FR2560087A1 - BORE NITRIDE SURFACE ATOMIZATION ADJUSTMENT - Google Patents
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Abstract
ON ATOMISE UN CORPS DE MATERIAU A L'ETAT FONDU AYANT UN POINT DE FUSION ELEVE POUR PRODUIRE UN POURCENTAGE IMPORTANT DE FINES PARTICULES EN DIRIGEANT 15 LE CORPS SOUS FORME DE COURANT POUR LE FAIRE PENETRER DANS UNE ZONE D'ATOMISATION ET EN DIRIGEANT 22 UN COURANT DE GAZ D'ATOMISATION DANS LE COURANT PRECEDENT DE MANIERE A L'ATOMISER ET A LE DISPERSER. LORS DE L'ATOMISATION DU MATERIAU A L'ETAT FONDU, L'ORIFICE 22 D'OU SORT LE GAZ EST PLACE EN UN ENDROIT EXTREMEMENT PROCHE DE LA SURFACE DU COURANT A ATOMISER. APPLICATION A LA FABRICATION DES POUDRES.A BODY OF MELTED MATERIAL HAVING A HIGH MELTING POINT IS ATOMIZED TO PRODUCE A SIGNIFICANT PERCENTAGE OF FINE PARTICLES BY DIRECTING THE BODY IN THE FORM OF CURRENT TO PUT IT INTO A ZONE OF ATOMIZATION AND BY DIRECTING 22 A CURRENT OF ATOMIZING GAS IN THE PREVIOUS CURRENT SO AS TO ATOMIZE AND DISPERSATE IT. WHEN THE MATERIAL IS ATOMIZED IN THE MELT STATE, ORIFICE 22 FROM WHICH THE GAS EXITS IS LOCATED IN A LOCATION EXTREMELY CLOSE TO THE SURFACE OF THE CURRENT TO BE ATOMIZED. APPLICATION TO THE MANUFACTURING OF POWDERS.
Description
La présente invention concerne de manière généraleThe present invention relates generally
la fabrication de poudres à partir d'une masse fondue liqui- the manufacture of powders from a liquid melt
de par atomisation et solidification. Plus particulièrement, by atomization and solidification. More particularly,
elle concerne un procédé de préparation de matériaux à tem- it relates to a process for the preparation of tempered materials
pérature élevée sous forme finement divisée par atomisation high temperature in finely divided form by atomization
par fluide, un appareil dans lequel un tel procédé est exé- fluid, an apparatus in which such a process is carried out
cuté et le produit ainsi obtenu.cut and the product thus obtained.
A titre d'exemple, la présente invention peut être appliquée à la fabrication de poudres à partir de masses By way of example, the present invention can be applied to the manufacture of powders from masses
fondues de superalliages.fuses of superalloys.
Il existe un besoin bien établi pour un moyen There is a well-established need for a means
économique permettant de fabriquer des poudres de superal- economical way of making super-thermal powders
liages. On peut utiliser des poudres de ce type dans la réalisation d'articles en superalliages en faisant appel aux bindings. Powders of this type can be used in the production of super alloy articles by making use of
techniques de la métallurgie des poudres. Les besoins indus- powder metallurgy techniques. Industrial needs
triels présents pour de telles poudres sont en expansion et cette expansion se poursuivra car la demande d'articles en trials present for such powders are expanding and this expansion will continue as the demand for
superalliages est de plus en plus grande. Superalloys is getting bigger and bigger.
Actuellement, seulement environ 3% de la poudre fabriquée industriellement a un diamètre inférieur à 10 micromètres et le coût d'une telle poudre est par conséquent Currently, only about 3% of the industrially manufactured powder has a diameter of less than 10 microns and the cost of such a powder is therefore
très élevé.very high.
Un élément important du prix de revient des pou- An important element of the cost price of
dres fines, préparées par atomisation et employées dans des applications industrielles, est le coût du gaz utilisé dans -2 l'atomisation. Actuellement, le coût du gaz augmente avec le pourcentage de poudre fine qu'on désire obtenir dans un échantillon atomisé. De plus, comme on cherche à obtenir des poudres de plus en plus fines, la quantité de gaz par unité de masse de poudre produite augmente. Les gaz consommés dans la fabrication de la poudre, en particulier les gaz inertes The fine, spray-prepared and used in industrial applications is the cost of the gas used in the atomization. Currently, the cost of the gas increases with the percentage of fine powder desired to be obtained in an atomized sample. In addition, as we seek to obtain finer and finer powders, the amount of gas per unit mass of powder produced increases. The gases consumed in the manufacture of the powder, in particular the inert gases
tels que l'argon, sont chers.such as argon, are expensive.
Il existe actuellement une demande industrielle croissante pour des poudres plus fines. Par conséquent, il est nécessaire de développer des techniques et appareils There is currently a growing industrial demand for finer powders. Therefore, it is necessary to develop techniques and devices
d'atomisation par gaz qui permettent d'augmenter le rende- gas atomization which increases the efficiency of
ment de la transformation en poudre d'un alliage à l'état fondu, et d'économiser le gaz consommé dans la production de poudre dans une plage de dimensions désirées, en particulier the conversion of a molten alloy into powder, and to save the gas consumed in the production of powder in a desired size range, in particular
dans le cas o cette plage devient de plus en plus petite. in case this beach becomes smaller and smaller.
La fabrication des poudres fines est influencée par la tension de surface de la masse fondue d'o provient la poudre fine. Pour des masses fondues ayant une tension de surface élevée, la fabrication d'une poudre fine est plus difficile et nécessite davantage de gaz et d'énergie. Le rendement typique actuel de la fabrication industrielle d'une poudre fine ayant un diamètre moyen inférieur à 37 micromètres obtenue à partir de métaux à l'état fondu ayant des tensions de surface élevées est de l'ordre de 25 à 40 % The manufacture of fine powders is influenced by the surface tension of the melt from which the fine powder originates. For melts having a high surface tension, the manufacture of a fine powder is more difficult and requires more gas and energy. The typical current yield of industrial manufacture of a fine powder having an average diameter of less than 37 micrometers obtained from molten metals having high surface tensions is of the order of 25 to 40%
en poids.in weight.
On utilise des poudres fines de certains métaux Fine powders of certain metals are used
ayant un diamètre inférieur à 37 micromètres dans la pulvé- having a diameter of less than 37 micrometres in the pulverulent
risation à plasmas sous faible pression. Dans la préparation des poudres de ce type par les procédés industriels dont on dispose actuellement, un pourcentage de poudre aussi élevé low pressure plasmas. In the preparation of powders of this type by the industrial processes currently available, a percentage of powder as high
que 60-75% doit être mis au rebut car la poudre est surdi- 60-75% should be discarded because the powder is
mensionnée. Cette nécessite de procéder à une élimination sélective de la seule poudre fine et à la mise au rebut de la poudre surdimensionnée a pour effet d'augmenter le coût mensionnée. This requires selective removal of the only fine powder and the disposal of the oversized powder has the effect of increasing the cost
de la poudre utilisable.usable powder.
Les poudres fines trouvent également des utilisa- Fine powders also find uses
tions dans le domaine, aux changements et à la croissance in the field, changes and growth
rapides, des matériaux à solidification accélérée. En géné- fast, accelerated solidification materials. In general
ral, plus le pourcentage de poudre fine pouvant être fabri- the higher the percentage of fine powder that can be
qué par un procédé ou un appareil est grand, plus le procédé If a process or apparatus is large, the process
ou l'appareil s'avère utile dans la technologie de la soli- or the device proves useful in the technology of
dification accélérée.accelerated development.
On sait que la vitesse de solidification d'une particule à l'état fondu ayant des dimensions relativement petites dans un environnement à convection tel qu'un fluide ou une masse de fluide en mouvement est approximativement It is known that the solidification rate of a melt particle having relatively small dimensions in a convective environment such as a moving fluid or mass of fluid is approximately
proportionnelle à l'inverse du carré du diamètre de la par- proportional to the inverse of the square of the diameter of the
ticule. L'expression suivante s'applique par conséquent à ticule. The following expression therefore applies to
cette relation.That relation.
o Tp D2 tp oo Tp D2 tp o
T est la vitesse de refroidissement de la par- T is the cooling rate of the
P ticule et,P ticle and,
D est le diamètre de la particule.D is the diameter of the particle.
p Par conséquent, si la valeur moyenne du diamètre des particules de la composition est réduite de moitié, la vitesse de refroidissement augmente alors suivant un facteur égal à environ 4. Si le diamètre moyen est de nouveau réduit de moitié, la vitesse globale de refroidissement est 16 fois Therefore, if the average particle diameter value of the composition is reduced by half, the cooling rate then increases by a factor of about 4. If the average diameter is again reduced by half, the overall cooling rate is 16 times
plus grande.bigger.
Il est souhaitable de fabriquer des poudres ayant It is desirable to manufacture powders having
des particules de petites dimensions pour certaines applica- small particles for some applications
tions, en particulier pour celles o la vitesse de refroi- especially for those where cooling speed is
dissement de la particule joue un rôle important dans l'ob- the particle plays an important role in the ob-
tention des propriétés. Par exemple, il existe un besoin -4- retention of properties. For example, there is a need -4-
pour des poudres se solidifiant rapidement ayant des dimen- for rapidly solidifying powders having
sions inférieures à 37 micromètres et, en particulier, pour la production de poudres de cette nature avec des moyens économiques. De plus, pour certaines applications il est impor- tant également de disposer de particules dont le spectre des dimensions est étroit. Par conséquent, si l'on souhaite disposer de particules ayant un diamètre de 100 micromètres less than 37 micrometres and, in particular, for the production of powders of this kind with economic means. In addition, for some applications it is also important to have particles whose size spectrum is narrow. Therefore, if it is desired to have particles having a diameter of 100 micrometers
pour certaines applications, un procédé permettant de pro- for certain applications, a method allowing
duire la plupart des particules dans la plage 80-120 micro- most of the particles in the 80-120 micro-
mètres présentera un avantage important pour de nombreuses applications de ces particules par rapport à, par exemple, meters will have a significant advantage for many applications of these particles compared to, for example,
un procédé dans lequel la majorité des particules est com- a process in which the majority of particles are
prise dans la gamme 60-140 micromètres. Il y a également un taken in the range 60-140 micrometers. There is also a
avantage économique important à pouvoir fabriquer des pou- important economic advantage to be able to manufacture
dres ayant des dimensions moyennes de particules connues ou prévisibles ainsi qu'une plage prévisible des dimensions de of average known or predictable particle size and a predictable range of
particules. La présente invention permet d'améliorer l'apti- particles. The present invention makes it possible to improve the
tude à la fabrication de poudres de ce type à l'échelle study in the manufacture of powders of this type on the scale
industrielle.industrial.
Si on fabrique des particules de 100 micromètres avec un premier procédé à partir d'un métal liquide donné à l'état fondu pour une application particulière, et qu'on If 100 micron particles are made with a first process from a given molten liquid metal for a particular application, and
apprend ensuite à produire des particules ayant une dimen- then learns to produce particles with a
sion moyenne de 50 micromètres, ce second procédé permettra average of 50 micrometers, this second method will
un refroidissement et une solidification beaucoup plus rapi- much faster cooling and solidification
des des particules formées à partir de ce même métal à l'état fondu. La présente invention enseigne un procédé qui particles formed from the same metal in the molten state. The present invention teaches a method which
permet de former des particules plus petites avec des pour- makes it possible to form smaller particles with
centages plus élevés à partir de masses fondues, entre autres, à partir d'un métal liquide à l'état fondu. Dans ce nouveau procédé on obtient une vitesse de solidification beaucoup plus rapide de ces particules, en partie parce que les particules produites sont elles-mêmes plus petites en moyenne et aussi parce que la fabrication peut être répétée higher percentages from melts, among others, from a liquid metal in the molten state. In this new process a much faster rate of solidification of these particles is obtained, partly because the particles produced are themselves smaller on average and also because the manufacture can be repeated.
et est reproductible à l'échelle industrielle. and is reproducible on an industrial scale.
