Optimisation expérimentale de la sphéroïdisation des poudres métalliques et céramiques par plasma inductif

Abstract

Une études expérimentale de l'efficacité de sphéroïdisation des procedes par plasma inductif a été complétée. L'objectif principal étant d'obtenir des modèles qui pourraient être utilises pour prédire l'efficacité de sphéroïdisation pour différents types de poudres sous différentes conditions d'opération des systèmes de plasma inductif. Les techniques de microscopie optique, microscopie électronique a balayage, sédigraphie et de diffraction rayon-X ont été utilisées pour 1'analyse des poudres originales et des poudres traitées. Des poudres de silice, d'alumine, d'oxyde de chrome, de zircone et de carbure de tungstène ont été utilisées pendant les expériences. Pour Ie traitement par plasma inductif, deux installations différentes on été utilisées. La première installation pouvait fournir une puissance maximale de 100 kW et opérait avec une fréquence de 0.3 MHz et la seconde pouvait fournir une puissance maximale de 50 kW et opérait avec une fréquence de 3 MHz. Les conditions d'opération on été choisies pour minimiser les réactions et l'évaporation des particules. Les poudres traitées démontraient un phénomène de formation occasionnel de cavités internes dans les poudres traitées et un léger changement dans Ie diamètre moyen des particules traitées. Le modèle théorique prédit de façon satisfaisante I'efficacité de sphéroïdisation des poudres après que l'efficacité énergétique maximale a été atteinte. La dépendance des paramètres du model sur les propriétés thermodynamiques des poudres et sur les paramètres d'opération du plasma a été démontrée.

Abstract: An experimental study of the spheroidization efficiency of powders in an induction plasma process was completed. The main objective being to develop a model which could be subsequently used for the prediction of the spheroidization efficiency for various powders under a wide range of plasma operating conditions. Throughout the study, optical microscopy, scanning electron microscopy, sedigraphy and X-ray diffraction were used to analyse the original and plasma treated powders. Silica, alumina, chromium oxide, zirconia and tungsten carbide powders were the subject of systematic experimentation using two different plasma installations. One of the installation had a maximum available power of 100 kW with an operating frequency of 0.3 MHz while the other had a maximum available power of 50 kW with an operating frequency of 3 MHz. Operating conditions were varied such to minimize reactions and evaporation of powders. The presence of internal cavities was observed in the treated particles along with a slight change in the mean particle diameter of the powders. The proposed model successfully predicts the spheroidization efficiency of the particles beyond a defined critical point known as the maximum energy efficiency point. The model parameters are shown to depend on the thermodynamic properties of the powders and on the induction plasma operating parameters.