WO2025078778A1

WO2025078778A1 - Procédé de fabrication d'une poudre métallique d'alliage renforcé par dispersion de nanoparticules de céramique par fluidisation

Info

Publication number: WO2025078778A1
Application number: PCT/FR2024/051344
Authority: WO
Inventors: Fernando Pedraza Diaz; Antoine DUVAL; Germain BOISSONNET; Gilles Bonnet
Original assignee: Centre National de la Recherche Scientifique CNRS; La Rochelle Universite
Current assignee: Centre National de la Recherche Scientifique CNRS; La Rochelle Universite
Priority date: 2023-10-13
Filing date: 2024-10-11
Publication date: 2025-04-17
Anticipated expiration: 2026-04-13
Also published as: FR3154026A1

Abstract

Procédé (10) de fabrication d'une poudre métallique d'un alliage renforcé par dispersion de nanoparticules de céramique comprenant des particules métalliques sphériques formant une matrice métallique et des nanoparticules de céramique distribuées dans la matrice métallique, le procédé comprenant : introduire une poudre métallique d'alliage précurseur destinée à former la matrice métallique dans une chambre de fluidisation d'un réacteur à lit fluidisé (E1); injecter au moins un gaz de fluidisation dans la chambre de fluidisation avec un débit d'injection défini de sorte que les particules de la poudre soient mises en suspension sous l'effet de la force de traînée exercée par le gaz dans la chambre et individualisées (E2, E3); chauffer les particules de la poudre métallique mises en suspension dans le flux de gaz à une température de chauffage et pendant une durée de chauffage définies de manière à générer la formation de nanoparticules de céramique à la surface des particules métalliques et à l'intérieur des particules métalliques (E4).

Description

Titre : Procédé de fabrication d’une poudre métallique d’alliage renforcé par dispersion de nanoparticules de céramique par fluidisation

Domaine technique

[0001] La présente divulgation relève du domaine des alliages renforcés par dispersion de nanoparticules de céramique au sein de la matrice métallique.

[0002] L’invention concerne plus particulièrement un procédé de fabrication d’une poudre métallique d’alliage renforcé par dispersion de nanoparticules de céramique par fluidisation gazeuse, ainsi qu’une poudre métallique d’alliage renforcé obtenu par un tel procédé.

Technique antérieure

[0003] Il est connu de renforcer une matrice métallique par une distribution d’oxydes de dimension nanométrique visant à améliorer les propriétés mécaniques du matériau. Ce matériau est utilisé par exemple dans la fabrication des composants de la centrale électrique tels que les têtes de brûleur à gaz ou les échangeurs de chaleur fonctionnant dans des conditions extrêmes et fluctuantes. Il doit présenter de bonnes propriétés mécaniques à température élevée, une bonne résistance à la corrosion et à l’oxydation.

[0004] L’introduction de nanoparticules d’oxydes, stables en température, permet d’obtenir une microstructure spécifique, conférant ainsi au matériau une bonne tenue en fluage et une résistance à la corrosion et oxydation. En effet, les déformations d’un matériau sont gouvernées principalement par le mouvement des dislocations. L’introduction de nano-oxydes, stables en température, induit un effet d’obstacle au glissement des dislocations.

[0005] En métallurgie des poudres, le procédé pour obtenir des pièces renforcées se déroule généralement en trois étapes principales : une étape de fabrication de poudres par broyage avec de l’oxyde, par exemple de l’oxyde d’yttrium Y2O3, suivie d’une étape de consolidation réalisée par compaction isostatique et une étape de frittage afin d’augmenter la densité du matériau. Le broyage permet de répartir les particules d’oxyde de manière homogène dans la matrice métallique. Les renforts de taille nanométrique sont formés lors des phases de broyage et de consolidation de la poudre broyée. Cette méthode d’élaboration comporte plusieurs étapes successives à réaliser et nécessite des masses importantes de poudres pour obtenir des pièces. En outre, les moyens de consolidation par compaction ne permettent pas de réaliser des pièces à géométries complexes, limitant de ce fait les applications potentielles des alliages renforcés par dispersion de céramiques.

[0006] Afin de réduire le nombre d’étapes et de produire des pièces de géométrie complexe, le procédé de fabrication additive est une voie alternative possible pour produire des pièces d’alliage renforcé par dispersion d’oxydes, soit par dépôt sous énergie concentrée soit par fusion en lit de poudre.

[0007] Cependant, toutes ces méthodes de fabrication nécessitent une étape préalable de fabrication de poudres à dispersion d’oxydes. [0008] L’atomisation est le procédé le plus courant pour fabriquer une telle poudre métallique. Il consiste à pulvériser en fines gouttelettes un filet de métal en fusion exposé à un jet de gaz ou à un jet d’eau à haute pression afin d’obtenir la poudre.

[0009] Toutefois, l’atomisation n’est pas adaptée à la fabrication d’une poudre métallique renforcée à dispersion d’oxydes. En effet, ce procédé nécessite de fournir de la matière première, à savoir un métal de base qui doit contenir des renforts d’oxydes. En outre, les renforts d’oxydes n’ayant pas la même température de fusion que le métal de base, ils s’agglomèrent dans la matrice métallique, ne permettant pas d’obtenir une distribution homogène.

[0010] Il est également possible de fabriquer de la poudre métallique renforcée par dispersion d’oxydes par mécanosynthèse. Cette technique repose sur le co-broyage à haute énergie d’une première poudre métallique de base préalablement obtenue par atomisation et destinée à former la matrice métallique avec au moins une autre poudre destinée à former un renfort d’oxydes dans la matrice métallique. Au cours du broyage, au moins une partie de la poudre d’oxydes s’incorpore dans la matrice métallique. Toutefois, l’utilisation de nano-poudres d’oxydes peut engendrer des risques de sécurité et de santé. Ce procédé nécessite donc la mise en place de conditions de travail spécifiques pour prendre en compte ces contraintes, notamment de travailler par exemple dans une salle blanche, ce qui augmente les coûts de production. En outre, un tel procédé de co-broyage rend difficile la maîtrise de la formation de la poudre métallique renforcée ainsi obtenue, notamment sa composition, sa taille, sa morphologie et la distribution des renforts d’oxydes au sein de la matrice métallique. En particulier, les poudres obtenues à l’issue de l’étape de co-broyage présentent une forme géométrique déformée et ne sont plus sphériques, la sphéricité étant la géométrie idéale dans la fabrication additive.

[0011] Afin de rendre sphériques les poudres à dispersion de céramiques, il est proposé de soumettre les poudres co-broyées à un plasma thermique généré par une torche plasma pour obtenir la poudre renforcée. Cependant, le traitement plasma nécessite des conditions opératoires très précises pour obtenir des poudres de forme arrondie. En outre, le traitement par plasma thermique comprend une phase de fusion des particules et une phase de solidification, ce qui peut entraîner également une modification de la microstructure des poudres métalliques.

[0012] Un des buts de l’invention est donc de proposer un nouveau procédé de fabrication d’une poudre métallique renforcée par dispersion de nanoparticules de céramique, simple à mettre en œuvre, tout en permettant de garder la forme sphérique des particules de la poudre métalliques

[0013] Un autre but de la présente invention est de proposer un procédé qui permet d’obtenir une distribution optimale des nanoparticules de céramique dans la matrice métallique, permettant d’éventuellement réduire le glissement des dislocations et d’affiner la microstructure de la matrice métallique.