L'obtention de particules de petites dimensions est intéressante en matière de refroidissement rapide et des The obtaining of small particles is interesting in terms of rapid cooling and
avantages qui découlent du refroidissement rapide de cer- benefits that result from the rapid cooling of cer-
S tains matériaux à l'état fondu. De cette façon on peut ob- Some materials in the molten state. In this way we can ob-
tenir des propriétés amorphes et apparentées nouvelles. La to maintain new amorphous and related properties. The
présente invention permet la fabrication de poudres consti- The present invention allows the manufacture of powder constituents.
tuées de particules ayant de petites dimensions avec le killed particles with small dimensions with the
refroidissement rapide ainsi permis. fast cooling so allowed.
La technologie de la métallurgie des poudres a actuellement besoin de particules fines et ultrafines et de particules dont le diamètre est compris dans la gamme allant de 10 à 37 micromètres. Le procédé nouveau de la présente Powder metallurgy technology currently requires fine and ultrafine particles and particles ranging in diameter from 10 to 37 micrometers. The new process of this
invention permet la fabrication de particules ayant un dia- The invention allows the manufacture of particles having a di-
mètre moyen compris entre 10 micromètres et 37 micromètres. average meter between 10 micrometers and 37 micrometers.
L'obtention de particules ayant ce petit diamètre peut s'avérer importante pour la consolidation du matériau par la métallurgie classique des poudres, car on a observé qu'une poudre ayant des particules de petites dimensions peut permettre une vitesse de frittage plus élevée. De plus, elle peut jouer un râle important dans la consolidation du matériau ayant des particules de petites dimensions avec un matériau ayant des particules de dimensions plus grandes dans le cas o cette consolidation est souhaitable sur la Obtaining particles having this small diameter may be important for the consolidation of the material by conventional powder metallurgy, since it has been observed that a powder having small particles may allow a higher sintering rate. In addition, it can play an important role in the consolidation of the material having small particles with a material having particles of larger dimensions in the case where this consolidation is desirable on the
base d'une densité de tassage plus élevée. based on a higher packing density.
Les tendances actuelles rencontrées dans la métal- Current trends in metal-
lurgie des poudres créent un grand intérêt pour les poudres métalliques fines, c'est-à-dire pour les poudres ayant un diamètre inférieur à 37 micromètres, ainsi que pour les poudres ul.trafines, en particulier pour les poudres ayant un diamètre inférieur à 10 micromètres. Une tension de surface élevée dans un matériau à l'état fondu rend plus difficile The powder industry is of great interest for fine metal powders, ie for powders having a diameter of less than 37 micrometers, as well as for ultrafine powders, in particular for powders having a diameter of less than 10 micrometers. High surface tension in a molten material makes it more difficult
la formation de particules de dimensions plus petites. the formation of particles of smaller dimensions.
Un appareil classique de fabrication de poudre par atomisation à partir de métaux à l'état fondu donne des -6- produits dont les caractéristiques dépendent des procédés de Conventional apparatus for the manufacture of atomized powder from molten metals gives products whose characteristics depend on the processes of the invention.
préparation et des matériaux qui ont des spectres de dimen- preparation and materials that have spectra of
sions des particules relativement larges. Les spectres de relatively large particles. Spectra of
grande largeur des dimensions des particules sont représen- large width of the particle dimensions are
tés en figure 3 par les courbes A, B, C et D. L'examen de shown in Figure 3 by the curves A, B, C and D. The examination of
ces courbes montre que les particules ont partout des dimen- these curves show that particles everywhere have dimensions
sions allant de moins de 10 micromètres à plus de 100 micro- from less than 10 microns to more than 100 micro-
mètres. Le pourcentage des particules d'une poudre fine, meters. The percentage of particles of a fine powder,
c'est-à-dire d'un diamètre inférieur à 37 micromètres, fa- that is, less than 37 micrometers in diameter,
briquée par la technologie classique se trouve dans la plage allant d'environ O à 40%, et le pourcentage de la poudre Bricked by conventional technology is in the range of about 0 to 40%, and the percentage of the powder
ultrafine, c'est-à-dire d'un diamètre inférieur à 10 micro- ultrafine, that is to say with a diameter of less than 10 micro-
mètres, obtenue avec cette technologie se trouve dans la gamme allant de rC O à 3%. A cause du faible pourcentage de la poudre à petites particules qui est formée dans de tels produits, le coût de la fabrication de la poudre ultrafine peut être excessif, pouvant atteindre des centaines, voire meters, obtained with this technology is in the range from rC O to 3%. Because of the small percentage of the small particle powder that is formed in such products, the cost of manufacturing ultrafine powder may be excessive, as high as hundreds, or even
des milliers, de dollars par kilogramme. thousands, of dollars per kilogram.
Les courbes de la figure 3, et plus particulière- The curves in Figure 3, and more particularly
ment la courbe E, montrent que la plage de dimensions de curve E, show that the size range of
particules obtenues avec les procédés de la présente inven- particles obtained with the processes of the present invention.
tion lorsqu'on les emploie dans le mode de fabrication des when they are used in the manufacturing process of
poudres fines est sensiblement meilleure que celle des pro- fine powders is significantly better than
cédés classiques existants. Les données sur lesquelles sont basées les courbes A, B, C et D de la figure 3 proviennent d'un article de A. Lawly ayant pour titre: "Atomisation des poudres pour alliages spéciaux" (Atomization of Specialty existing conventional assignments. The data on which Curves A, B, C, and D in Figure 3 are based are from an article by A. Lawly entitled "Atomization of Specialty Powder" (Atomization of Specialty).
Alloy Powders), paru dans le numéro de Janvier 1981 du Jour- Alloy Powders), published in the January 1981 issue of
nal Of Metals.nal Of Metals.
Les données de l'article du Journal Of Metals, ainsi que celles ayant permis de construire les courbes A, B, C et D, concernent une poudre formée à partir de masses The data of the article of the Journal Of Metals, as well as those which made it possible to build the curves A, B, C and D, concern a powder formed from masses
fondues de superalliages. Les données ayant permis de pré- fuses of superalloys. The data that made it possible
parer la courbe E sont également des données concernant la préparation d'une poudre à partir d'une masse fondue de 7- superalliages de sorte que les deux ensembles de courbes parte curve E are also data relating to the preparation of a powder from a melt of 7 superalloys so that the two sets of curves
sont tout à fait comparables.are quite comparable.
On sait qu'il existe de grandes différences dans la facilité de préparation d'une poudre à partir de familles différentes d'alliages. La figure 3 donne des distributions typiques des It is known that there are great differences in the ease of preparation of a powder from different families of alloys. Figure 3 gives typical distributions of
particules de poudres dans le cas de poudres de superal- particles of powders in the case of powders of super-
liages produites par différentes technologies d'atomisation. bindings produced by different atomization technologies.
La courbe A concerne de la poudre atomisée avec de l'argon, les courbes B, C et D concernent des poudres fabriquées par la procédé à électrodes tournantes, le procédé à vitesse de Curve A relates to atomized powder with argon, curves B, C and D relate to powders produced by the rotary electrode method,
solidification rapide, et l'atomisation sous vide, respecti- rapid solidification, and vacuum atomization, respectively
vement.tively.
La zone ou bande hachurée, délimitée par les cour- The area or hatched strip delimited by the
bes E et F, indique la plage des distributions des dimen- besides E and F, indicates the range of distributions of
sions de poudre qu'on obtient en utilisant la présente in- of powder obtained using the present invention.
vention dans le mode de fabrication de poudres fines. in the manufacture of fine powders.
On voit facilement d'après les diverses courbes de la figure 3 que la poudre préparée selon le procédé de la présente invention, et en utilisant son appareil a une plage de dimensions de particules et de dimensions cumulées de particules, qui est beaucoup plus petite que les plages obtenues avec les procédés classiques, en particulier dans la plage des petites dimensions d'environ 60 micromètres et It is readily apparent from the various curves of FIG. 3 that the powder prepared according to the process of the present invention, and using its apparatus, has a range of particle size and cumulative particle size, which is much smaller than the ranges obtained with conventional methods, particularly in the small size range of about 60 micrometers and
moins.less.
La zone hachurée du graphique entre les lignes B et F est une enveloppe faisant ressortir la partie de ce graphique o on peut fabriquer des produits en poudre en The hatched area of the graph between lines B and F is an envelope showing the part of this graph where powdered products can be produced in
faisant appel aux procédés techniques de la présente inven- using the technical processes of this invention.
tion dans le cas de la réalisation de poudres fines. in the case of the production of fine powders.
D'après ce graphique, il apparaît que le procédé de la présente invention permet la formation de poudres ayant entre 10 et 37 % de particules de 10 micromètres et moins et celle de poudres ayant entre 40 et 70 % en cumul de According to this graph, it appears that the process of the present invention allows the formation of powders having between 10 and 37% of particles of 10 microns and less and that of powders having between 40 and 70% cumulative
particules inférieures à 37 micromètres. particles less than 37 micrometers.
- 8 - Avec les procédés et l'appareil de la présente - 8 - With the methods and apparatus of this
invention on peut fabriquer une poudre fine avec un rende- It is possible to manufacture a fine powder with a yield of
ment supérieur à celui qu'on obtient avec les autres procé- higher than that obtained with the other procedures
dés et dispositifs d'atomisation par gaz car la pratique de la présente invention se traduit par des transferts d'éner- gie plus efficaces entre le gaz d'atomisation et le métal liquide devant être atomisé. Une façon de mettre en oeuvre cette meilleure fabrication de poudres fines consiste à rapprocher avec une proximité jamais atteinte jusque là le The practice of the present invention results in more efficient energy transfers between the atomizing gas and the liquid metal to be atomized. One way of implementing this better manufacture of fine powders is to bring closer to a closeness never reached so far.
courant de la masse fondue et l'ajutage du gaz d'atomisa- flow of the melt and the nozzle of the atomizing gas
tion. Cette étroite proximité de l'ajutage du gaz et de l'orifice du courant de masse fondue est désignée ici par l'expression "couplage étroit". Les avantages que présente le principe du couplage étroit ont été reconnus dans la littérature comme on l'expliquera ci-après; néanmoins, aucune invention n'a jusqu'à ce jour permis l'utilisation de ce principe avec des matériaux à haute température. Cela est dû, au moins en partie, au problème de l'accumulation de la masse fondue solidifiée à haute température sur l'ajutage du tion. This close proximity of the gas nozzle and the melt flow orifice is referred to herein as the "close coupling". The advantages of the principle of close coupling have been recognized in the literature as will be explained hereinafter; however, no invention has so far permitted the use of this principle with high temperature materials. This is due, at least in part, to the problem of the accumulation of the high temperature solidified melt on the nozzle of the
gaz d'atomisation ainsi que sur d'autres parties de l'appa- atomization gas and other parts of the
reil d'atomisation.atomization.
Un problème important associé aux ajutages et procédés d'atomisation par gaz de l'art antérieur a été la solidification de petits points et globules de l'alliage An important problem associated with gas atomization nozzles and processes of the prior art has been the solidification of small dots and globules of the alloy.
atomisé à haute température sur les surfaces de l'ajutage. atomized at high temperature on the surfaces of the nozzle.
L'accumulation sur l'ajutage qui en résulte a été parfois à l'origine de la cessation du processus d'atomisation. Cette cessation a pour origine la fermeture du trou de déversement de la masse fondue ou, au moins en partie, est due au fait que les gaz d'atomisation ne peuvent frapper directement The resulting accumulation on the nozzle was sometimes the cause of the cessation of the atomization process. This cessation originates from the closure of the melt discharge hole or, at least in part, is due to the fact that the atomizing gases can not strike directly.
avec une énergie élevée le courant sortant de métal liquide. with a high energy the current leaving liquid metal.
