Ames Lab met au point un atomiseur à 3 400 °C pour la fusion

La nouvelle installation d’Ames Lab ne fait fondre qu’un petit volume de métal à la fois dans un creuset en cuivre refroidi à l’eau. Les chercheurs développent un atomiseur de poudre en métal réfractaire — un équipement qui transforme une matière première fondue en poudre — destiné aux matériaux devant résister à des environnements extrêmes, notamment les systèmes de fusion et les turbines à gaz. Il peut traiter des matériaux jusqu’à 3 400 °C et produire jusqu’à un kilogramme par minute.

L’enjeu est autant industriel que scientifique. Les métaux en poudre permettent de fabriquer avec précision des composants complexes et des alliages spécialisés que les méthodes traditionnelles peinent à produire. Selon Jordan Tiarks, scientifique d’Ames Lab, les équipes travaillant sur de nouveaux alliages haute température devaient attendre plus d’un an pour obtenir suffisamment de poudre afin de tester leurs idées. Le nouveau système doit fournir les quantités nécessaires au développement, aux essais et à la mise à l’échelle.

Son mécanisme central repose sur un procédé utilisant un plasma à arc transféré. Au lieu de s’appuyer sur une électrode spécialement fabriquée, un plasma à haute énergie fait fondre localement la matière première avant l’atomisation ; celle-ci peut se présenter sous forme de barres ou de morceaux, à condition que sa composition soit homogène. La couche extérieure gèle contre le cuivre refroidi pour former un mince « crâne » protecteur, qui sépare le matériau fondu du creuset. Le fait de ne maintenir qu’un petit volume à l’état liquide à un instant donné limite également le temps passé par le matériau à haute température, ce qui, selon Tiarks, contribue à préserver sa pureté et à contrôler sa réactivité.

Le système élargit les capacités d’Ames Lab dans le domaine des métaux réfractaires, mais ce n’est pas l’option la plus efficace pour tous les alliages. Les atomiseurs à induction et à couplage rapproché existants traitent les alliages classiques à des températures plus basses et peuvent atteindre un rendement de 50 à 60 % dans la plage granulométrique optimale. Pour les alliages haute température, l’atomiseur pour métaux réfractaires atteint généralement 10 à 20 % dans cette plage.

Concrètement, les chercheurs qui développent des matériaux pour la fusion ou des alliages de turbine capables de supporter des températures plus élevées pourraient utiliser l’équipement pour produire suffisamment de poudre en vue d’essais répétés et d’une mise à l’échelle, au lieu d’attendre un an ou plus leurs approvisionnements. Le changement à court terme concerne l’accès à un matériau de recherche difficile à obtenir : l’annonce décrit un outil destiné à accélérer le développement des matériaux et leur adoption par l’industrie, et non une machine de fusion ou un composant de turbine déjà en service.