Résumé

[0014] La présente divulgation vient améliorer la situation. [0015] Il est proposé un procédé de fabrication d’une poudre métallique d’un alliage renforcé par dispersion de nanoparticules de céramique comprenant des particules métalliques sphériques formant une matrice métallique et des nanoparticules de céramique distribuées dans la matrice métallique, le procédé comprenant :

- introduire une poudre métallique d’alliage précurseur destinée à former la matrice métallique dans une chambre de fluidisation d’un réacteur à lit fluidisé (E1 );

- injecter au moins un gaz de fluidisation dans la chambre de fluidisation avec un débit d’injection défini de sorte que les particules de la poudre soient mises en suspension sous l’effet de la force de traînée exercée par le gaz dans la chambre et individualisées (E2, E3) ;

- chauffer les particules de la poudre métallique mises en suspension dans le flux de gaz à une température de chauffage et pendant une durée de chauffage définies de manière à générer la formation de nanoparticules de céramique à la surface des particules métalliques et à l’intérieur des particules métalliques (E4).

[0016] Avantageusement, les nanoparticules de céramique sont formées selon une distribution homogène à la surface des particules métalliques.

[0017] De préférence, la température de chauffage est inférieure à la température de fusion des particules de la poudre d’alliage.

[0018] Les caractéristiques exposées dans les paragraphes suivants peuvent, optionnellement, être mises en œuvre, indépendamment les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres.

[0019] L’étape de chauffage est réalisée à une température comprise entre 400 °C et 1300 °C, pendant une durée comprise entre 0,5 et 12 heures, de préférence entre 1 et 4 heures.

[0020] Le gaz de fluidisation est introduit dans la chambre selon un débit compris entre 0,4 litres/minute et 4,0 litres/minute, de préférence entre 1 et 1 ,5 litres/minute.

[0021] La poudre métallique d’alliage destinée à former la matrice métallique est choisie parmi une poudre métallique d’alliage à base de fer, une poudre d’alliage à base de nickel, une poudre d’alliage à base de nickel-cuivre.

[0022] Selon un mode de réalisation, la poudre métallique d’alliage à base de fer est une poudre comprenant en poids :

- 19,0 % à 23,5 % de chrome (Cr) ;

- 4,5 % à 5,5% d’aluminium (Al) ;

- inférieur à 0,7 % de silicium (Si) ;

- inférieur à 0,4 % de manganèse (Mn) ;

- inférieur à 0,08% en poids de carbone (C). [0023] Les nanoparticules de céramique formées à la surface des particules de la poudre métallique à base de fer sont des oxydes Fe2Os, a-AhCh, et les nanoparticules de céramique formées à l’intérieur des particules de la poudre métallique à base de fer sont des oxydes AhO,

[0024] Selon un autre mode de réalisation, la poudre d’alliage à base de nickel est une poudre comprenant en poids :

26,0 % à 30,0 % de chrome (Cr) ;

1 ,9% à 3,0 % de d’aluminium (Al) ; inférieur à 2,5% de fer (Fe) ; inférieur à 0,6% de titane (Ti).

[0025] Les nanoparticules de céramique formées à la surface des particules de la poudre métallique à base de nickel sont NiC^CU. Cr2Û3, AI2O3, et les nanoparticules de céramique formées à l’intérieur des particules de la poudre métallique à base de nickel sont AI2O3 et/ou C^Chou mélanges des deux oxydes.

[0026] Selon encore un autre mode de réalisation, la poudre métallique d’alliage à base de nickel- cuivre est une poudre comprenant en poids :

- 27,8% à 34,2 % de cuivre (Cu) ;

- inférieur à 2,5 % de fer (Fe) ;

- inférieur à 2,1 % de manganèse (Mn) ;

- 1 % de titane (Ti).

[0027] Les nanoparticules de céramique formées à la surface des particules de la poudre métallique à base de nickel-cuivre sont des oxydes mixtes de Ni/Cu/Mn et les nanoparticules de céramique formées à l’intérieur des particules de la poudre métallique à base de nickel- cuivre sont des nitrures de TiN.

[0028] De préférence, le gaz de fluidisation est choisi parmi l’argon, l’azote ou l’air sec ou un mélange desdits gaz.

[0029] Selon un autre aspect, il est proposé une poudre métallique d’alliage renforcé par dispersion de nanoparticules de céramique obtenue par le procédé de fabrication tel que défini ci-dessus, comprenant une matrice métallique formée par des particules métalliques d’alliage et des nanoparticules de céramique formées à la surface des particules métalliques et à l’intérieur des particules métalliques.

[0030] Avantageusement, les particules métalliques d’alliage renforcé présentent un coefficient de circularité moyen qui est compris entre 0,9 et 1.

[0031] Selon un mode de réalisation, la poudre métallique d’alliage formant la matrice métallique est une poudre à base de fer comprenant 19,0%-23,5% en poids de chrome (Cr), 4,5% - 5,5% en poids d’aluminium (Al), inférieur à 0,7% en poids de silicium (Si), inférieur à 0,4% en poids de manganèse (Mn) et inférieur à 0,08% en poids de carbone (C), et les nanoparticules de céramique formées à la surface des particules de la poudre métallique à base de fer sont Fe2Û3, a-AhCh, et les nanoparticules de céramique formées à l’intérieur des particules de la poudre métallique à base de fer sont AI2O3.

[0032] Selon un autre mode de réalisation, la poudre métallique d’alliage formant la matrice métallique est une poudre à base de nickel comprenant, principalement, 26%-30% en poids de chrome (Cr), 1 ,9%-3,0% en poids d’aluminium (Al), inférieur à 2,5% de fer (Fe), inférieur à 0,6% de titane (Ti), les nanoparticules de céramique formées à la surface des particules de la poudre métallique à base de nickel sont NiC^CU. Cr2Û3, AI2O3, et les nanoparticules de céramique formées à l’intérieur des particules de la poudre métallique à base de nickel sont AI2O3 et/ou C^Ch ou mélanges des deux oxydes.

[0033] Selon encore un autre mode de réalisation, la poudre métallique d’alliage formant la matrice métallique est une poudre à base de nickel-cuivre comprenant, 27,8%-34,2 % en poids de cuivre (Cu), inférieur à 2,5% en poids de fer (Fe), inférieur à 2,1 % en poids de manganèse, et 1 % en poids de titane (Ti), et les nanoparticules de céramique formées à la surface des particules de la poudre métallique à base de nickel-cuivre sont des oxydes mixtes de Ni/Cu/Mn et les nanoparticules de céramique formées à l’intérieur des particules de la poudre métallique à base de nickel- cuivre sont des nitrures TiN.

[0034] De préférence, les particules métalliques de la poudre d’alliage ont un diamètre médian compris entre 3 pm et 50 pm.

[0035] De préférence, les nanoparticules de céramique ont un diamètre médian compris entre 10 nm et 500 nm.