Dans les cas les plus sévères, cette accumulation du dépôt solide à la pointe de l'ajutage a provoqué sa- séparation de l'ajutage. Il en résulte alors parfois une contamination de la poudre formée avec le matériau provenant de l'ajutage ou - 9 In the most severe cases, this accumulation of solid deposit at the tip of the nozzle caused its separation from the nozzle. This sometimes results in contamination of the powder formed with the material from the nozzle or - 9
du système de décharge de la masse fondue. of the melt discharge system.
Dans un appareil classique, on résout le problème de l'accumulation du matériau solidifié à haute température sur l'ajutage des gaz ou sur l'orifice du métal à l'état fondu en maintenant l'ajutage à une distance assez éloignée In a conventional apparatus, the problem of the accumulation of solidified material at high temperature on the gas nozzle or on the orifice of the metal in the molten state is solved by maintaining the nozzle at a relatively remote distance.
de la zone d'atomisation, comme on l'expliquera plus pleine- of the atomization zone, as will be explained more fully
ment ci-après.below.
Les problèmes de l'accroissement progressif des The problems of the progressive increase of
nombreux petits points et globules de masse fondue solidi- numerous small dots and solid melt globules
fiée sur l'ajutage d'atomisation est des plus critique pour depended on the atomization nozzle is most critical for
les masses fondues à très hautes températures et en particu- melts at very high temperatures and in particular
lier pour les métaux fondus qui présentent des températures bind for molten metals that exhibit temperatures
de fusion élevées.high melting point.
Il exite une grande différence entre les pratiques qu'on peut utiliser avec des matériaux à basse température There is a big difference between the practices that can be used with low temperature materials
pour la formation de brouillards en faisant tomber des cou- for the formation of fog by
rants gazeux sur des courants liquides et le phénomène se produisant aux températures élevées. En général, dans la gases on liquid currents and the phenomenon occurring at high temperatures. In general, in the
formation de brouillards à basse température, on peut utili- formation of fogs at low temperature, it is possible to use
ser des matériaux qui sont liquides à la température ambian- be materials that are liquid at room temperature
te et ceux qui le deviennent à des températures pouvant atteindre environ 300 C. L'atomisation des matériaux à ces faibles températures et en particulier des matériaux qui sont liquides à la température ambiante n'est pas affectée par l'occlusion de l'ajutage de pulvérisation par le métal solidifié avec l'importance rencontrée lorsqu'on utilise des métaux fondus à haute température ou autres matériaux à and those that become so at temperatures up to about 300 C. The atomization of materials at these low temperatures and in particular materials that are liquid at room temperature is not affected by the occlusion of the nozzle of solidified metal spray with the importance encountered when using high temperature fused metals or other
haute température. L'amoncellement du matériau à basse tem- high temperature. The accumulation of material at low tempera-
pérature sur un ajutage d'atomisation ne conduit pas à la destruction des éléments de l'ajutage même. De plus, aux basses températures, il y a une réaction et une interaction beaucoup moins grandes entre le métal atomisé et le tube de The temperature on an atomization nozzle does not lead to the destruction of the elements of the nozzle itself. Moreover, at low temperatures, there is much less reaction and interaction between the atomized metal and the tube of
fourniture de masse fondue ou les matériaux des autres par- supply of melt or materials from other parts
ties de l'ajutage d'atomisation. On peut utiliser un tube métallique de fourniture de masse fondue pour atomiser les of the atomization nozzle. A metal melt supply tube can be used to atomize the
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matériaux à une température de 300 C ou moins, mais il faut employer des systèmes de fourniture en céramique aux hautes materials at a temperature of 300 C or less, but ceramic supply systems must be used at high
températures de 1000 C, 1500 C, et 20000 C, et plus. temperatures of 1000 C, 1500 C, and 20000 C, and more.
Une autre différence est que le gradient thermique dans la paroi d'un tube de fourniture de masse fondue entre cette masse fondue et le gaz d'atomisation augmente avec la température de la masse fondue à atomiser. Pour un système d'atomisation ayant une géométrie constante, il faut un Another difference is that the thermal gradient in the wall of a melt supply tube between this melt and the atomizing gas increases with the temperature of the melt to be atomized. For an atomization system with a constant geometry, it takes a
débit gazeux plus grand lorsque la chaleur de la masse fon- gaseous flow rate when the heat of the mass
due est plus élevée à cause de la plus grande quantité de chaleur à extraire. Une quantité plus grande de gaz par unité de volume de la masse fondue atomisée peut avoir pour conséquence une tendance plus marquée vers un jaillissement et un barbotage de la masse fondue dans l'appareil. Dans le cas o la masse fondue est très chaude, avec une température due is higher because of the greater amount of heat to extract. A larger amount of gas per unit volume of the atomized melt may result in a greater tendency for spurting and bubbling of the melt into the apparatus. In the case where the melt is very hot, with a temperature
de l'ordre de 1000 C ou plus, une gouttelette peut se soli- on the order of 1000 C or more, a droplet can become
difier et adhérer instantanément à une surface ayant une instantly change and adhere to a surface with
température plus faible. Aux températures élevées, les maté- lower temperature. At elevated temperatures, materials
riaux sont chimiquement plus actifs et peuvent former des liaisons plus solides aux surfaces avec lesquelles ils sont en contact que les matériaux fondus à des températures plus basses. They are chemically more active and can form stronger bonds to the surfaces they are in contact with than the melted materials at lower temperatures.
Bien qu'on ne souhaite pas être lié par la préci- Although we do not wish to be bound by the
sion de la représentation ou de la description donnée ici, the representation or description given here,
on pense qu'il sera utile pour faire ressortir la nature et le caractère de la présente invention de procéder à une it is thought useful to highlight the nature and character of the present invention to
description générale des mécanismes d'atomisation dont il general description of the atomization mechanisms of which he
est question et qui ont été décrits dans l'art antérieur et de fournir une représentation graphique du phénomène se produisant avec l'atomisation de l'art antérieur. A cet are discussed and which have been described in the prior art and provide a graphical representation of the phenomenon occurring with the atomization of the prior art. In this
effet, on se reportera à la figure 4 qui est une représenta- Indeed, reference is made to Figure 4 which is a representation
tion schématique d'un phénomène d'atomisation de l'art an- schematic representation of a phenomenon of atomisation of the art
térieur dont on donne à entendre qu'il s'est produit lors- which is implied to have occurred during
qu'on fait appel aux procédés de l'art antérieur. Dans la figure, on a représenté la position de deux orifices de gaz that the methods of the prior art are used. In the figure, the position of two gas orifices is represented.
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et 32 par rapport à un courant 34 de masse fondue comme and 32 with respect to a melt stream 34 as
cela est classique dans l'art antérieur. Plus spécifique- this is conventional in the prior art. More specific-
ment, les ajutages 30 et 32 du jet de gaz sont espacés du courant de la masse fondue et forment aussi un certain angle entre eux de sorte que les jets de gaz sont dirigés sur le the nozzles 30 and 32 of the gas jet are spaced from the melt stream and also form a certain angle between them so that the gas jets are directed on the
courant de masse fondue à une distance importante des ajuta- melt stream at a significant distance from the
ges. Cette figure est quelque peu schématique et on com- ges. This figure is somewhat schematic and we
prendra que les ajutages 30 et 32 pourraient en réalité constituer un seul ajutage annulaire entourant l'appareil de fourniture de masse fondue et pourraient être alimentés à will assume that the nozzles 30 and 32 could actually be a single annular nozzle surrounding the melt supply apparatus and could be powered from
partir d'une chambre de gaz classique. L'appareil de fourni- from a conventional gas chamber. The supply apparatus
ture de masse fondue 36 est également représenté sous forme schématique. Dans l'art antérieur on connaît le phénomène selon lequel il y a formation d'un cône creux inversé dans le courant de masse fondue pendant sa descente vers la zone ou se produit la jonction des courants provenant des ajutages respectifs 30 et 32. Le point de jonction 38 est celui o pourraient se couper les deux axes, ou directions, des deux courants gazeux s'il n'y avait aucune interférence entre eux. Cependant, ils agissent sur le courant de la masse fondue pendant sa descente et une partie de cette action se traduit par la formation du cône creux inversé, représenté The melt 36 is also shown schematically. In the prior art, the phenomenon is known that an inverted hollow cone is formed in the melt stream during its descent to the region where the junction of currents from the respective nozzles 30 and 32 occurs. Junction 38 is the one where the two axes, or directions, of the two gaseous currents could be cut if there were no interference between them. However, they act on the flow of the melt during its descent and part of this action is reflected by the formation of the inverted hollow cone, shown
dans la figure par la référence 40. in the figure by the reference 40.
Le phénomène suivant se produisant dans le proces- The following phenomenon occurring in the process
sus classique d'atomisation est l'éclatement de la paroi du cône en ligaments ou globules de masse fondue. Ce phénomène se produit dans la zone représentée dans la figure par la The classic atomization is the bursting of the cone wall in ligaments or globules of melt. This phenomenon occurs in the area shown in the figure by the
référence 42.reference 42.
Le phénomène suivant se produisant dans l'atomisa- The following phenomenon occurring in the atomisa-
tion classique est la dislocation ou atomisation des liga- tional dislocation is the dislocation or atomisation of
ments en gouttelettes. Cela est représenté dans la figure comme se produisant généralement dans la zone au-dessous de laquelle o il y a formation des ligaments. On a représenté les gouttelettes ou particules individuelles comme étant in droplets. This is shown in the figure as generally occurring in the area below which there is ligament formation. The individual droplets or particles are shown as being
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formées de gouttelettes ou globules plus gros. formed of droplets or larger globules.
Selon cette représentation schématique, l'atomisa- According to this schematic representation, the atomisa-
tion classique est un processus multiphénomènes, multi- tion is a multi-phenomenon, multi-
étapes, dont le premier phénomène est la formation du cône inversé; le second phénomène est l'éclatement de la paroi stages, of which the first phenomenon is the formation of the inverted cone; the second phenomenon is the bursting of the wall
du cône en ligaments, et le troisième phénomène la disloca- cone in ligaments, and the third phenomenon dislocates
tion des ligaments en gouttelettes.droplet ligaments.
S'agissant de la formation des gouttelettes, on With regard to the formation of droplets,
voit d'après cette description qu'il s'agit d'un phénomène sees from this description that this is a phenomenon
secondaire en ce sens qu'un pourcentage très élevé des gout- in the sense that a very high percentage of
telettes est formé par éclatement des ligaments ou globules. telettes is formed by bursting ligaments or globules.
Les travaux les plus poussés sur l'atomisation de métaux liquides avec couplage à distance qu'on trouve dans The most advanced work on the atomization of liquid metals with remote coupling found in
la littérature technique ont pour titre: "The Disintegra- The technical literature is entitled: "The Disintegration
tion of Liquid Lead Streams by Nitrogen Jets" (Désinté- Liquid Lead Streams by Nitrogen Jets
gration de Courants Liquides de Plomb par des Jets d'Azote) de J.B. See, J. Rankle et T.B. King, Met. Trans. 4 (1973) p. Flow of Lead Liquid Currents by Nitrogen Jets) by J. B. See, J. Rankle and T. B. King, Met. Trans. 4 (1973) p.
2669-2673, ce document décrivant les phénomènes d'atomisa- 2669-2673, this document describing the phenomena of atomisa-
tion sur la base sur des études faites à l'aide de la photo- on the basis of studies carried out with the help of
graphie rapide.fast graphing.
