La caractérisation de poudres métalliques : un enjeu stratégique pour les industriels

Ce procédé de fabrication est sensible aux variations de tailles et de formes des particules de poudre métallique utilisées en tant que matière première ou matière recyclée. En effet, ces caractéristiques géométriques conditionnent notamment son étalement lors du procédé mais également son niveau de compaction permettant de limiter les interstices.

Pour garantir la qualité des pièces élaborées, les poudres métalliques doivent donc répondre à de nombreuses exigences afin d’atteindre les performances attendues. Intégrés notamment dans la norme NF E 67-010 présentant les spécifications techniques des poudres métalliques pour les applications de fabrication additive, les paramètres régulièrement appréciés sont :

• la granulométrie réalisée généralement par granulométrie laser suivant la norme ISO 13320 et permettant d’accéder à la distribution granulométrique avec détermination des paramètres caractéristiques (d10, d50, d90),
• la coulabilité caractérisée par un temps d’écoulement au moyen d’un entonnoir calibré de type cône de Hall suivant la norme ISO 4490 et ASTM B 213 ou cône de Carney suivant la norme ASTM B 964,
• la densité apparente et la densité tassée permettant de caractériser par effet mécanique l’aptitude d’une poudre à s’organiser en chassant l’air entre les grains. Ces essais sont réalisés à l’aide d’un voluménomètre de tassement suivant la norme ASTM B 527 et ISO 3953. L’indice de Hausner correspond au ratio de la densité tassée et de la densité apparente,
• la densité vraie déterminée par pycnométrie selon la norme ISO 12154 ou ASTM B 923. Cette grandeur permet notamment de déterminer par calcul à l’aide de la densité théorique (d’un matériau massif par exemple) le taux de porosité interne, 
• la morphologie qualifiée par Microscopie Electronique à Balayage (MEB-FEG) et Microscopie Optique afin d’apprécier la granulo-morphologie, la sphéricité, le satellitage (poudre de petit diamètre agglomérée sur de la poudre de grand diamètre pour les matières recyclées),
• le taux d’humidité déterminée par gravimétrie après séchage selon la norme ASTM E 1868,
• la composition chimique des poudres métalliques. Elle est déterminée par des techniques spectroscopiques comme l’ICP-AES et l’ICP-MS et des techniques d’analyses élémentaires après combustion pour la quantification des éléments C, S, N, O et H.

Le respect des exigences associées à ces différentes caractéristiques permet à la poudre métallique de générer sur la pièce élaborée, un faible taux de défaut (porosité, inclusion, …) et un haut niveau de compacité, synonymes d’excellentes propriétés mécaniques.