Brève description des dessins

[0036] D’autres caractéristiques, détails et avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après et à l’analyse des dessins annexés, sur lesquels :

Fig. 1

[0037] [Fig. 1] La figure 1 montre une vue schématique de section d’une installation de réacteur à lit fluidisé utilisé dans un procédé de fabrication de particules métalliques d’alliage renforcé par dispersion de céramiques selon un mode de réalisation.

Fig. 2

[0038] [Fig. 2] La figure 2 montre un organigramme illustrant un procédé de fabrication de particules métalliques d’alliage renforcées par dispersion de céramiques selon un mode de réalisation.

Fig. 3

[0039] [Fig. 3] La figure 3 montre une vue schématique de section du réacteur à lit fluidisé et du four de la figure 1 dans une configuration où les particules sont dans un régime fixe. [0040] [Fig. 4] La figure 4 montre une vue schématique de section du réacteur à lit fluidisé et du four de la figure 1 dans une configuration où les particules sont dans un régime fluidisé.

Fig. 5

[0041] [Fig. 5] La figure 5 montre une image de microscopie électronique à balayage (MEB) montrant la distribution et la morphologie sphérique d’une poudre métallique d’alliage à base de fer (AM100) à différents grossissements destinés à être introduite dans le réacteur à lit fluidisé.

Fig. 6

[0042] [Fig. 6] La figure 6 montre des images MEB en électrons secondaires de la morphologie de surface des particules AM100 après 4 heures d’oxydation dans le réacteur à lit fluidisé à 650°C (a, b), 800°C (c, d), 1050°C (e, f).

Fig. 7

[0043] [Fig. 7] La figure 7 montre (a) une image MEB en électrons secondaires montrant la surface de la poudre métallique d’alliage à base de fer montrant la dispersion d’oxydes AI2O3 à la surface d’une particule et (b) une image MEB en électrons rétrodiffusés d’une section transversale d’une particule AM100 montrant la dispersion d’oxydes AI2O3 à l’intérieur de la particule après avoir soumis les particules à une fluidisation sous air à 1050°C pendant 4h.

Fig. 8A

[0044] [Fig. 8A] La figure 8A représente une image de microscopie électronique à balayage (MEB) d’une particule d’une poudre métallique d’alliage à base de Ni_Cu (Alliage 400) après avoir été traité pendant 4 heures dans le réacteur à lit fluidisé à 800 °C.

Fig. 8B

[0045] [Fig. 8B] La figure 8B est un agrandissement d’une zone de l’image de la figure 8A, montrant la ségrégation des nanoprécipités (NP) de TiN au niveau des joints de grains.

Fig. 8C

[0046] [Fig. 8C] La figure 8C est une image d’analyse chimique de la figure 8B.

Fig. 9A

[0047] [Fig. 9A] La figure 9A représente une image de microscopie électronique à balayage (MEB) de la section transversale d’une particule d’une poudre métallique d’alliage à base de Ni_Cu (Alliage 400) après avoir été traité pendant 4 heures dans le réacteur à lit fluidisé à 800 °C.

Fig. 9B

[0048] [Fig. 9B] La figure 9B est un agrandissement d’une zone de l’image de la figure 9A montrant la ségrégation des nanoprécipités de TiN au niveau des joints de grains.

Fig. 10 [0049] [Fig. 10] La figure 10 représente une image de microscopie électronique à transmission montrant la taille nanométrique des nanoprécipités de TiN, et une image d’analyse chimique du Ti dans l’encadré montrant la ségrégation des nanoprécipités de TiN au niveau des joints de grains.

Fig. 11

[0050] [Fig. 11] La figure 11 représente une image de microscopie électronique à transmission d’une pièce réalisée avec la poudre métallique à base de Ni_Cu renforcée selon le procédé de la présente invention et montre la ségrégation des nanoprécipités TiN au niveau des parois cellulaires qui freinent la propagation des dislocations.

Description des modes de réalisation

[0051] La figure 1 illustre schématiquement une installation de réacteur à lit fluidisé 100 utilisée dans un procédé de fabrication de particules métalliques d’alliage renforcé par dispersion de nanoparticules de céramique selon un mode de réalisation.

[0052] L’installation 100 comprend un réacteur à lit fluidisée 101 , un capteur de pression différentiel, 106, un four 105, une unité de récupération de particules résiduelles et de gaz 102, une unité d’injection de gaz de fluidisation 103 et une unité de commande et d’acquisition de données 104.

[0053] Le réacteur à lit fluidisé 101 comprend une chambre de fluidisation 113, à axe vertical, présentant une forme sensiblement cylindrique. A titre d’exemple, la chambre a un diamètre intérieur de 53,1 mm et une hauteur de 500 mm. La chambre comprend une partie inférieure et une partie supérieure. La partie inférieure comprend un support métallique poreux 109 sur lequel sont disposées les particules métalliques 1 à fluidiser. Le diamètre moyen des pores est par exemple de 2,5 pm. Le diamètre des pores est inférieur à la taille des particules de la poudre introduites dans la colonne. Le support métallique a également pour fonction d’assurer une distribution homogène du gaz dans la colonne.

[0054] Le réacteur 101 comprend dans sa partie inférieure une entrée de gaz de fluidisation 107 connectée à l’unité d’injection de gaz 103 via un circuit de d’alimentation en gaz 117 et un plénum 112 qui est séparé de la chambre de fluidisation par le support poreux 109. Le gaz ou les gaz est/sont injecté(s) à l’entrée des gaz 107. Dans le cas où il y a plusieurs gaz injectés, les gaz sont mélangés de manière homogène dans le plénum, avant d’être distribués de manière homogène vers le support poreux 109.

[0055] Le réacteur 101 comprend dans sa partie supérieure une sortie de gaz 108 connectée à l’unité de récupération de gaz et de particules métalliques fines 102 via un circuit de sortie de gaz.

[0056] L’étanchéité de la chambre 113 est assurée par la présence de joints en élastomère au niveau des brides d’attache supérieure et inférieure.

[0057] La chambre de fluidisation 113 est entourée par un système de chauffage externe 105, composé par exemple d’un four électrique qui est constitué de deux parties venant entourer la paroi externe de la chambre. La température du four est ajustée par l’intermédiaire d’un thermocouple (non illustré sur la figure). Le suivi de la température au sein de la chambre s’effectue via un thermocouple placé dans la chambre.

[0058] L’unité d’alimentation de gaz 103 est configurée pour injecter un gaz de fluidisation ou un mélange de plusieurs gaz de fluidisation selon le besoin du procédé. L’unité d’alimentation de gaz comprend en outre des débitmètres 111 et des valves 114 positionnés sur le circuit d’alimentation de gaz pour contrôler la nature du gaz de fluidisation à injecter dans la colonne, le mélange des gaz, et le débit du gaz injecté. En particulier, le débit des gaz injectés est ajusté de sorte que la vitesse de fluidisation soit suffisante pour entraîner les particules dans un flux gazeux pour former un lit fluidisé. Les particules sont alors séparées les unes des autres et adoptent le comportement d’un fluide.