Ce qui est distinct et nouveau dans le procédé de la présente invention est la formation grandement réduite de What is distinct and new in the process of the present invention is the greatly reduced formation of
particules secondaires et le degré très élevé de la forma- secondary particles and the very high degree of
tion directe principale de particules à partir immédiatement de la masse fondue et sans qu'il soit nécessaire de passer par une seconde étape de subdivision de la masse fondue, main direct action of particles immediately from the melt and without the need to go through a second step of subdivision of the melt,
comme cela est illustré schématiquement en figure 4 et dé- as schematically illustrated in Figure 4 and de-
crit précédemment.previously written.
Pour éviter que des gouttelettes à une température aussi élevée n'adhèrent à la partie de l'appareil qui est refroidie par le mécanisme d'alimentation en gaz, l'appareil d'atomisation à haute température de l'art antérieur fournit To prevent droplets at such a high temperature from adhering to the portion of the apparatus that is cooled by the gas supply mechanism, the prior art high temperature atomizing apparatus provides
le gaz à partir d'un ou plusieurs ajutages qui sont relati- the gas from one or more nozzles which are relatively
vement éloignés de la surface du courant frappé par les jets distant from the surface of the current struck by the jets
gazeux.gaseous.
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Lorsque l'ajutage est espacé de la zone d'atomisa- When the nozzle is spaced from the atomization zone
tion, il y a une réduction appréciable de l'énergie du gaz pendant son déplacement entre l'ajutage le fournissant et le point d'impact avec le métal liquide devant être atomisé. Il y a des pertes importantes de diffusion et d'entraînement pendant que le gaz parcourt la distance séparant l'ajutage du courant de la masse fondue. On a estimé que la perte There is an appreciable reduction in the energy of the gas during its movement between the nozzle providing it and the point of impact with the liquid metal to be atomized. There are significant losses of diffusion and entrainment as the gas travels the distance between the nozzle and the stream from the melt. It has been estimated that the loss
énergétique dépassait 90% de l'énergie initiale pour cer- more than 90% of the initial energy to
taines réalisations d'équipements d'atomisation de métal à l'état fondu d'utilisation courante. Il en résulte que les some embodiments of commonly used molten metal atomization equipment. As a result,
procédés faisant appel à des jets gazeux situés à une cer- processes using gas jets located at a
taine distance d'un courant ou d'une masse de matériau fondu devant être atomisé n'utilisent de manière économique le gaz The distance of a current or a mass of molten material to be atomized does not use the gas economically.
car il faut beaucoup de gaz pour compenser la perte d'éner- because it takes a lot of gas to make up for the loss of energy
gie se produisant dans le courant gazeux avant qu'il y ait occurring in the gaseous stream before there is
contact avec le courant de métal fondu. contact with the stream of molten metal.
Un tel couplage à distance d'un courant d'une Such a remote coupling of a current of a
masse fondue et d'orifices de -fourniture de gaz d'atomisa- melt and atomizing gas supply orifices
tion est illustré dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique n 4 272 463; 3 588 951; 3 428 718; 3 646 176: 4 080 126; 4 191 516 et 3 340 338, bien que non décrit en terme de This is illustrated in U.S. Patent Nos. 4,272,463; 3,588,951; 3,428,718; 3,646,176: 4,080,126; 4,191,516 and 3,340,338, although not described in terms of
couplage à distance.remote coupling.
On connaît dans l'art antérieur l'utilisation d'ajutages en métal et même en matériau plastique dont le It is known in the prior art to use nozzles made of metal and even of plastic material
jet gazeux est très proche du tube ou de l'orifice de four- gas jet is very close to the tube or
niture de liquide. Par exemple, l'atomisation d'un liquide à la température ambiante peut s'effectuer sans solidification et accumulation sérieuses du liquide sur l'ajutage. Certains liquid. For example, the atomization of a liquid at room temperature can be carried out without solidification and serious accumulation of liquid on the nozzle. Some
ajutages de pulvérisation de peinture, par exemple, corres- paint spray nozzles, for example, corres-
pondent à ce type de construction.lay with this type of construction.
Dans l'ouvrage intitulé "The Production of Metal In the book titled "The Production of Metal
* Powders by Atomisation" (La fabrication de poudres métalli-* Powders by Atomisation "(The manufacture of metal powders
ques par atomisation) de John Keith Beddow et publié par by atomization) by John Keith Beddow and published by
Hayden Publishers, on se reporte en page 45 à diverses réa- Hayden Publishers, see page 45 for various
lisations d'ajutages pour la fabrication d'un métal en nozzle designs for the manufacture of a metal
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poudre à partir d'un courant métallique à l'état fondu. Une telle atomisation implique une atomisation par gaz à haute température. Les ajutages de Beddow sont annulaires en ce sens qu'ils comportent un orifice central pour le développement et la fourniture d'un courant métallique liquide. Le gaz est powder from a metal stream in the molten state. Such atomization involves gas atomization at high temperature. The Beddow nozzles are annular in that they have a central orifice for the development and supply of a liquid metal stream. The gas is
fourni par un ajutage annulaire qui entoure l'orifice cen- provided by an annular nozzle which surrounds the central orifice
tral. Les ajutages de Beddow présentent une similarité tral. Beddow's nozzles are similar
superficielle avec celui représenté en figure 1 de la pré- superficial with that shown in Figure 1 of the pre-
sente description. Le problème de l'accumulation sur des description. The problem of accumulation on
ajutages annulaires tels que ceux décrits dans l'ouvrage de Beddow est développé immédiatement au-dessous des figures de la page 45 sous la forme suivante: " Un problème important soulevé par les ajutages 1S annulaires est celui de "l'accumulation" sur le corps de l'ajutage métallique. Cela est dû au Annular nozzles such as those described in Beddow's work are developed immediately below the figures on page 45 in the following form: "An important problem raised by the annular 1S nozzles is that of" build-up "on the body of the metal nozzle, this is due to
jaillissement de métal fondu sur la partie inté- molten metal spurting on the part
rieure de l'ajutage, en particulier à proximité du pourtour situé au fond. Il y a solidification du métal ayant jailli, amoncellement de davantage de top of the nozzle, especially near the perimeter at the bottom. There is solidification of the metal that has sprung up, accumulation of more
métal liquide et, à un stade ultérieur du proces- liquid metal and, at a later stage of the process,
sus, le jet d'air provoque l'inflammation du métal the air jet causes inflammation of the metal
chaud s'étant accumulé. C'est ainsi que l'opéra- hot having accumulated. This is how the opera-
teur peut perdre assez facilement un bloc d'ajutage." Ainsi, bien qu'une telle conception des ajutages soit connue, l'homme du métier n'a pas été en mesure dans l'art antérieur de résoudre le problème exposé par Beddow de l'atomisation par gaz des matériaux à haute température et It may well be possible for a nozzle block to lose a nozzle block relatively easily. "Thus, although such a nozzle design is known, one skilled in the art has not been able in the prior art to solve the problem presented by Beddow of gas atomization of materials at high temperature and
en particulier des métaux.especially metals.
On trouve dans les brevets des Etats-Unis d'Améri- It is found in the United States of America patents
que d'autres sources d'information sur la forme des ajutages other sources of information on the shape of the nozzles
destinés à être utilisés dans la technologie de l'atomisa- intended for use in atomizing technology
tion. Dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 2 997 245, on décrit un procédé d'atomisation d'un métal liquide en tion. U.S. Patent No. 2,997,245 describes a method of atomizing a liquid metal into
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utilisant ce qu'on appelle "des ondes de choc". using what is called "shock waves".
Dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 3 988 084, on décrit un schémapermettant de générer un fin courant de métal sur un cône inversé creux et d'intercepter ce courant par un jet annulaire de gaz. Dans ce schéma, le courant gazeux d'atomisation est dirigé contre un seul côté du cône de métal fondu, c'est-à-dire contre l'extérieur du cône, et aucun gaz n'est envoyé contre l'autre côté du cône du métal à l'état fondu, c'est-à-dire la surface intérieure du cSne. Dans la pratique de certains modes de la présente invention, on dirige le gaz d'atomisation contre toutes les surfaces du courant de la masse fondue. Le cône inversé du brevet n 3 988 084 ressemble au cône inversé formé pendant l'atomisation classique par gaz avec couplage à distance d' un courant de métal liquide descendant, décrite ci-dessus, en ce sens que le gaz n'agit que sur un côté du voile du métal liquide au bord inférieur du cône inversé. Le voile se répand sur le cône inversé jusqu'à son bord et le gaz balaye In U.S. Patent No. 3,988,084, a schemappermettant is disclosed for generating a thin metal current on a hollow inverted cone and for intercepting this current by an annular gas jet. In this scheme, the atomizing gas stream is directed against only one side of the molten metal cone, that is, against the outside of the cone, and no gas is directed against the other side of the cone. molten metal, i.e. the inner surface of the cne. In the practice of certain embodiments of the present invention, the atomizing gas is directed against all surfaces of the melt stream. The inverted cone of US Pat. No. 3,988,084 resembles the inverted cone formed during conventional gas atomization with remote coupling of a downward liquid metal stream, described above, in that the gas only acts on one side of the veil of the liquid metal at the lower edge of the inverted cone. The veil spreads on the inverted cone to its edge and the gas sweeps
le métal entre le bord et le cône creux convergent. the metal between the edge and the hollow cone converge.
Le présent inventeur a préparé une thèse ayant pour titre "The Production and Consolidation of Amorphous Metal Powder" (Production et consolidation d'une poudre The present inventor has prepared a thesis entitled "The Production and Consolidation of Amorphous Metal Powder".
métallique amorphe) et soutenu cette thèse devant le Depart- amorphous metal) and supported this thesis before the Depart-
ment of Mechanical Engineering à l'Université Northeastern, Boston, Massachusetts, en septembre 1980. La thèse décrit l'utilisation d'un ajutage annulaire de gaz avec un tube d'alimentation en céramique et/ou en métal graphite. Dans Department of Mechanical Engineering at Northeastern University, Boston, Massachusetts, September 1980. The thesis describes the use of an annular gas nozzle with a ceramic and / or graphite metal feed tube. In
cette thèse, on présente des perfectionnements dans la fa- this thesis presents improvements in the
brication d'une poudre ayant une proportion élevée de poudre plus fine par atomisation d'un métal à l'état de fusion avec forming a powder having a high proportion of finer powder by atomizing a metal in the melt with
un jet annulaire de gaz.an annular jet of gas.
