par la chaleur (HAZ). La réparation par pulvérisation à froid offre une alternative compatible avec le substrat, mais est entravée par une faible efficacité de dépôt lors de la pulvérisation des qualités d'aluminium pertinentes. Pour résoudre le problème, le consortium a développé des traitements thermiques personnalisés pour ramollir la poudre, entraînant une plus grande déformation des particules et donc une liaison au substrat. Pour y parvenir, une plate-forme FBR conçue par PSI a été utilisée pour traiter thermiquement la poudre, suivi d'une extraction, d'une trempe rapide et d'un stockage à froid à -40 ° C pour empêcher l'apparition d'un durcissement naturel. Le consortium était composé de PSI (chef de file), TWI et Alphatek Hyperformance Coatings avec BAE Systems à titre consultatif. Un FBR exploité au PSI avec le récipient de confinement retiré est illustré ci-dessus, ainsi qu'un analogue à basse température utilisé pour établir la caractéristique de fluidisation de la poudre d'aluminium avant le traitement thermique à température élevée.

Le PSI a récemment développé la technologie pour la fabrication de poudres d'alliages aluminium-lithium équimolaires. En raison de la densité extrêmement faible de Li, 534 kg/m3, l'alliage d'une fraction aussi volumineuse a rencontré des difficultés considérables par rapport aux versions structurelles plus familières contenant jusqu'à 2,45 % de Li en masse. Ceci, combiné à la pression de vapeur élevée du Li, a présenté des difficultés à la fois lors de l'alliage et de la manipulation ultérieure de la poudre. Des procédures de passivation révisées ont dû être développées face au peu de données fiables sur l'explosivité et à la tendance à réagir vigoureusement avec l'eau. Une usine de production a été installée sur le site d'un client et est maintenant opérationnelle.

PSI participera au salon Formnext de cette année, qui se tiendra à Francfort, en Allemagne, du 15 au 18 novembre. La société sera située dans le Hall 12.0 – Stand B14.

www.psiltd.co.uk

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