Poudre d'alliage à haute température

Poudres d'alliages à haute température sont des matériaux qui peuvent résister à des températures extrêmement élevées sans se déformer ni se détériorer. Ces matériaux avancés sont essentiels pour les applications dans des environnements extrêmes tels que les moteurs à réaction, les turbines à gaz, les fusées, les réacteurs nucléaires, etc.

Aperçu des poudres d'alliage à haute température

Les alliages haute température, également connus sous le nom de superalliages, présentent une excellente résistance mécanique, une résistance à la déformation par fluage thermique, une bonne stabilité de surface et une résistance à la corrosion et à l'oxydation à haute température. Leurs principales caractéristiques sont les suivantes

• Résistance à des températures supérieures à 1000°C
• Maintien de la résistance, de la ténacité et de la stabilité à des températures élevées
• Utilisé pour les sections ultra-chaudes des moteurs à réaction et des turbines à gaz
• Plus dur que les alliages de titane et la plupart des aciers
• Principalement des alliages à base de nickel, de cobalt ou de fer

Composition : Les alliages haute température contiennent des combinaisons complexes de matériaux tels que le nickel, le cobalt, le fer, le chrome, l'aluminium, le tungstène, le molybdène, le tantale, le niobium, etc. dans des pourcentages variables. La composition précise est adaptée aux besoins de l'application.

Production : La poudre de superalliage est fabriquée par atomisation au gaz ou à l'eau des alliages fondus en fines poudres sphériques optimisées pour la fabrication additive ou la pulvérisation thermique. D'autres méthodes de production de poudre comprennent la fusion par induction sous vide, la fusion à l'arc sous vide, le pressage isostatique à chaud, etc.

Types courants : Les classifications les plus courantes comprennent les superalliages à base de nickel, de cobalt et de fer. Voici quelques variétés courantes :

• Alliages de nickel - Inconel, Hastelloy, Waspaloy, alliages de René
• Alliages de cobalt - Haynes, alliages HS
• Alliages de fer - A286, aciers 9Cr

Propriétés principales : Les poudres de superalliage offrent des propriétés exceptionnelles telles que :

• Résistance à haute température - Pour les pièces portantes
• Résistance au fluage et à la fatigue - Cruciale pour la fiabilité
• Résistance à l'oxydation et à la corrosion - Prévention de la détérioration
• Stabilité thermique - Performances constantes à chaud
• Soudabilité - Pour la fabrication et la réparation

Applications de Poudre d'alliage à haute température

Grâce à leur résistance aux températures extrêmes, les poudres d'alliage pour hautes températures sont utilisées pour fabriquer des composants destinés aux sections les plus chaudes de la planète :

• Moteurs d'avions à réaction
• Turbines à gaz terrestres
• Installations de gazéification du charbon
• Fusées spatiales et réacteurs nucléaires
• Matériel de forage pour le pétrole et le gaz

Moteurs à réaction : Les superalliages représentent plus de 50% des pièces de moteurs à réaction de pointe telles que les aubes, les chambres de combustion et les composants de postcombustion. Les alliages de nickel tels que l'Inconel 718 et le René N5 excellent dans les applications de moteurs à réaction, car ils résistent à la chaleur intense et aux forces centrifuges.

Turbines à gaz : Les alliages à base de fer et de nickel résistent aux températures très élevées qui règnent dans les sections chaudes des turbines à gaz. Les pièces telles que les aubes, les tuyères et les chambres de combustion fonctionnent à plus de 1000°C et dépendent d'alliages tels que l'Inconel 738 et le Haynes 230.

Centrales à charbon : Dans les usines de gazéification du charbon, les alliages de fer et de nickel doivent fonctionner à plus de 850°C dans des environnements sulfureux très corrosifs. Les alliages tels que l'acier inoxydable 310 et l'Inconel 601 supportent la chaleur.

Aérospatiale : Les alliages de nickel à haute température constituent de nombreux composants de moteurs-fusées et de réacteurs nucléaires destinés à des applications spatiales. Les échantillons comprennent des chambres de combustion, des tuyères de poussée, des éléments combustibles et des fixations en alliage NB-36.

Pétrole/Gaz : Les opérations de forage utilisent souvent l'alliage HS-188 à haute teneur en cobalt pour les composants et les outils utilisés dans les environnements extrêmement chauds et corrosifs des puits de pétrole.

Spécifications de la poudre d'alliage à haute température

La poudre de superalliage présente une gamme variée de matériaux et de compositions conçus pour fonctionner à des seuils de température variables, allant de 800°C à plus de 1000°C. Voici quelques qualités et spécifications courantes :

Alliage	Matériau de base	Température maximale (°C)	Caractéristiques
Inconel 625	Nickel	1000°C	Excellente résistance à la corrosion jusqu'à 980°C
Hastelloy X	Nickel+fer+chrome	1150°C	Résiste à l'oxydation et à la sulfuration
Haynes 230	Nickel+Chrome+Tungstène	1100°C	Résiste aux chocs thermiques et aux cycles
Incoloy 800	Fer+Nickel+Chrome	1150°C	Traite les atmosphères de cémentation
René 41	Nickel+Chrome	1100°C	Alliage pour moteurs à réaction présentant une bonne ductilité