La présente invention a pour buts:The present invention aims to:
de fabriquer une fine poudre métallique directe- to make a fine metallic powder directly
ment à partir de l'état liquide et sans avoir à utiliser un from the liquid state and without having to use a
processus secondaire tel que le changement, sinon la subdi- secondary process such as change, if not subdi-
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vision, du matériau formé initialement en un ruban ou une feuille ou une bande de matériau similaire à l'état solide, fabriquer de la poudre à partir d'une masse fondue avec un pourcentage sensiblement plus élevé de particules plus fines, vision, of material initially formed into a ribbon or sheet or strip of similar solid-state material, making powder from a melt with a substantially higher percentage of finer particles,
fabriquer directement de la poudre ayant des di- directly make powder with di-
mensions de particules plus uniformes, fabriquer de la poudre par une atomisation plus efficace par un gaz, more uniform particle sizes, making powder by more efficient atomization by a gas,
prévoir un procédé et un appareil pour une fabri- provide a method and apparatus for a manufacturer
cation plus efficace d'une poudre ayant des dimensions de particules désirées par atomisation par gaz, fabriquer de la poudre à partir de masses fondues à hautes températures, avec un faible coût, s15 fabriquer des articles utiles en poudre provenant d'alliages qui ne peuvent être transformés en articles utiles lorsqu'on emploie des techniques classiques, permettre la fabrication de poudre en suivant des techniques de solidification rapide pour la formation d'articles manufacturés, produire une poudre nouvelle et distincte à partir d'une masse fondue par atomisation gazeuse et de le faire d'une manière économique, prévoir un ajutage et un procédé d'atomisation qui soit auto-nettoyant; prévoir un ajutage qui ait une longue durée de service; prévoir un ajutage qui puisse être réutilisé; more efficient cation of a powder having the desired particle size by gas atomization, making powder from melts at high temperatures, at low cost, making useful articles in powder from alloys which can not be transformed into useful articles when conventional techniques are used, allow the manufacture of powder by fast solidification techniques for the formation of manufactured articles, produce a new and distinct powder from a gaseous atomized melt and to do it in an economical way, to provide a nozzle and a process of atomization which is self-cleaning; provide a nozzle that has a long service life; provide a nozzle that can be reused;
prévoir un ajutage qui ne soit pas sujet à l'amon- provide a nozzle that is not subject to
cellement et à l'attaque des métaux liquides comme cela est and the attack on liquid metals like this is
le cas des ajutages de l'art antérieur. the case of the nozzles of the prior art.
prévoir un procédé de limitation de l'amoncelle- provide a method of limiting the pile
ment de la masse fondue sur un appareil d'atomisation, prévoir un procédé qui permet des utiliations melt on an atomizing device, provide a process that allows the use of
continues à long terme de l'appareil d'atomisation. Continuous long-term atomization apparatus.
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D'autres objets apparaîtront en partie et seront Other objects will appear in part and will be
soulignés en partie dans la description qui suit. partly underlined in the following description.
Dans l'un de leurs aspects généraux, les objets de la présente invention peuvent être atteints en prévoyant un tube de fourniture de masse fondue de manière à délivrer la masse directement à une zone d'atomisation, en fournissant In one of their general aspects, the objects of the present invention can be achieved by providing a melt supply tube so as to deliver the mass directly to an atomization zone, providing
le gaz d'atomisation à la zone à partir d'au moins un orifi- the atomizing gas to the zone from at least one ori-
ce de gaz situé en un endroit immédiatement proche de la zone, et en réalisant en nitrure de bore les surfaces de gas located in a place immediately close to the zone, and realizing in boron nitride the surfaces of
l'appareil soumises aux éclaboussures provenant de la zone. the apparatus subject to splashing from the area.
La description qui va suivre se réfère aux figures annexées The following description refers to the appended figures
qui représentent respectivement: Figure 1, une vue en coupe verticale d'un type d'ajutage d'atomisation par gaz pouvant être utilisé dans la mis en pratique de la présente invention; Figure 2, un détail de la pointe d'atomisation de la figure 1, illustrant certaines cotes A et B; Figure 3, un graphique de certains paramètres concernant la distribution des dimensions de particules de la fraction cumulée des particules dans des échantillons de poudres préparés par différentes méthodes; which respectively show: Figure 1, a vertical sectional view of a type of gas atomization nozzle suitable for use in the practice of the present invention; Figure 2, a detail of the atomization tip of Figure 1, illustrating certain dimensions A and B; Figure 3 is a graph of some parameters relating to particle size distribution of the cumulative fraction of particles in powder samples prepared by different methods;
Figure 4, une illustration schématique d'un phéno- Figure 4 is a schematic illustration of a phenomenon
mène d'atomisation de l'art antérieur. atomization leads of the prior art.
En liaison avec la figure 1, on a représenté en In connection with Figure 1, there is shown
coupe verticale un mode de réalisation d'un ajutage d'atomi- vertically cutting an embodiment of an atomization nozzle
sation 10 selon la présente invention. Dans la pratique de la présente invention, on peut utiliser aussi de nombreuses variantes d'ajutages d'atomisation, celles-ci étant décrites 10 according to the present invention. In the practice of the present invention, it is also possible to use numerous variants of atomization nozzles, these being described
par ailleurs dans la présente spécification. otherwise in this specification.
L'ajutage 10 comporte un revêtement intérieur 12 en céramique ayant une extrémité supérieure 14 dans laquelle on introduit le métal liquide devant être atomisé, et une extrémité inférieure 16 d'o peut sortir le métal à atomiser sous forme de courant descendant. L'extrémité inférieure The nozzle 10 has a ceramic inner liner 12 having an upper end 14 into which the liquid metal to be atomized is introduced, and a lower end 16 of o can output the metal to be atomized as a downflow. The lower end
comporte une pointe inférieure 17 ayant une surface exté- has a lower tip 17 having an outer surface
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rieure 18 en forme de tronc de cône inversé. Le métal à upper 18 in the form of inverted truncated cone. The metal to
l'état fondu sortant du tube 12 à l'extrémité 16 est entraî- the molten state coming out of the tube 12 at the end 16 is
né par le gaz à partir d'un orifice annulaire que comporte l'ajutage 10. Le jet annulaire de gaz est constitué d'un gaz provenant d'une chambre 20 et se dirigeant vers la bas en gas jet from an annular orifice of the nozzle 10. The annular gas jet is made of a gas from a chamber 20 and
passant par une ouverture 22 formée entre une surface inté- passing through an opening 22 formed between an integral surface
rieure chanfreinée 24 et la surface en forme de cône inversé ou surface chanfreinée 18 du tube 12 d'alimentation en métal. L'orifice annulaire 22, servant à la sortie des jets chamfered top 24 and the inverted cone-shaped surface or chamfered surface 18 of the metal feeding tube 12. The annular orifice 22 serving for the exit of the jets
de gaz, peut comporter des surfaces ayant une forme chan- of gas, may have surfaces having a
freinée de manière à correspondre généralement à la surface chanfreinée 18 du revêtement 12. Par conséquent, l'ouverture 22 peut être définie par la surface extérieure chanfreinée 18 du revêtement 12, la surface chanfreinée correspondante 26 de la partie inférieure de la chambre annulaire de gaz 20 braked so as to generally correspond to the chamfered surface 18 of the coating 12. Therefore, the aperture 22 may be defined by the chamfered outer surface 18 of the coating 12, the corresponding chamfered surface 26 of the lower portion of the annular gas chamber 20
et la surface opposée et en regard 24 d'une plaque 32 cons- and the opposite and facing surface 24 of a plate 32 con-
tituant la fermeture inférieure de la chambre 20. La surface inférieure 18 du revêtement 11 forme une arête d'un petit locating the lower closure of the chamber 20. The lower surface 18 of the coating 11 forms an edge of a small
méplat 19. L'autre arête du méplat 19 est formée par l'ori- 19. The other edge of the flat 19 is formed by the opening
fice 15 de sortie de la masse fondue, ménagée également dans the output of the melt, also provided in
le revêtement 12.the coating 12.
Après introduction d'un gaz à haute pression dans une conduite 30 à partir d'une source non représentée, celui-ci entre dans la chambre annulaire 20 et sort de l'orifice annulaire 22 pour venir frapper le courant de After introduction of a gas at high pressure into a pipe 30 from a source not shown, it enters the annular chamber 20 and leaves the annular orifice 22 to strike the current of
métal fondu descendant dans le tube 12 et quittant l'extré- molten metal descending into the tube 12 and leaving the end
mité 16 du revêtement 12 à la pointe 17. 16 of the coating 12 to the tip 17.
La surface de sortie 24 peut être formée de la manière classique sur le bord intérieur de la plaque 32 de fermeture de la chambre. La plaque 32 peut comporter des filets extérieurs de manière à permettre son vissage dans le bord inférieur 36 fileté intérieurement de la paroi latérale 34 de la chambre. L'élévation et l'abaissement de la plaque 32 qu'on obtient en vissant plus ou moins son bord intérieur dans la chambre 20 a pour effet de déplacer la surface 24 The outlet surface 24 may be formed in the conventional manner on the inner edge of the chamber closure plate 32. The plate 32 may comprise external threads so as to allow its screwing into the lower edge 36 threaded internally of the side wall 34 of the chamber. Raising and lowering the plate 32 obtained by screwing its inner edge more or less in the chamber 20 has the effect of moving the surface 24
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par rapport à la surEace 18 et par conséquent d'ouvrir ou de fermer l'orifice annulaire 22 ainsi que d'élever cet orifice relative to the surEace 18 and therefore to open or close the annular orifice 22 and to raise this orifice
par rapport à la pointe inférieure 17 du tube 12 de fourni- relative to the lower tip 17 of the supply tube 12
ture de masse fondue.melt.
Le logement 34 de la chambre comporte une partie supérieure annulaire 38 présentant un rebord intérieur 40 d'une seule pièce avec elle. Un cône annulaire 42, qui peut être en matériau céramique ou en métal, et qui constitue une The housing 34 of the chamber has an annular upper portion 38 having an inner rim 40 in one piece with it. An annular cone 42, which may be made of ceramic material or metal, and which constitutes a
partie du tube 12 de guidage de la masse fondue, est sup- part of the tube 12 for guiding the melt, is sup-
porté sur le rebord 40 par une collerette 44. La forme de la surface extérieure 26 du cône 42 joue un rôle important dans carried on the flange 40 by a collar 44. The shape of the outer surface 26 of the cone 42 plays an important role in
la formation de la surface annulaire intérieure de la cham- the formation of the inner annular surface of the chamber
bre 20 d'o le gaz est fourni à l'orifice annulaire 22. La surface extérieure 26 du cône 42 peut être alignée avec la surface extrême inférieure conique extérieure 18 du tube 12 de façon que les deux surfaces forment une surface conique wherein the outer surface 26 of the cone 42 can be aligned with the outer conical lower end surface 18 of the tube 12 so that the two surfaces form a conical surface.
continue que longe le gaz provenant de la chambre 20 lors- continues that gas runs from the chamber 20 when
qu'il est déchargé par l'orifice annulaire 22. it is discharged through the annular orifice 22.
Comme représenté dans la figure, le tube 12 com- As shown in the figure, the tube 12 com-
porte l'extrémité inférieure en pointe 17 et sa surface inférieure extérieure 18 a le même profil que la surface carries the lower tip 17 and its outer lower surface 18 has the same profile as the surface
intérieure 26 du cône annulaire 42. Le tube comporte égale- inside 26 of the annular cone 42. The tube also comprises
ment un rebord intermédiaire 46 qui permet de déterminer avec précision son positionnement vertical et de le régler par rapport à l'ensemble de l'ajutage 10 et de la surface an intermediate rim 46 which makes it possible to determine accurately its vertical positioning and to adjust it with respect to the entire nozzle 10 and the surface
conique 26.conical 26.
Une bague supérieure annulaire 48 présente un bossage intérieur d'une seule pièce 50 qui s'appuie sur le rebord 46 pour maintenir le tube et les parties coniques du An annular upper ring 48 has a one-piece inner boss 50 which rests on the flange 46 to hold the tube and conical portions of the
dispositif suivant un alignement précis. device following a precise alignment.
Le moyen servant au maintien de l'ajutage assemblé dans l'appareil dans lequel le métal fondu est atomisé est The means for holding the assembled nozzle in the apparatus in which the molten metal is atomized is
classique et ne fait pas partie de la présente invention. conventional and is not part of the present invention.
La configuration et la forme de l'orifice à gaz permettant la pratique de la présente invention ne sont pas The configuration and shape of the gas orifice for practicing the present invention are not
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limitées à la forme représentée en figure 1. Pour certaines applications, on préférera un ajutage ayant la forme d'un ajutage dit de Laval pour régler la détente du gaz libéré limited to the shape shown in Figure 1. For some applications, it is preferred a nozzle having the shape of a nozzle called Laval to adjust the expansion of the released gas
par l'orifice 22 de la figure 1.through the orifice 22 of FIG.