[0059] Sur la figure 1 , l’unité d’alimentation de gaz 103 comprend par exemple trois sous-unités d’alimentation de gaz, à savoir Ar, N2 ou air sélectionné comme gaz de fluidisation. Chaque sous- unité comprend un débitmètre 111 et deux valves 114 positionnées respectivement en amont et en aval du flux de gaz.

[0060] L’unité de récupération de gaz et de particules fines 102 comprend un système de refroidissement 110, un réservoir de récupération de gaz 115 et un réservoir de récupération de particules fines 116 emportées par le flux de gaz vers la sortie de la colonne. Les particules récupérées sont les particules les plus fines, dont la dimension est inférieure à la limite déterminée par la vitesse du gaz de fluidisation injecté, qui sont entraînées vers le haut de la chambre et sont dirigées vers la sortie de la chambre.

[0061] La perte de charge totale subie par le gaz, lorsque celui-ci traverse le support métallique ainsi que lit de poudres, est mesuré par l’intermédiaire d’un capteur de pression différentiel 106. Les prises de pression sont situées sous le support métallique et en sortie de la chambre et sont reliées au capteur différentiel.

[0062] L’unité de commande et d’acquisition de données 104 est reliée à l’unité d’alimentation de gaz 103, aux thermocouples (non illustrés) et au capteur de pression différentiel 106 pour enregistrer les signaux issus des débitmètres, du capteur de pression différentiel et des thermocouples. L’unité de commande est également configurée pour les commander de manière à ajuster le débit des gaz de fluidisation, la température de chauffage et la durée de chauffage.

[0063] Il est maintenant fait référence à la figure 2 qui illustre un procédé de fabrication de particules métalliques d’alliage renforcé par dispersion de nanoparticules de céramique selon un mode de réalisation.

[0064] En référence à la figure 2, le procédé de fabrication de particules d’une poudre métallique d’un alliage renforcé par dispersion de nanoparticules de céramique comprend les étapes suivantes :

- introduire une poudre métallique d’alliage 1 destinée à former une matrice métallique dans la chambre de fluidisation 113 du réacteur à lit fluidisé 101 ;

- injecter au moins un gaz de fluidisation dans la chambre de fluidisation avec un débit d’injection défini de manière à entraîner les particules de la poudre dans un flux gazeux et de les mettre en suspension sous l’effet de la force de traînée exercée par le gaz et de les séparer les unes des autres;

- chauffer les particules de la poudre métallique mises en suspension dans le flux de gaz à une température de chauffage et pendant une durée de chauffage définies de manière à générer la formation de nanoparticules de céramique à la surface des particules métalliques et à l’intérieur des particules métalliques.

[0065] Au sens de la présente invention, les nanoparticules de céramique sont des matériaux constitués de liaison ionique ou covalente ou mélange des deux sous proportions variables.

[0066] De manière avantageuse, les nanoparticules sont formées selon une distribution homogène à la surface des particules métalliques.

[0067] Selon le procédé de fabrication de l’invention, dans le réacteur à lit fluidisé, grâce à la combinaison de la fluidisation, du milieux gazeux contrôlé, de la nature du gaz et du chauffage, le ou les gaz injectés réagissent avec les particules de la poudre métalliques pour provoquer une réaction hétérogène solide-gaz, telle qu’oxydation, ou nitruration, permettant ains la germination de nanoparticules de céramique non seulement sur la surface des particules mais également à l’intérieur des particules, tout en maintenant la sphéricité des particules de la poudre.

[0068] Un tel résultat est inattendu pour l’homme du métier. En effet, de manière générale, le traitement des matériaux en lit fluidisé est le plus souvent utilisé pour l’enrobage de particules destinées à divers usages, parfois même pour les revêtir via des procédés de dépôt chimique en vapeur. Or, tous ces phénomènes donnent lieu à des réactions de surface, sans qu’aucune approche n’ait jamais été développée en vue de générer une dispersion de nanoparticules de céramique, par exemple d’oxydes ou de nitrures à l’intérieur des particules, et notamment créer une dispersion depuis la surface des particules jusqu’au plein centre des particules.

[0069] De manière avantageuse, le procédé de fabrication de l’invention permet de contrôler la taille et la dispersion des nanoparticules de céramique germées dans la matrice métallique.

[0070] Également de manière avantageuse, le procédé de fabrication de l’invention permet de conserver la sphéricité des particules de la poudre métallique. Contrairement au procédé de mécanosynthèse, il n’est plus nécessaire de broyer un mélange de poudres constitué d’une poudre métallique, destinée à former la matrice métallique, et d’une poudre complémentaire, destinée à former les particules d’oxydes pour réaliser la dispersion et l’incorporation de particules d’oxydes dans la matrice métallique.

[0071] Dans une étape E1 , une poudre métallique destinée à être renforcée est introduite dans le réacteur à lit fluidisé. Les particules de la poudre métalliques sont versées dans la chambre et disposées sur le support métallique poreux 109.

[0072] La poudre métallique est par exemple obtenue préalablement par la technique d’atomisation.

[0073] Les particules de la poudre métallique d’alliage destinée à former la matrice métallique ont un diamètre médian compris entre 3 pm et 50 pm. [0074] Le diamètre médian d’une poudre est la taille pour laquelle 50% de la population des particules composant cette poudre a une taille inférieure au diamètre médian.

[0075] Les mesures ont été réalisés par exemple avec un analyseur connu CAMSIZER X2 et un appareil à écoulement à effet Hall.

[0076] La poudre métallique d’alliage destinée à former la matrice métallique peut par exemple être choisie parmi un alliage à base de fer, un alliage à base de nickel ou un alliage à base de nickel- cuivre.

[0077] L’alliage à base de fer (AM 100) peut comprendre en poids :

- 19,0 % à 23,5 % en poids de chrome (Cr) ;

- 4,5 % à 5,5% en poids d’aluminium (Al) ;

- inférieur à 0,7 % en poids de silicium (Si) ;

- inférieur à 0,4 % en poids de manganèse (Mn) ;

- inférieur à 0,08% en poids de carbone (C).

[0078] L’alliage à base de nickel (699XA) peut comprendre en poids :

- 26,0 % à 30,0 % de chrome (Cr) ;

- 1 ,9% à % d’aluminium (Al) ;

- inférieur à 2,5% de fer (Fe) ;

- inférieur à 0,6% de titane (Ti) ;

- inférieur à 0,50 de niobium, de silicium, de cuivre et de manganèse ;

- inférieur à 0,10% de carbone.

[0079] L’alliage à base de nickel-cuivre (400) peut comprendre en poids :

- 27,8% à 34,2 % de cuivre ;

- inférieur à 2,5 % de fer ;

- inférieur à 2,1 % de manganèse ;

- inférieur à 0,55 d’aluminium et de silicium ;

- inférieur à 0,20 % de carbone ;

- le reste étant principalement du nickel.

[0080] La poudre métallique ne présente aucune nanoparticule de céramique avant son introduction dans le réacteur à lit fluidisé. Dans la suite de la description, cette poudre métallique destinée à être renforcée est également appelée la poudre précurseur. [0081] Les particules présentent un coefficient de circularité compris entre 0,9 et 1. Le coefficient de circularité moyen d’une poudre peut être obtenu automatiquement à l’aide d’un appareil d’analyse d’image.