Normes de produits : Principales spécifications des alliages les plus courants :

• Inconel 718 - AMS 5662, ASTM B637
• Hastelloy C276 - ASME SB574
• Incoloy 800H - AMS 5540A
• Haynes 214 - AMS 5759, AMS 5382

Taille des poudres : Différentes fractions de taille optimisées pour divers processus d'AM :

• Fusion laser sur lit de poudre : 15-45 microns
• Jet de liant : 300+ microns
• Dépôt d'énergie dirigée : 45-150 microns

Comparaison entre les matériaux en poudre de superalliage

Les différentes options d'alliages pour hautes températures présentent des forces et des faiblesses relatives :

Paramètres	Alliages de nickel	Alliages de cobalt	Alliages de fer
Température maximale	1000-1150°C	1000-1150°C	700-1000°C
Coût	Le plus élevé	Milieu de gamme	Le plus bas
La force	Fort	Le plus fort	Fort
Résistance à l'oxydation	Le meilleur	Très bon	Modéré
Fatigue thermique	Excellent	Très bon	Limitée
Exemples	Inconel, Waspaloy	HS-188, Haynes 25	310 inoxydable, Fecralloy

Ainsi, les alliages de nickel sont généralement plus performants que les autres en ce qui concerne les températures extrêmes et la résistance à la corrosion. Les alliages de cobalt offrent la plus grande résistance brute, tandis que les alliages de fer constituent des options économiques.

Fournisseurs de Poudre d'alliage à haute température

De nombreux fournisseurs de matériaux avancés proposent différents types de poudres de superalliages. Parmi les principaux fabricants, on peut citer

Fournisseur	Marques d'alliage	Méthodes de production	Tarification
Sandvik	Osprey, Nikrotalloy	Atomisation du gaz	$$$$
Praxair	Contalloy, Thermalloy	Fusion par induction sous vide	$$$
Poudres AMC	Ferro-alliages	Vaporisation de l'eau	$-$$
Tekna	Alliages d'ultramétal	Sphéroïdisation du plasma	$$$
Special Metals Corp	Inconel, alliages René	Méthodes multiples	$$$$

Les prix varient en fonction du type d'alliage, de la distribution de la taille des particules, de la sphéricité, de la quantité, des niveaux de pureté, etc. Les petites quantités de laboratoire peuvent coûter plus de $500/kg. Les grands lots commerciaux coûtent en moyenne $100-300/kg pour les alliages courants.

Avantages et inconvénients de la poudre d'alliage haute température

Pour	Cons
Résiste à des températures extrêmes supérieures à 1000°C	Très coûteux, plus de 3 fois le coût des aciers
Maintien de la solidité et résistance à la déformation par fluage	Sensible aux impuretés ou défauts mineurs
Résistance exceptionnelle à la corrosion et à l'oxydation	Susceptible de se fissurer sous l'effet de la déformation s'il n'est pas correctement refroidi
Stabilité et conductivité thermiques	Difficile à usiner ou à travailler avec des méthodes conventionnelles
Divers éléments d'alliage permettent d'obtenir des propriétés sur mesure	Nécessite des méthodes avancées de production de poudres et de fabrication additive

En résumé, les propriétés thermiques exceptionnelles des superalliages justifient leur prix élevé pour les applications ultra-chaudes. Mais ils restent des matériaux difficiles à fabriquer avec les méthodes traditionnelles.

FAQ

Q : Qu'est-ce qui permet aux superalliages de résister à des températures aussi extrêmes ?

R : Des combinaisons judicieuses de nickel, de cobalt, de chrome, d'aluminium, de tungstène, etc. confèrent de la solidité, résistent au fluage et à la détérioration des propriétés à des températures de fonctionnement élevées supérieures à 85% de leur point de fusion.

Q : Quelles sont les méthodes de fabrication additive qui fonctionnent avec les poudres de superalliages ?

R : La fusion laser sur lit de poudre et le dépôt d'énergie dirigée sont bien adaptés au traitement des poudres d'alliage à haute température. La projection de liant est viable mais peut nécessiter des étapes supplémentaires de frittage et d'infiltration.

Q : Comment les composants en alliage à haute température sont-ils réparés ou corrigés ?

R : Le brasage, le soudage et les revêtements par projection thermique utilisant un matériau d'apport en superalliage adapté peuvent remettre à neuf les composants endommagés. Les pièces peuvent également être récupérées par pressage isostatique à chaud.

Q : Les alliages pour hautes températures sont-ils recyclables ?

R : Oui, les déchets et les poudres de superalliages peuvent être récupérés et retraités par fusion par induction sous vide et atomisation pour obtenir des poudres fraîches destinées à la production par AM. Cela permet de réaliser d'importantes économies.

Q : Quelles sont les applications typiques des alliages haute température à base de fer ?

R : Les superalliages ferreux moins coûteux sont largement utilisés dans les chauffages à flamme, les fours à éthylène, les gaines de combustible nucléaire, le matériel de production d'électricité et les équipements de raffinage chimique.

en savoir plus sur les procédés d'impression 3D