En outre, il n'est pas indispensable que le jet In addition, it is not essential that the jet
annulaire de gaz soit formé seulement par un orifice annu- ring of gas is formed only by an annular orifice
laire, encore qu'on préfère ce type d'orifice. Au contraire, on peut créer le jet annulaire avec un cercle d'ajutages tubulaires alimentés individuellement, dirigés chacun vers la surface de la masse fondue. Le gaz provenant d'un tel cercle peut former un jet annulaire unique car tous les courants gazeux sortant des ajutages individuels convergent au droit de la surface de la masse fondue ou à proximité de although this type of orifice is preferred. On the contrary, the annular jet can be created with a circle of individually powered tubular nozzles, each directed towards the surface of the melt. The gas from such a circle can form a single annular jet because all the gas streams leaving the individual nozzles converge at or near the surface of the melt.
cette surface.this surface.
D'autre part, l'angle suivant lequel le gaz est dirigé à partir d'un orifice vers la surface du courant de la masse fondue n'est pas limité à celui représenté dans la figure. Alors que certains angles ont la préférence pour On the other hand, the angle at which gas is directed from an orifice to the surface of the melt stream is not limited to that shown in the figure. While some angles are preferred for
certaines combinaisons d'ajutages et de masses fondues de- certain combinations of nozzles and melts
vant être atomisées, on sait qu'on peut obtenir une atomisa- being atomized, we know that we can obtain atomization
tion avec des angles incidents compris entre une fraction de degré et 90 C. On a trouvé que l'atomisation effectuée avec un ajutage ayant la forme de la figure 1 et suivant un angle tion with incident angles between a fraction of a degree and 90 C. It has been found that the atomization performed with a nozzle having the shape of Figure 1 and at an angle
d'incidence de 22 est particulièrement efficace pour fabri- incidence of 22 is particularly effective in
quer des poudres fines ayant une concentration plus élevée powders with a higher concentration
que celle obtenue avec les procédés de l'art antérieur. than that obtained with the processes of the prior art.
Pour de nombreux métaux qu'on atomise, l'obtention For many metals that are atomized, obtaining
d'une gouttelette ou particule se solidifiant plus rapide- of a droplet or particle solidifying faster-
ment débouchera sur une amélioration de certaines propriétés will lead to an improvement of certain properties
par rapport à une particule au refroidissement plus lent. compared to a slower cooling particle.
Comme on l'a fait ressortir dans le contexte de la présente As has been emphasized in the context of this
description, la vitesse de solidification rapide croît lors- description, the rapid rate of solidification increases when
que le diamètre des particules diminue. Ainsi, une poudre plus fine implique l'obtention de vitesses de solidification plus grandes et non juste une poudre plus fine en soi. Une that the diameter of the particles decreases. Thus, a finer powder involves obtaining larger solidification rates and not just a finer powder per se. A
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poudre plus fine en soi présente d'autres avantages vis-à- finer powder in itself presents other advantages vis-à-
vis des matériaux classiques.screws classical materials.
S'agissant de l'obtention de vitesses de solidi- With regard to the achievement of solidi-
fication plus élevées, l'une des observations courantes est une grande diminution de la ségrégation des composants d'un alliage dont est formée la particule. Par exemple, à la suite de cette diminution de la ségrégation, on peut élever le point de la fusion naissante de l'alliage. On peut élever le point de la fusion naissante pour la raison essentielle One of the most common observations is a large decrease in the segregation of the components of an alloy from which the particle is formed. For example, as a result of this decrease in segregation, the point of the incipient fusion of the alloy can be raised. We can raise the point of the nascent fusion for the essential reason
que le procédé de la présente invention permet une nucléa- that the process of the present invention permits a nucleation
tion homogène, ce qui signifie essentiellement que la soli- uniformity, which essentially means that the solidarity
dification se produira virtuellement de manière instantanée, de sorte que le front solidifié se déplacera rapidement dans will occur virtually instantaneously, so that the solidified front will move rapidly
le matériau liquide de la gouttelette sans qu'une ségréga- the liquid material of the droplet without any segregation
tion se produise. L'effet net de ce qui précède est une structure homogène. En obtenant une structure homogène, la différence entre la température de liquidus de l'alliage et sa température de solidus est réduite et finalement ces deux températures se rapprochent l'une de l'autre. Le bénéficie en découlant est que finalement le point de fusion naissante est la température de solidus. La température de fusion de occur. The net effect of the above is a homogeneous structure. By obtaining a homogeneous structure, the difference between the liquidus temperature of the alloy and its solidus temperature is reduced and finally these two temperatures are close to one another. The resulting benefit is that finally the nascent melting point is the solidus temperature. The melting temperature of
fines particules de ce type augmente et de plus la tempéra- fine particles of this type increase and moreover the temperature
ture potentielle de fonctionnement de l'alliage se trouve élevée. Avec une poudre préparée de cette manière et en conformité avec la présente invention, on peut obtenir une consolidation réussie avec une amélioration des propriétés The potential operating temperature of the alloy is high. With a powder prepared in this manner and in accordance with the present invention, successful consolidation with improved properties can be achieved.
grâce aux techniques de consolidation existant actuellement. thanks to the existing consolidation techniques.
Si lorsqu'on essaie de consolider une poudre amorphe, fine, solidifiée rapidement en faisant appel aux types de techniques qu'on a utilisés dans le passé, on passe audessus de la température de transition, le matériau se cristallise. Ainsi, on ne peut consolider le matériau et conserver la structure amorphe pour la plupart des alliages amorphes. On est parvenu à consolider certains alliages amorphes, mais, dans le cas des superalliages qui restent If one tries to consolidate an amorphous, fine powder, rapidly solidified using the types of techniques used in the past, one passes above the transition temperature, the material crystallizes. Thus, one can not consolidate the material and keep the amorphous structure for most amorphous alloys. Some amorphous alloys have been consolidated, but in the case of the remaining superalloys
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cristallins sous la forme solidifiée rapidement, on les a consolidés et on a observé une certaine amélioration des propriétés ou des propriétés bénéfiques dans le matériau crystalline in the rapidly solidified form, they have been consolidated and some improvement in the properties or beneficial properties in the material has been observed.
consolidé et en particulier dans les aciers à outil solidi- consolidated and in particular in solid-state
S fiés rapidement.Quickly attached.
Prenons le cas d'un échantillon d'une poudre très Take the case of a sample of a very powdery
finement divisée; même si les effets de la vitesse de re- finely divided; even if the effects of
froidissement sont éliminés, s'agissant simplement des di- cooling are eliminated, simply because they are
mensions des particules, étant donné que chaque particule trouve son origine dans la masse fondue dont on suppose qu'elle est homogène, et en permettant que la ségrégation se produise, si on a une particule très petite, on va observer une ségrégation potentiellement moins importante que dans une très grande particule simplement par la définition du particle size, since each particle has its origin in the melt which is supposed to be homogeneous, and allowing segregation to occur, if we have a very small particle, we will observe a potentially less significant segregation that in a very large particle simply by the definition of
matériau qui est à même de subir une ségrégation. material that is able to segregate.
En second lieu, s'agissant des avantages présentés par des particules de petites dimensions, on a montré dans la littérature que des particules métalliques plus petites ont tendance à se fritter plus tôt à des températures plus basses et dans des temps plus courts que les particules de Second, with respect to the advantages of small particles, it has been shown in the literature that smaller metal particles tend to sinter earlier at lower temperatures and in shorter times than particles. of
poudres de grandes dimensions. Il y a une force d'entraîne- large powders. There is a driving force
ment plus grande pour le processus de frittage même. Cela présente un avantage sur le plan économique; En troisième lieu, l'un des problèmes associés à la métallurgie des poudres est la contamination de la poudre par des corps étrangers. Ces corps étrangers se mélangent à la poudre, puis se resserrent dans la pièce et finalement larger for the sintering process itself. This presents an economic advantage; Thirdly, one of the problems associated with powder metallurgy is the contamination of the powder by foreign bodies. These foreign bodies mix with the powder, then tighten in the room and finally
représentent un site potentiel de défaillance dans la pièce. represent a potential site of failure in the room.
Si l'on dispose d'une poudre très fine, la conviction cou- If a very fine powder is available, the conviction
rante est qu'on peut tamiser la poudre et éliminer les gros corps étrangers de sorte qu'en ayant une poudre plus fine on peut préparer un échantillon final qui aura virtuellement des défauts plus petits que dans le cas o on utilise une rante is that the powder can be sieved and the large foreign bodies removed so that by having a finer powder a final sample can be prepared which will have virtually smaller defects than in the case where a
poudre plus grossière.coarser powder.
Si l'on poursuit l'examen des autres avantages Continuing consideration of other benefits
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présentés par les poudres fines, dans le cas o l'on pour- fine powders, in the case where it is possible to
rait se les procurer à des conditions économiques en les to obtain them at economic conditions in the
traitant selon le procédé de la présente invention, en sup- according to the process of the present invention, by
posant des sphères de 10 micromètres par rapport à des sphères de 100 micromètres, le facteur de tassage est le même. Par conséquent, il est souhaitable d'avoir un autre ensemble de sphères encore plus petites pour remplir ces vides. Mais il y aura de nouveau des vides entre les sphères de petites dimensions et les sphères de grandes dimensions, de sorte qu'on aimerait disposer d'un autre ensemble de sphères plus petites pour remplir essentiellement les vides spheres of 10 micrometers to spheres of 100 micrometers, the tamping factor is the same. Therefore, it is desirable to have another set of even smaller spheres to fill these voids. But there will again be gaps between small spheres and large spheres, so we would like to have another set of smaller spheres to essentially fill the voids
de taille plus petite.smaller in size.
Un domaine relativement nouveau ayant pour origine la solidification rapide est le développement de nouvelles séries d'alliages. A cause des vitesses de solidification plus lentes des matériaux classiques, les composants de l'alliage se séparent soit sous forme de composés internes métalliques fragiles soit de frontières à long grain. De tels matériaux présentent des propriétés qui sont à certains égards inférieures à celles des matériaux à solification rapide. Grâce à la solidification rapide, certains de ces matériaux solutés peuvent être maintenus en solution et agir en agents de renforcement et il en résulte qu'on recherche maintenant de nouvelles compositions d'alliages par le canal de la solidification rapide. Ces mêmes alliages, lorsqu'on les fabrique par des procédés classiques, peuvent devoir A relatively new field originating from rapid solidification is the development of new series of alloys. Because of the slower solidification rates of conventional materials, the components of the alloy separate either as fragile internal metal compounds or as long-grain boundaries. Such materials have properties that are in some respects inferior to those of fast-curing materials. Due to the fast solidification, some of these solute materials can be maintained in solution and act as reinforcing agents and as a result, new alloy compositions are now being sought through the fast solidification channel. These same alloys, when manufactured by conventional methods, may have to
être rejetés car ils sont cassants. Cependant, on a mainte- to be rejected because they are brittle. However, we have now
nant trouvé que ces alliages présentent des propriétés uti- found that these alloys have useful properties
les si on les solidifie rapidement. Ce phénomène varie d'un if they are solidified quickly. This phenomenon varies from one
système d'alliage à un autre, d'une vitesse de solidifica- alloy system to another, a speed of solidification
tion à une autre. Finalement, les techniques de consolida- to another. Finally, consolidation techniques
tion ont un effet sur le fait qu'on peut ou non utiliser le matériau. Une caractéristique importante de la présente have an effect on whether or not the material can be used. An important feature of this
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invention est qu'elle permet la formation d'une poudre à invention is that it allows the formation of a powder to
partir d'une masse fondue avec un rendement élevé de l'uti- from a melt with a high efficiency of use
lisation des gaz. Le perfectionnement ainsi obtenu est tout à fait surprenant, en ce sens que la poudre finement divisée a un pourcentage plus élevé-de particules fines et on pour- gas. The improvement thus obtained is quite surprising in that the finely divided powder has a higher percentage of fine particles and
rait raisonnablement penser que, pour obtenir une subdivi- would reasonably be thought that in order to obtain a subdivision
sion aussi fine, il faudrait un débit gazeux beaucoup plus grand. Avec un débit gazeux beaucoup plus grand, il y aurait naturellement une diminution du rendement de l'utilisation du gaz; cependant, c'est par surprise qu'on a trouvé que Such a fine fraction would require a much larger gas flow. With a much larger gas flow, there would naturally be a decrease in the efficiency of gas utilization; however, it was by surprise that we found that
l'utilisation des processus de la présente descrition per- the use of the processes of this description
mettait de réduire réellement le gaz utilisé lorsqu'on fa- actually reduced the gas used when
brique les particules très fines dans les pourcentages plus élevés pouvant être obtenu avec la présente invention par brick the very fine particles in the higher percentages obtainable with the present invention by
rapport aux processus classiques.compared to classical processes.