[0082] La figure 3 montre une vue schématique en coupe du réacteur à lit fluidisé de l’installation de la figure 1. La poudre métallique introduite dans la chambre de fluidisation repose sur le support métallique poreux. Les particules forment ainsi un lit fixe.

[0083] Dans une étape d’injection de gaz de fluidisation E2, un ou plusieurs gaz de fluidisation est(sont) tout d’abord injecté(s) en continu dans le plénum par l’entrée de gaz. Le gaz traverse ensuite le support poreux.

[0084] Le gaz de fluidisation peut être injecté dans le plénum selon un débit compris entre 0,40 litres/minute et 4,0 litres/minute, de préférence entre 1 litre/minute et 1 ,5 litres/minute. Ce débit est défini selon le diamètre du réacteur, la charge des particules, c’est-à-dire la hauteur dans le réacteur et les caractéristiques physiques des poudres qui sont principalement la densité, la viscosité et la morphologie des particules.

[0085] Le contrôle de la fluidisation de la poudre est effectué par des régulateurs de pression et des débitmètres.

[0086] A très faible vitesse du gaz de fluidisation, les particules sont dans un régime fixe.

[0087] Les paramètres de la fluidisation opérée pour mettre les particules en suspension et les séparer les unes des autres peuvent être définis préalablement, par exemple par itération, en fonction de la taille des particules de la poudre, de la densité des particules, de la quantité de la poudre, de la densité et de la viscosité du gaz utilisé, et de la taille de la chambre de fluidisation.

[0088] Ainsi, il est possible d’établir la vitesse minimale de fluidisation selon une technique connue de perte de pression entre la sortie et l’entrée des gaz par rapport à la vitesse des gaz.

[0089] A titre d’exemple, la vitesse minimale de fluidisation Umf est déterminée expérimentalement avec différents gaz de fluidisation, argon, azote et air, pour des poudres sphériques en alliage à base de nickel (699XA), ayant une granulométrie de 30 pm, à température ambiante et sous 2 bars de pression, pour différents rapports Ho/D, Ho étant la hauteur du lit de poudres avant fluidisation et D le diamètre de la chambre du réacteur.

[0090] Le tableau 1 ci-dessous représente la vitesse minimale de fluidisation selon la quantité de poudre (particules sphériques) d’alliage à base de nickel, de diamètre moyen 30pm, et le type de gaz de fluidisation employé. Le résultat montre que plus la densité du gaz augmente, moins grande est la vitesse de fluidisation requise.

[0091] [Tableau 1]

[0092] Dans une étape de fluidisation E3, après le passage du support poreux, la force de poussée exercée par le gaz sur les particules est suffisante pour compenser leur poids, à partir d’une vitesse du fluide communément appelée vitesse minimale de fluidisation. Les particules sont individualisées et mises en suspension dans la chambre de fluidisation. Les particules sont mises en suspension dans le flux gazeux et en mouvement les unes par rapport aux autres. L’état du système solide-gaz est comparable à celui d’un fluide.

[0093] La figure 4 montre une vue schématique en coupe du réacteur à lit fluidisé de la figure 1 dans une situation où les particules sont mises en suspension dans la chambre, dans le flux de gaz. Les particules sont séparées les unes des autres. Les particules sont ainsi individualisées et toute la surface de la particule est en contact avec le gaz, permettant ainsi une réaction optimale solide-gaz.

[0094] Dans l’étape de chauffage E4 qui est appliqué lorsque les particules sont fluidisées, le chauffage est appliqué par le four vertical qui vient entourer la paroi externe de la chambre. Le milieu solide-gaz est chauffé à une certaine température et pendant une certaine durée qui sont définies de manière à provoquer une réaction hétérogène solide-gaz, telle qu’oxydation ou nitruration dans la matrice métallique.

[0095] Le chauffage peut être appliqué avec une température comprise entre 400°C et 1300°C et une durée comprise entre 0,5 heures et 12 heures, de préférence entre 1 heure et 4 heures.

[0096] La température à l’intérieur de la chambre de fluidisation est contrôlée par exemple à l’aide d’un ou plusieurs thermocouples introduits dans la chambre afin de pouvoir contrôler et ajuster la température de manière à favoriser la réaction d’oxydation ou de nitruration dans le réacteur.

[0097] Un tel milieu solide-gaz chauffé est particulièrement intéressant pour provoquer et favoriser les échanges de chaleur entre le gaz et les particules et les réactions chimiques entre les particules et les gaz. Les particules de la poudre métallique d’alliage subissent alors une modification par formation de nanoparticules de céramique, par exemples des nanoparticules d’oxydes ou de nitrures.

[0098] L’essai qui sera décrit plus en détail ci-dessous, réalisé avec la poudre d’un alliage à base de fer (AM 100), montre par exemple une dispersion d’oxydes non seulement à la surface des particules mais également à l’intérieur des particules.

[0099] La nature des nanoparticules de céramique obtenues dépend de la température du chauffage appliqué, de la durée du chauffage, mais aussi de la taille des particules.

[0100] Avantageusement, le procédé de fabrication de la présente invention permet de faire germer des nanoparticules de céramique sur la surface des particules et à l’intérieur des particules sans déformer les particules de forme initiale sphérique. En effet, le procédé de fabrication de la présente invention ne nécessite pas de broyage ni de compaction des particules de la poudre.

[0101] A l’issue de l’étape de chauffage des particules fluidisées, une poudre métallique d’un alliage renforcé par dispersion de nanoparticules de céramique est obtenue. Les particules de cette poudre renforcée présentent une taille et une sphéricité proches ou identiques à celle de la poudre précurseur obtenue à l’issue de l’étape d’atomisation, avant son introduction dans la chambre de fluidisation.

[0102] Les particules métalliques de la poudre d’alliage renforcée ont un diamètre médian compris entre 3 pm et 50 pm.

[0103] Grâce à la réaction d’oxydation provoquée par une combinaison de la fluidisation, du chauffage et du milieux gazeux, les particules de la poudre métallique comprennent désormais des nanoparticules dispersées de manière homogène non seulement à la surface des particules (figure 6) mais également à l’intérieur des particules (figure 7).

[0104] La distribution homogène des nanoparticules dans la matrice métallique permet d’assurer des propriétés mécaniques homogènes dans l’ensemble de la poudre.

[0105] Ces nanoparticules de céramique ont un diamètre médian compris entre 10 nm et 500 nm.

[0106] Les particules de la poudre métallique renforcée présentent un coefficient de circularité compris entre 0,9 et 1 . Pour une poudre, plus la valeur de ce coefficient est proche de 1 , plus grande est la proportion des particules de cette poudre qui ont une morphologie proche de la sphère.

[0107] Le coefficient de circularité moyen d’une poudre peut être obtenu automatiquement à l’aide d’un appareil d’analyse d’image.

[0108] La poudre d’alliage renforcé par dispersion de nanoparticules de céramique obtenue par le procédé de fabrication de la présente invention est particulièrement adaptée pour être utilisée, par exemple, dans des techniques de fabrication additive pour réaliser des pièces de forme et de géométrie complexes. Grâce à la dispersion homogène des nanopoudres céramiques, la pièce obtenue présente des propriétés mécaniques homogènes, et ce quelle que soit la direction de sollicitation mécanique de cette pièce.