En général, il est avantageux de disposer de In general, it is advantageous to have
poudres ayant des particules fines d'un diamètre relative- powders having fine particles of a relative diameter
ment uniforme ou d'un diamètre compris dans une plage plus petite. En effet, des particules de diamètre plus uniforme uniformly or of a diameter within a smaller range. Indeed, particles of more uniform diameter
auront un historique de refroidissement lui-même plus uni- will have a history of cooling itself more
forme. Un historique de refroidissement plus uniforme se form. A more uniform cooling history is
traduit par des particules ayant des propriétés métallurgi- translated by particles with metallurgical properties
ques plus uniformes.more uniform.
De plus, des particules de petite taille sont généralement des particules au refroidissement plus rapide In addition, small particles are generally faster cooling particles
comme on l'a indiqué dans l'équation figurant dans l'intro- as indicated in the equation contained in the introduction
duction de la présente demande. Dans le cas o une poudre présente une vaste plage de dimension de particules et est traitée en faisant appel aux techniques de la métallurgie des poudres, il y a une limite aux propriétés souhaitables qui peuvent être conférées à une composition et cette limite est liée à la composition et aux propriétés des grosses particules de la poudre entrant dans la composition. Les grosses particules constitueront un point ou des points potentiellement faibles, auxquels correspondront de faibles the present application. In the case where a powder has a wide range of particle size and is processed using powder metallurgy techniques, there is a limit to the desirable properties that can be imparted to a composition and this limit is related to the composition and properties of large particles of the powder used in the composition. Large particles will constitute a point or points potentially weak, to which will correspond weak
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valeurs du point de fusion naissante ou d'autres propriétés. nascent melting point values or other properties.
En règle générale, plus le diamètre des particules est petit, plus le diamètre moyen des particules est petit, plus la taille des petites particules de la poudre d'un ingrédient utilisé pour former un objet solide est uniforme, In general, the smaller the particle diameter, the smaller the average particle diameter, the smaller the particle size of the powder of an ingredient used to form a solid object,
plus il est probable que le produit obtenu présentera cer- the more likely it is that the product will have some
taines combinaisons de propriétés souhaitables dans des objets solides préparés à partir de la poudre. Idéalement, certain combinations of desirable properties in solid objects prepared from the powder. Ideally,
si toutes les particules formées avaient exactement un dia- if all the particles formed had exactly one di-
mètre de 20 micromètres, leur historique thermique serait essentiellement le même et les objets formés à partir de ces particules auraient des propriétés caractéristiques des micrometers, their thermal history would be essentially the same and the objects formed from these particles would have characteristic properties of
particules de diamètre uniforme dont ils sont formés. particles of uniform diameter of which they are formed.
Il serait, naturellement, souhaitable d'avoir des corps de particules plus gros dont la solidification se serait faite rapidement aux vitesses qui sont praticables avec des corps de particules plus petits. Cependant, à cause de la ségrégation interne des ingrédients métallurgiques se It would, of course, be desirable to have larger particle bodies which would have solidified rapidly at speeds that are passable with smaller particle bodies. However, because of the internal segregation of metallurgical ingredients,
produisant à l'intérieur d'un gros corps de particule pen- producing inside a large particle body
dant la solidification des gros corps et comme il y a une limite à la vitesse à laquelle la chaleur peut être extraite the solidification of large bodies and as there is a limit to the rate at which heat can be extracted
des gros corps de particules pour obtenir une telle solidi- large bodies of particles to obtain such solidity
fication, la formation de ces gros corps de particules à partir d'un métal à l'état fondu pendant l'obtention de la poudre par des techniques classiques d'atomisation présente une limitation quant au caractère de la poudre pouvant être However, the formation of these large bodies of particles from a molten metal during powder production by conventional atomization techniques has a limitation as to the character of the powder which can be
fabriquée par des techniques classiques ainsi qu'une limita- made by classical techniques as well as a limitation
tion quant aux utilisations pouvant être faites d'une telle poudre dans la réalisation de gros corps par la métallurgie des poudres. L'emploi des techniques de la métallurgie des poudres constitue actuellement la voie principale grâce à laquelle on obtient des produits de qualité supérieure en utilisant une poudre soumise à une solidification rapide. La présente invention permet d'améliorer la formation à la fois de ces petites particules et de ces gros corps avec la tion as to the uses that can be made of such a powder in the production of large bodies by the metallurgy of powders. The use of powder metallurgy techniques is currently the main route through which higher quality products are obtained by using a rapidly solidified powder. The present invention makes it possible to improve the formation of both these small particles and these large bodies with the
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combinaison hautement souhaitable des propriétés des métaux se solidifiant rapidement. En outre, les articles formés ont un ensemble de- propriétés plus uniformes à cause du diamètre plus uniforme des particules de la poudre dont ils sont constitués. highly desirable combination of properties of rapidly solidifying metals. In addition, the formed articles have a more uniform set of properties because of the more uniform diameter of the particles of the powder of which they are made.
L'une des caractéristiques unique de la technolo- One of the unique features of the technology
gie rendue possible par la présente invention est qu'elle made possible by the present invention is that it
permet un contrôle plus étroit d'un certain nombre de para- allows for closer control of a number of
mètres d'un produit pulvérulent fabriqué par atomisation meters of a powdered product produced by atomization
selon les enseignements de la présente description. according to the teachings of the present description.
Par exemple, on a trouvé qu'il était possible de modifier la distribution quelque peu aléatoire des diamètres For example, it has been found that it is possible to modify the somewhat random distribution of diameters
de particules que l'on rencontre dans les produits pulvéru- of particles found in pulverulent products.
lents obtenus à partir des procédés de l'art antérieur de slow ones obtained from the processes of the prior art of
manière à obtenir une plus grande concentration de dimen- in order to achieve a greater concentration of
sions d'une valeur sélectionnée.selected value.
En second lieu, pour des dimensions de particules sélectionnées, il est possible de produire une plus grande quantité de particules de ces dimensions dans un lot de fabrication donné quelque soit le diamètre des particules que l'on a sélectionné. Si, par exemple, on a choisi un Secondly, for selected particle sizes, it is possible to produce a larger quantity of particles of these dimensions in a given batch regardless of the particle diameter that has been selected. If, for example, we have chosen a
diamètre de particules de 10 micromètres comme taille prin- particle diameter of 10 microns as the primary size
cipale de produit pour une poudre, le contr8le des variables dans la présente invention permettra de mettre l'accent sur product for a powder, the control of the variables in the present invention will make it possible to focus on
la fabrication des particules de cette taille sélectionnée. the manufacture of particles of this selected size.
En variante, si l'on sélectionne des particules de 50 micro- Alternatively, if particles of 50 micro-
mètres ou de 100 micromètres comme diamètre désiré du pro- meters or 100 micrometers as the desired diameter of the
duit, on peut alors modifier les paramètres du procédé en conformité avec les enseignements de la présente invention pour obtenir des produits qui ont une concentration plus Therefore, the process parameters can be modified in accordance with the teachings of the present invention to obtain products which have a higher concentration.
élevée en particules dans la plage des dimensions sélection- particulate matter in the range of
nées. Lorsqu'on utilise les procédés de l'art antérieur, il est possible de fabriquer une vaste plage de dimensions de particules dans un lot quelconque ou au cours d'une seule born. When using the methods of the prior art, it is possible to manufacture a wide range of particle sizes in any batch or in a single batch.
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série de fabrication. Cependant, l'avantage économique rési- manufacturing series. However, the economic advantage
de dans la possibilité de fabriquer un diamètre de particule avec un écart standart relativement étroit par rapport à un of in the possibility of making a particle diameter with a relatively small standard deviation compared to a
produit ayant une taille de particule sélectionnée ou pré- product having a particle size selected or pre-
sélectionnée. Par conséquent, la présente invention permet la production de poudres ayant davantage de valeur sur le plan économique au cours d'une série de fabrication donnée impliquant la consommation d'une certaine quantité d'énergie selected. Therefore, the present invention allows the production of economically valuable powders during a given manufacturing run involving the consumption of a certain amount of energy.
et de matériaux.and materials.
Un avantage secondaire que présente la fabrication de poudre selon la présente invention est que non seulement A secondary advantage of powder manufacture according to the present invention is that not only
celle-ci permet la fabrication d'une poudre ayant une rela- this allows the manufacture of a powder with a rela-
tivement faible dispersion du diamètre des particules mais encore, grâce à cette faible dispersion les particules auront une microstructure sélectionnée. Par conséquent, il However, thanks to this low dispersion, the particles will have a selected microstructure. Consequently, he
est possible, grâce aux enseignements de la présente inven- possible, thanks to the teachings of the present invention.
tion, de former des particules ayant un diamètre relative- tion, to form particles having a relative diameter
ment grand et une faible dispersion des dimensions pour un échantillon donné. Les particules plus grosses, étant donné qu'elles auront subi un refroidissement plus lent, auront une structure cristalline plus grossière que celles ayant large size and low dispersion of dimensions for a given sample. Larger particles, as they will have cooled down more slowly, will have a coarser crystalline structure than those with
été refroidies plus rapidement.cooled faster.
Cependant, en variante, en choisissant les condi- However, alternatively, by choosing the conditions
tions de fabrications pour lesquelles la dimension des par- manufacturing processes for which the size of the
ticules est plus fine, il est possible de produire une ticles is finer, it is possible to produce a
poudre amorphe car les particules plus petites se refroidis- amorphous powder because the smaller particles get cooler
sent plus rapidement comme on l'a expliqué précédemment et more quickly as explained above and
aussi parce qu'il y a une très faible dispersion des dimen- also because there is very little dispersion of
sions autour de la taille présélectionnée pour l'échantillon around the preselected size for the sample
en cours de production.in production.
* Dans un mode de réalisation recommandé une zone d'atomisation est formée à la zone de jonction du courant métallique à l'état fondu et du courant annulaire du gazIn a preferred embodiment, an atomization zone is formed at the junction zone of the molten metal stream and the annular stream of the gas.
d'atomisation sortant de l'ouverture annulaire 22 à l'extré- atomising out of the annular opening 22 at the end.
mité inférieure de la chambre 28 de fourniture de gaz. Par lower mite of the gas supply chamber 28. By
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conséquent, le tube 12 de guidage de la masse fondue fournit le courant de métal liquide, par l'intermédiaire de la gorge therefore, the tube 12 guiding the melt provides the flow of liquid metal through the throat
de l'ajutage de gaz à la zone d'atomisation. Une caractéris- from the gas nozzle to the atomization zone. A characteristic
tique de la présente invention est la présence d'un corps d'ajutage à gaz qui coopère avec une extrémité façonnée d'un tube de guidage de masse fondue de manière à constituer un ajutage à gaz donnant un jet annulaire de gaz qui travaille en coopération avec l'extrémité de sortie façonnée du tube The present invention is the presence of a gas nozzle body which cooperates with a shaped end of a melt guide tube to form a gas nozzle providing an annular gas jet which cooperates with with the shaped outlet end of the tube
de guidage de la masse fondue.guiding the melt.