[0109] A titre d’exemple, trois types de poudres précurseurs sont indiqués ci-dessous ainsi que les nanoparticules formées.

[0110] Typiquement, lorsque la poudre métallique d’alliage précurseur ou initial est une poudre à base de fer comprenant 19,0% - 23,5% en poids de chrome (Cr), 4,5%-5,5% en poids d’aluminium (Al), inférieur à 0,7% en poids de silicium (Si), inférieur à 0,4% en poids de manganèse (Mn) et inférieur à 0,08% en poids de carbone (C), les nanoparticules de céramique formées à la surface des particules de la poudre métallique à base de fer sont Fe2O3, AI2O3, et les nanoparticules de céramique formées à l’intérieur des particules de la poudre métallique à base de fer sont AI2O3.

[0111] L’essai ci-dessous montre la formation des nanoparticules de Fe2O3 à une température comprise entre 750°C et 800°C, la formation des nanoparticules de a-AhOs à une température comprise entre 800°C et 1100°C, après 4 heures sous air sec.

[0112] Lorsque la poudre métallique d’alliage formant la matrice métallique est une poudre à base de nickel comprenant, principalement, 26,0%-30,0% en poids de chrome (Cr), 1 , 9-3,0% en poids d’aluminium (Al), les nanoparticules de céramique formées à la surface des particules de la poudre métallique à base de nickel sont NiC^CU. Cr2Û3, AI2O3, et les nanoparticules de céramique formées à l’intérieur des particules de la poudre métallique à base de nickel sont Cr2Os.

[0113] Lorsque la poudre métallique d’alliage formant la matrice métallique est une poudre à base de nickel-cuivre comprenant, principalement, 27,8%-34,2% en poids de cuivre (Cu), inférieur à 2,5% en poids de fer (Fe) et inférieur à 2,1 % de manganèse, les nanoparticules de céramique formées à la surface des particules de la poudre métallique à base de nickel-cuivre sont des oxydes mixtes de Ni/Cu/Mn et les nanoparticules de céramique formées à l’intérieur des particules de la poudre métallique à base de nickel- cuivre sont des nitrures TiN.

[0114] Exemples

[0115] Mise en œuyre du procédé de fabrication d’une poudre d’alliage à base fer renforcé selon l’invention

[0116] Une poudre d’alliage à base de fer comprenant 22% en poids de chrome (Cr), 5% en poids d’aluminium (Al), 0,5% en poids de silicium (Si), 0,3% en poids de manganèse (Mn) et 0,05% en poids de carbone (C) est obtenue préalablement par atomisation et fournie par la société Kanthal.

[0117] Les caractéristiques des particules utilisées dans l’essai sont indiquées ci-dessous dans le Tableau 2.

[0118] [Tableau 2]

[0119] La figure 5 représente une image par microscopie électronique à balayage (MEB) montrant la morphologie sphérique de la poudre initiale d’alliage à base de fer (AM100) du tableau 2, produite par atomisation, à différents grossissements : 300 pm, 20 pm et 2 pm. Les particules de cette poudre métallique présentent un coefficient de circularité de 0,91. D’après les analyses, les particules ne contiennent aucune nanoparticule de céramique.

[0120] La poudre précurseur est introduite ensuite dans le réacteur à lit fluidisé.

[0121] Un débit d’air sec a été réglé à 1 ,2 L/minute et la perte de charge ou la pression différentielle entre le haut et le bas du réacteur a été mesurée par un manomètre différentiel avec une résolution de 0, 1 mbar pour contrôler l’étape de fluidisation.

[0122] Les essais ont été réalisés avec un rapport Ho/D = 1 , Ho étant la hauteur du lit de poudres avant la fluidisation et D le diamètre de la chambre du réacteur.

[0123] Le chauffage a été appliqué par rampes de chauffage, suivies de refroidissement, respectivement à 10°C/minute et 20°C/minute, pendant 4 heures, afin de former les nanoparticules de céramique. [0124] Les poudres obtenues à l’issue du procédé de fabrication ont été caractérisées par microscopie à balayage électronique (MEB) en électrons secondaires et par microscopie Raman.

[0125] L’analyse par spectroscopie Raman a permis de montrer que les particules de la poudre métallique sont oxydées après 4 heures dans l'air sec dans le réacteur à lit fluidisé pour une température allant de 550°C à 1100°C. Des nanoparticules Fe2Û3 et deux phases d'alumine (a-AhCh et 0-AI2O3) ont été identifiées. Les nanoparticules Fe2Û3 sont détectées à la surface des particules à basse température (de 550°C à 750°C). À des températures intermédiaires (750°C à 1000°C), des nanoparticules de type a-AhCh et 0-AI2O3 commencent à germer. À des températures plus élevées, supérieures à 1000°C, des nanoparticules a-AhCh sont détectées à la surface des particules.

[0126] La figure 6 représente des images MEB en électrons secondaires montrant la morphologie de surface de particules AM100 de tailles différentes, après 4 h d’oxydation dans le réacteur à lit fluidisé à 650°C (a, b), 800°C (c, d), 1050°C (e, f).

[0127] Les images montrent que la combinaison de la fluidisation et du chauffage selon le procédé de fabrication de l’invention permet d’obtenir une poudre d’alliage renforcé par dispersion de nanoparticules de céramique. De manière avantageuse, les particules de poudre conservent leur forme sphérique. Les nanoparticules formées présentent un diamètre médian compris entre 10 nm et 300 nm.

[0128] L’image (a) de la figure 6 montre que l’oxyde semble se développer à partir des joints de grains avant de se propager vers la surface des grains après 4 heures de chauffage à 650°C sous air sec.

[0129] L’image (c) de la figure 6 montre qu’à 800°C une couche d’oxyde plus compacte et dense est formée et couvre toute la surface de la particule.

[0130] L’image (e) de la figure 6 montre qu’à 1050°C une couche composée uniquement de a-AhCh est formée à la surface des particules.

[0131] La comparaison entre des particules de différentes tailles a permis de montrer des vitesses de croissance des nanoparticules d’oxydes différentes en fonction de la taille des particules. Les essais montrent que les particules les plus petites, inférieures à 30 pm, sont plus oxydées que les particules plus grosses, supérieures à 30 pm, avec les mêmes conditions d’oxydation.

[0132] La figure 7 montre (a) une image MEB en électrons secondaires de la surface de la poudre métallique d’alliage à base de fer (AM100) et (b) une image MEB en électrons rétrodiffusés d’une section transversale d’une particule AM 100, montrant la présence d’une dispersion d’oxydes de type AI2O3 à l’intérieur de la particule après avoir soumis les particules à une fluidisation sous air à 1050°C pendant 4h.

[0133] Des essais similaires ont été menés avec des poudres précurseurs à base de nickel (699XA) et à base de nickel-cuivre (400 + Ti).

[0134] Les caractéristiques de ces poudres sont résumées dans le Tableau 3 ci-dessous.

[0135] [Tableau 3]

[0136] Les analyses ont permis d’identifier, par exemple, la formation de nanoparticules de Cr2Û3 à la surface des particules de la poudre métallique à base de nickel et des oxydes a-AhCh à l'intérieur des particules, après une oxydation à 1100°C pendant 30 minutes sous air dans le réacteur à lit fluidisé.

[0137] Pour la poudre d’alliage à base de nickel-cuivre (400+Ti), les analyses ont permis d’identifier la formation de nanoparticules de Ni/Cu/Mn à la surface des particules de la poudre et la formation de nanoparticules de céramique TiN à l’intérieur des particules de la poudre métallique après une nitruration à 1 100°C pendant 4 heures sous N2.

[0138] Mise en œuyre du procédé de fabrication d’une poudre d’alliage à base de nickel-cuiyre renforcée (400 + Ti) selon l’invention

[0139] Une poudre d’alliage à base de nickel comprenant 65,0% en poids de nickel (Ni), 31.5% en poids de cuivre (Cu), 2,0% en poids de fer (Fe), 1 ,0% en poids de manganèse (Mn), 0,2% en poids de silicium (Si), 0,2% en poids d’aluminium (Al), 0,1 % en poids de carbone (C), enrichie en titane a été obtenue préalablement par atomisation.

[0140] La poudre d’alliage a été ensuite renforcée selon le procédé de la présente invention, afin de former des nano dispersions de TiN dans les poudres d’alliage à base de Ni_Cu.

[0141] L’alliage renforcé peut être utilisé dans divers domaines d’application : échangeurs de chaleur, tubes chauffants contenant de l'eau d'alimentation/de la vapeur, des installations offshores, et des évaporateurs (milieux acides, exemple, acide nitrique) et réducteurs, par exemple, sels alcalins pouvant opérer à de températures élevées. Cet alliage peut être utilisé notamment pour des échangeurs de chaleur qui nécessitent des tenues mécaniques élevées à plus hautes températures que celles typiquement employées dans des centrales de reformage de la vapeur.

[0142] La poudre a été traitée dans la chambre à lit fluidisé avec une température de 800°C, en présence d’un débit constant d’azote gazeux de 1 ,2 L/minute pendant quatre heures.

[0143] La densité brute qui en résulte est d’environ 4,7 g/cm³ et une fluidité d’environ 15,2 s/50g. La distribution de taille des particules est de dio = 20.2 pm, dso = 38.8 pm et dgo = 59.8 pm. Ces propriétés sont comparables à celles de la poudre non traitée par le procédé de renforcement de la présente invention (fluidité de -14.5 s/50 g, distribution de taille de particules de dio = 21 .3 pm, dso = 37.9 pm et dgo = 58.1 pm). Ainsi, les particules renforcées avec le procédé de la présente invention ne requièrent pas une adaptation particulière lors la fabrication des pièces par fabrication additive.

[0144] Les figures 8A-8C représentent deux images MEB (microscopie électronique à balayage) et une analyse EDS montrant la surface des particules renforcées avec la nanodispersion de Ti.

[0145] Les figures 9A-9B représentent des images de la section transversale des particules traitées. [0146] Les résultats montrent que la nanodispersion des nitrures de Ti (TiN) s’accroît de 0,66% passant de 0,22% pour les poudres non-modifiées à 0,88% avec les poudres modifiées. Ces nanodispersions présentent une taille maximale de 150 nm avec une majorité entre 50-100 nm (Figure 9B) et se retrouvent principalement au niveau des joints de grain des matériaux à la surface de la particule mais également dans le volume de la particule.

[0147] Les résultats montrent que le traitement selon le procédé de la présente invention permet une augmentation significative des nanoparticules TiN. Les poudres sont restées à l’état solide pendant le traitement, le mécanisme d’absorption de l’azote sur la face interne des particules est contrôlé par diffusion. Au cours du traitement, l’azote s’est donc diffusé profondément dans le volume de la particule le long des joints de grains, formant du TiN.

[0148] La figure 10 représente une image de microscopie électronique à transmission montrant la taille nanométrique des nanoprécipités de TiN. L’encadré sur la figure 10 représente une image d’analyse chimique du Ti montrant la ségrégation des nanoprécipités au niveau des joints de grain.

[0149] La figure 11 représente une image de microcopie électronique à transmission d’une pièce fabriquée à partir de la poudre d’alliage renforcée à base de Ni-Cu. L’image montre une ségrégation des nanoprécipités de TiN au niveau des parois cellulaires qui permet de freiner l’avancée des dislocations, permettant ainsi de croître la résistance mécanique.

[0150] Des essais de résistance à la traction, à l’élongation et à la traction ont été réalisés respectivement sur un échantillon non traité (Echantillon A), un échantillon (Echantillon B) traité par un procédé d’atomisation par voie de gaz où un gaz réactif est injecté, par exemple de l’oxygène ou l’azote pour introduire, in situ, des nitrures dans les poudres atomisées et un échantillon (Echantillon C) traité selon le procédé de la présente invention.

[0151] Les résultats montrent que la résistance est plus élevée pour les deux échantillons traités B et C par rapport à l’échantillon non traité. La résistance à la traction est similaire jusqu’à 400°C pour les deux échantillons traités B et C. Cependant, elle est plus élevée pour l’échantillon C pour des températures supérieures à 400 °C.

[0152] L’élongation est plus élevée avec l’échantillon C qu’avec l’échantillon B et l’échantillon A. La contraction est similaire pour les échantillons traités contrairement à l’échantillon non traité entre température ambiante et 400°C. Au-delà de cette température, le comportement est similaire. Ces résultats montrent que les particules traitées ont une transition ductile-fragile autour de 400°C alors que l’échantillon non traité subit une rupture fragile.

[0153] Des essais au fluage et à la fatigue sur l’échantillon non traité A, l’échantillon traité B et l’échantillon traité selon le procédé de la présente invention C ont été réalisés à 650°C.

[0154] Les résultats sur la résistance au fluage à 650°C montrent que la durée de vie de l’échantillon A non traité est inférieure à celle des deux autres échantillons traités. Notamment, les résultats pour l’échantillon C renforcé selon le procédé de la présente invention montre une résistance au fluage bien supérieure à celle des échantillons A et B. Par exemple, à 75 MPa, la durée de vie est de 8 heures, 85 heures et 300 heures respectivement pour l’échantillon non traité A, l’échantillon traité B et l’échantillon traité C. L’augmentation est donc de 37 fois pour l’échantillon traité C par rapport à l’échantillon non traité A et de 3,5 fois par rapport à l’échantillon B. Ce dernier n’offre donc qu’une augmentation de 10 fois par rapport à l’échantillon non traité.

[0155] Les résultats sur la résistance à la fatigue à 650°C montrent que la résistance augmente de manière spectaculaire avec l’échantillon C par rapport aux échantillons A et B. Par exemple, à 175 MPa, le nombre de cycles à la rupture (Nf) pour l’échantillon non traité est de 2000 cycles alors que pour l’échantillon B, le Nf est de 80000 et celui de l’échantillon C est de 600000. Ces résultats montrent une augmentation de 300 fois la résistance à la fatigue de l’échantillon C par rapport à l’échantillon non traité alors que l’augmentation n’est que de 40 fois pour l’échantillon B par rapport à l’échantillon non traité A. Ainsi, les résultats de ces essais montrent clairement que le procédé de traitement selon la présente invention pour renforcer l’alliage est 7,5 fois plus performant le procédé connu d’atomisation par voie gaz.