En d'autres termes, la présence d'extrémités façonnées forme et coopérant ensemble à la partie inférieure du tube de guidage de la masse fondue constitue l'un des aspects de la présente invention comme on l'expliquera plus pleinement ci-après. Selon cette explication, il s'agit là de l'un des nombreux phénomènes agissant indépendemment qu'ont utilise pour obtenir l'atomisation supérieure de In other words, the presence of shaped ends forming and cooperating together at the bottom of the melt guide tube is one aspect of the present invention as will be explained more fully hereinafter. According to this explanation, this is one of the many independent acting phenomena used to obtain the superior atomization of
diverses masses fondues.various melts.
La proximité de l'orifice du gaz et de l'orifice de la masse fondue permet à la surface du tube de guidage de The proximity of the gas orifice and the orifice of the melt allows the surface of the guide tube to
la masse fondue de constituer une partie de l'orifice annu- the melt to form part of the annular orifice
laire du gaz et de cette façon de provoquer l'échappement du jet de gaz sortant de la chambre à gaz sur l'extrémité façonnée du tube de guidage de la masse fondue. Cette action In this way, the gas jet is exhausted from the gas chamber on the shaped end of the melt guide tube. This action
de balayage du jet de gaz sur et contre l'extrémité infé- rieure du tube de guidage de la masse fondue s'est avérée the jet of gas on and against the lower end of the melt guide tube was found to be
efficace pour entraîner dans une grande mesure des parti- effective in leading to a large extent
cules de métal se solidifiant ou solidifié qui, sinon, auraient tendance à se former ou à se déposer et s'accumuler sur l'extrémité inférieure du tube de guidage de la masse fondue. On ignore si de telles particules ne s'accumulent pas en réalité sur l'extrémité inférieure du tube et on sait qu'une telle adhérence se produisait dans les ajutages solidifying or solidifying metal which otherwise would tend to form or settle and accumulate on the lower end of the melt guide tube. It is not known if such particles do not actually accumulate on the lower end of the tube and it is known that such adhesion occurred in the nozzles
d'atomisation de l'art antérieur comme on l'a discuté précé- atomization of the prior art as discussed above.
demment en liaison avec la référence à l'ouvrage de Beddow. in connection with the reference to Beddow's work.
Cependant, à la suite des mesures prises dans la pratique de However, as a result of the measures taken in the practice of
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la présente invention, l'adhérence de ces particules liqui- the present invention, the adhesion of these liquid particles
des ou solidifiées se trouve réduite et le gaz de balayage a l'aptitude soit d'éviter le dépôt de ces particules, soit de provoquer leur enlèvement lorsqu'elles se sont déposées ou accumulées sur l'extrémité inférieure du tube de fourniture or solidified is reduced and the flushing gas has the ability either to avoid the deposition of these particles, or to cause their removal when they have deposited or accumulated on the lower end of the supply tube
de la masse fondue.of the melt.
Dans la configuration particulière représentée en In the particular configuration represented in
figure 1, il y a une continuité, une conformité et un ali- Figure 1, there is continuity, compliance and a
gnement entre la surface inférieure façonnée du tube 18 de between the shaped lower surface of the tube 18 of
guidage de la masse fondue et la surface environnante façon- guiding the melt and the surrounding surface way-
née 26 de la chambre 20 d'alimentaton en gaz. On comprendra que le jet annulaire de gaz peut, de fait, être obtenu avec born 26 of the gas supply chamber 20. It will be understood that the annular jet of gas can, in fact, be obtained with
un certain nombre de configurations et de différentes ma- a number of configurations and different
nières. Cependant, la caractéristique importante qui doit etre assurée en liaison avec l'aspect évoqué précédemment sous la forme d'un couplage étroit, est la présence d'un jet Nières. However, the important feature that must be ensured in connection with the previously mentioned aspect in the form of a close coupling, is the presence of a jet
annulaire de gaz qui est au moins en partie formé par l'ex- ring of gas which is at least partly formed by the former
trémité inférieure façonnée du tube de guidage de la masse fondue et se trouve proche de la surface de cette masse formed lower trough of the melt guide tube and is close to the surface of this mass
fondue.molten.
Les critères principaux d'un matériau pour tube de guidage d'une masse fondue sont qu'il doit résister à la température élevée de la masse fondue et supporter les chocs The main criteria for a melt guide tube material is that it must withstand the high temperature of the melt and withstand shocks
thermiques. Il est souhaitable qu'on puisse usiner le maté- thermal. It is desirable that the material be machined
riau ou le couler en lui conférant une surface régulière de or sink it by giving it a regular surface of
manière à éviter une liaison mécanique avec la matière amon- in order to avoid a mechanical connection with the
celée, qu'il soit non mouillant par rapport à la masse fon- cured, whether it is non-wetting with respect to the mass
due, et qu'il ait un faible coefficient de conductibilité thermique. Le nitrure de bore répond à tous les critères précédents. On a trouvé qu'il convenait particulièrement pour constituer un ajutage destiné à l'atomisation par gaz due, and that it has a low coefficient of thermal conductivity. Boron nitride meets all the above criteria. It has been found particularly suitable for forming a nozzle for gas atomization.
de métaux ayant un point de fusion élevé. metals having a high melting point.
On a réalisé un tube de fourniture de masse fondue semblable au tube 12 de la figure 1 en nitrure de bore et - A melt supply tube similar to the tube 12 of FIG. 1 was made of boron nitride and
trouvé qu'il assumait très bien cette fonction, en particu- found that he performed this function very well, in particular
lier en ce qui concerne les deux critères principaux exposés ci-dessus. On a trouvé que le matériau résistait aux métaux à l'état fondu à des températures de 1350 C et 1750 C. En outre, on a trouvé qu'un tube en nitrure de bore était ex- trêmement résistant aux chocs thermiques lorsqu'on versait un métal à une température de 1750 C dans le tube, alors qu'il y avait circulation sur sa surface extérieure d'un gaz relate to the two main criteria set out above. The material was found to withstand molten metals at temperatures of 1350 ° C. and 1750 ° C. In addition, it was found that a boron nitride tube was extremely resistant to thermal shock when poured. a metal at a temperature of 1750 C in the tube, while there was circulation on its outer surface of a gas
d'atomisation à une température d'environ - 200 C. Le ni- atomization at a temperature of about -200 ° C.
trure de bore a un faible coefficient de transfert de cha- boron tritium has a low heat transfer coefficient
leur par rapport à la plupart des métaux. their compared to most metals.
- Du nitrure de bore, vendu dans le commerce par la - boron nitride, sold commercially by the
Société dite Union Carbide Corporation sous la marque dépo- Union Carbide Corporation under the trade mark
sée HBR, peut s'usiner pour prendre la forme représentée en HBR, can be machined to take the form represented in
figure 1 et présente des surfaces lisses après usinage. Figure 1 and has smooth surfaces after machining.
Un autre produit, dit HBC, également commercialisé Another product, says HBC, also marketed
par la Société Union Carbide Corporation, peut être égale- by Union Carbide Corporation, may also be
ment utilisé pour constituer l'ajutage, bien qu'ayant une résistance à la rupture inférieure de moitié à celle du used to form the nozzle, although it has a breaking strength less than half that of the
produit HBR.HBR product.
Le nitrure de bore utilisé dans la fabrication des tubes de fourniture de masse fondue était apparemment mouillé modérément par le métal liquide chaud, mais ce mouillage n'avait pas une importance telle qu'il empêche son utilisation de manière satisfaisante pour constituer un tube de fourniture de masse fondue et un composant de surface The boron nitride used in the manufacture of the melt supply tubes was apparently moderately wetted by the hot liquid metal, but this wetting was not so important as to prevent its satisfactory use as a supply tube. of melt and a surface component
exposée à l'atmosphère d'atomisation d'un métal. exposed to the atomization atmosphere of a metal.
A cet égard, le nitrure de bore se comporte parti- In this respect, boron nitride behaves
culièrement bien. Il résiste à l'accumulation de métal fondu very well. It resists the accumulation of molten metal
à haute température mieux que les autres matériaux testés. at high temperature better than other materials tested.
La présente invention envisage la formation des surfaces d'un ajutage d'atomisation en nitrure de bore pour qu'elles résistent à l'amoncellement dû au jaillissement, que l'ajutage soit conforme ou non à celui de la figure 1, The present invention contemplates the formation of the surfaces of a boron nitride atomization nozzle so that they resist squirting accumulation, whether or not the nozzle complies with that of FIG.
ou qu'il soit réalisé d'une quelqu'autre manière. or it is done in some other way.
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Par exemple, on envisage la réalisation d'ajutages individuels de gaz avec des surfaces en nitrure de bore de For example, it is contemplated the realization of individual gas nozzles with surfaces of boron nitride of
manière à inhiber l'amoncellement. C'est ainsi qu'on envi- to inhibit the pile up. This is how we envision
sage de former la partie 32 de la figure 1 en nitrure de bore de manière à éviter l'adhérence de tâches métalliques it is wise to form part 32 of FIG. 1 in boron nitride so as to avoid the adhesion of metallic stains.
fondues et l'amoncellement progressif de ces tâches. melted and the gradual accumulation of these tasks.
En général, on envisage l'utilisation de nitrure de bore pour des surfaces qui sont exposées au jaillissement métallique lors du processus d'atomisation par le gaz, là o ces surfaces sont sujettes à des accumulations de particules solidifiées et o une telle accumulation gêne le déroulement In general, the use of boron nitride is contemplated for surfaces that are exposed to metal spurting during the gas atomization process, where these surfaces are prone to accumulations of solidified particles and where such accumulation interferes with flow
du processus d'atomisation.of the atomization process.
La surface 18 de la figure 1 correspond à ce type de surface pour les raisons expliquées précédemment. Le gaz provenant de l'ajutage annulaire peut balayer les particules susceptibles de se déposer sur la surface à cause de la faible adhérence entre le dépôt de la masse fondue et la The surface 18 of FIG. 1 corresponds to this type of surface for the reasons explained above. The gas from the annular nozzle can sweep away particles that may deposit on the surface because of the poor adhesion between the melt deposit and the
surface en nitrure de bore.boron nitride surface.
On peut revêtir des surfaces comme celle de la partie 32 avec du nitrure de bore ou faire des insertions de nitrure de bore de manière à profiter des caractéristiques Surfaces such as Part 32 can be coated with boron nitride or boron nitride inserts to take advantage of
de non adhérence dans le cas o les autres avantages présen- non-adhesion in the event that other benefits
tés par la résistance aux chocs thermiques et analogues ne sont pas essentiel pour le fonctionnement correct de la thermal shock resistance and the like are not essential for the proper functioning of the
pièce.piece.
Il reste du domaine de la présente invention de constituer entièrement un orifice annulaire en matériau céramique inerte tel que le nitrure de bore. A tout le moins, le matériau céramique inerte tel que le nitrure de bore doit être soit prévu, soit déposé au moins à la surface o il se produira le plus vraisemblablement une accumulation de métal solidifié. Cette partie est celle qui est la plus proche de l'endroit d'o sort le métal fondu. Il s'agit de la surface chanfreinée 18 de l'extrémité inférieure 16 du It remains within the scope of the present invention to constitute entirely an annular orifice of inert ceramic material such as boron nitride. At the very least, the inert ceramic material such as boron nitride must either be provided, or at least deposited on the surface, where a solidified metal buildup will most likely occur. This part is the one that is closest to where the molten metal comes out. This is the chamfered surface 18 of the lower end 16 of the
tube de guidage de la masse fondue.guide tube of the melt.
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