Application industrielle

[0156] Le procédé de la présente invention peut être utilisé pour renforcer tout type de poudre de nature métallique, à géométrie sphérique, et qui peut être fluidisée, par dispersion de nanoparticules céramique, telles qu’oxydes, nitrures, carbures ou tout autre combinaison métal et non métal.

[0157] Les poudres obtenues à l’issue du procédé de fabrication de la présente invention sont particulièrement adaptées pour des applications en fabrication additive, métallurgie des poudres, pour produire des pièces ayant une grande résistance mécanique et à la corrosion et à l’oxydation.

[0158] La présente divulgation ne se limite pas aux exemples de réalisation décrits ci-avant, mais elle englobe toutes les variantes que pourra envisager l’homme de l’art dans le cadre de la protection recherchée.

Claims

Revendications

[Revendication 1] Procédé (10) de fabrication d’une poudre métallique d’un alliage renforcé par dispersion de nanoparticules de céramique comprenant des particules métalliques sphériques formant une matrice métallique et des nanoparticules de céramique distribuées dans la matrice métallique, le procédé comprenant :

[Revendication 2] Procédé selon la revendication 1 , dans lequel la température de chauffage est inférieure à la température de fusion des particules de la poudre d’alliage.

[Revendication 3] Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l’étape de chauffage est réalisée à une température comprise entre 400 °C et 1300 °C, pendant une durée comprise entre 0,5 et 12 heures, de préférence entre 1 et 4 heures.

[Revendication 4] Procédé selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel le gaz de fluidisation est introduit dans la chambre selon un débit compris entre 0,4 litres/minute et 4,0 litres/minute, de préférence entre 1 et 1 ,5 litres/minute.

[Revendication 5] Procédé selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel la poudre métallique d’alliage destinée à former la matrice métallique est choisie parmi une poudre métallique d’alliage à base de fer, une poudre d’alliage à base de nickel, une poudre d’alliage à base de nickel-cuivre.

[Revendication 6] Procédé selon la revendication 5, dans lequel la poudre métallique d’alliage à base de fer est une poudre comprenant :

- 19,0 % à 23,5 % en poids de chrome (Cr)

- 4,5 % à 5,5% en poids d’aluminium (Al)

- inférieur à 0,7 % en poids de silicium (Si)

- inférieur à 0,4 % en poids de manganèse (Mn)

- inférieur à 0,08% en poids de carbone (C).

[Revendication 7] Procédé selon la revendication 5, dans lequel la poudre d’alliage à base de nickel est une poudre comprenant en poids :

- 26,0 % à 30,0 % de chrome (Cr) - 1 ,9% à 3,0 % de d’aluminium (Al)

- inférieur à 2,5% de fer (Fe)

- inférieur à 0,6% de titane (Ti)

[Revendication 8] Procédé selon la revendication 5, dans lequel la poudre métallique d’alliage à base de nickel-cuivre est une poudre comprenant en poids :

- 27,8% à 34,2 % de cuivre (Cu)

- inférieur à 2,5 % de fer (Fe)

- inférieur à 2,1 % de manganèse (Mn)

- 1 % de titane (Ti)

[Revendication 9] Procédé selon l’une des revendications 1 à 8, dans lequel le gaz de fluidisation est choisi parmi l’argon, l’azote ou l’air sec ou un mélange desdits gaz.

[Revendication 10] Poudre métallique d’alliage renforcé par dispersion de nanoparticules de céramique obtenue par le procédé de fabrication défini selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, comprenant une matrice métallique formée par des particules métalliques d’alliage et des nanoparticules de céramique formées à la surface des particules métalliques et à l’intérieur des particules métalliques.

[Revendication 11] Poudre métallique d’alliage renforcé par dispersion de nanoparticules de céramique selon la revendication 10, dans laquelle les particules métalliques d’alliage renforcé présentent un coefficient de circularité moyen qui est compris entre 0,9 et 1.

[Revendication 12] Poudre métallique d’alliage renforcé par dispersion de nanoparticules de céramique selon l’une des revendications 10 ou 11 , dans laquelle la poudre métallique d’alliage formant la matrice métallique est une poudre à base de fer comprenant 19,0%-23,5% en poids de chrome (Cr), 4,5% - 5,5% en poids d’aluminium (Al), inférieur à 0,7% en poids de silicium (Si), inférieur à 0,4% en poids de manganèse (Mn) et inférieur à 0,08% en poids de carbone (C), et les nanoparticules de céramique formées à la surface des particules de la poudre métallique à base de fer sont Fe2Os, a-AhCh, et les nanoparticules de céramique formées à l’intérieur des particules de la poudre métallique à base de fer sont AI2O3.

[Revendication 13] Poudre métallique d’alliage renforcé par dispersion de nanoparticules de céramique selon l’une des revendications 10 ou 11 , dans laquelle la poudre métallique d’alliage formant la matrice métallique est une poudre à base de nickel comprenant 26,0%-30,0% en poids de chrome (Cr), 1 ,9%-3,0% en poids d’aluminium (Al), inférieur à 2,5% de fer (Fe), inférieur à 0,6% de titane (Ti), les nanoparticules de céramique formées à la surface des particules de la poudre métallique à base de nickel sont NiC^C , Cr20s, AI2O3, et les nanoparticules de céramique formées à l’intérieur des particules de la poudre métallique à base de nickel sont AI2O3 et/ou C^Ch ou mélanges des deux oxydes.

[Revendication 14] Poudre métallique d’alliage renforcé par dispersion de nanoparticules de céramique selon l’une des revendications 10 ou 11 , dans laquelle la poudre métallique d’alliage formant la matrice métallique est une poudre à base de nickel-cuivre comprenant, 27,8%-34,2 % en poids de cuivre (Cu), inférieur à 2,5% en poids de fer (Fe), inférieur à 2,1 % en poids de manganèse, et 1 % en poids de titane (Ti), et les nanoparticules de céramique formées à la surface des particules de la poudre métallique à base de nickel-cuivre sont des oxydes mixtes de Ni/Cu/Mn et les nanoparticules de céramique formées à l’intérieur des particules de la poudre métallique à base de nickel- cuivre sont des nitrures TiN.

[Revendication 15] Poudre métallique d’alliage renforcé par dispersion de céramique selon l’une des revendications 10 à 14, dans laquelle les particules métalliques de la poudre d’alliage ont un diamètre médian compris entre 3 pm et 50 pm.

[Revendication 16] Poudre métallique d’alliage renforcé par dispersion de céramique selon l’une des revendications 14 à 15, dans laquelle les nanoparticules de céramique ont un diamètre médian compris entre 10 nm et 500 nm. [Revendication 17] Poudre métallique d’alliage renforcé par dispersion de nanoparticules de céramique selon l’une des revendications 10 à 16, dans laquelle les nanoparticules de céramique sont formées selon une distribution homogène à la surface des particules métalliques.