Soutenance mémoire
Les différents procédés de la projection thermique
Projection flamme
On désigne par le nom de projection flamme toute projection utilisant l’énergie thermique provenant de la combustion d’un carburant avec l’oxygène. La température d’une flamme oxy-combustible varie de 2800°C à 3150°C. Les matériaux qui fondent à une température inférieure à 2800°C, et qui ne subliment pas, peuvent être projetés. Il existe deux types de projection par flamme qui sont à flamme poudre et fil :
Projection flamme poudre
Le procédé de projection par flamme est le procédé de projection thermique le plus ancien, consistant à introduire un matériau sous forme de poudre dans une flamme oxycombustible et à le véhiculer jusqu’au substrat grâce à l’énergie cinétique transmise par les gaz de combustion (fig. I.2). [1, 9] Les températures de la flamme sont de l’ordre de 3000 °C. La vitesse des particules projetées par la flamme est faible (~ 50 m / s) et c’est pourquoi elles sont souvent accélérées avec de l’air. La distance entre la buse et le substrat est comprise entre 100 et 200 mm afin que les particules de poudre aient un temps de séjour suffisamment long pour être fondues. Ce procédé permet d’obtenir des dépôts de quelques dixièmes à quelques centièmes de millimètre d’épaisseur, à des taux horaires de dépôt d’environ 1 à 3 kg/h, sans échauffement important du substrat (T<250°C). [1, 6-9] Les taux de porosité varient de 10 à 20% avec un rendement moyen de 50 %. La force d’adhérence des dépôts au substrat est de 20 à 40 MPa.
Projection flamme fil
Dans cette technique le matériau d’apport est introduit dans le centre de la flamme sous forme de fil, de cordon, ou de baguette. Ce procédé utilise les mêmes gaz que ceux utilisés en projection flamme poudre et qui ne sert qu’à faire fondre le matériau. Une fois fondu, le matériau d’apport est projeté sur le substrat par un courant d’air comprimé, celui-ci sert à l’atomisation de l’extrémité fondue des fils. La vitesse des particules est plus élevée (~ 150m/s), la température du bout de fil peut atteindre 0.95 fois la température de la flamme ce qui permet la projection des céramiques, à des taux horaires de dépôts qui varient de 1 à plus de 30 kg/h en fonction du matériau, les propriétés de dépôts désirées et les diamètres de fil ou de baguettes utilisés.
Flamme hypersonique
Cette projection tient son nom de la vitesse très élevée de sortie des gaz qui se situe entre Mach 1 et Mach 2, et est présentée par de procédés qui sont :
– La projection hypersonique à tir discontinu : canon à détonation.
– La projection hypersonique à tir continu : HVOF (High Velocity Oxy Fuel).
Projection au Canon à détonation
Dans ce procédé le matériau d’apport, sous forme de poudre, est introduit dans un tube fermé à une extrémité appelé canon à détonation , en même temps que les gaz de combustion (généralement oxygène et acétylène). Ce mélange explose grâce à une étincelle, à la fréquence de 6 à 8 allumages par seconde. La poudre est ainsi chauffée est éjectée à très grande vitesse (950 m/s) par l’onde de choc créée et qui se propage dans le tube avec une surpression de l’ordre de 2 MPa. Le régime de projection est donc discontinu et entre chaque tir, un balayage avec un gaz neutre est pratiqué. Les dépôts réalisés avec ce procédé possèdent des caractéristiques remarquables telles que la porosité qui est inférieur à 1% et une adhérence qui est souvent supérieur à 80 MPa, à des taux horaires de dépôts de l’ordre de 3 à 5 kg/h.
HVOF
Elle utilise également une torche à flamme mais la géométrie spéciale de la tuyère et l’ajout d’une chambre de combustion (où règne une pression de 5 à 7 bars), suivie d’une tuyère convergente-divergente, permettant d’atteindre des vitesses de gaz supersoniques de 1800 à 2200 m/s et des températures de 2500 à 2800°C (fig. I.5) [2] Le matériau à projeter, généralement sous forme de poudre, est injecté à l’aide d’un gaz neutre dans la flamme où il est fondu et accéléré dans la tuyère à une vitesse de 300 – 600 m/s. Les pressions importantes atteintes dans le pistolet n’autorisent pas l’utilisation de l’acétylène comme gaz combustible (risque d’explosion). [10-14] Pendant leur temps de séjour très court (quelques dixièmes de millisecondes) dans la flamme, les particules sont généralement chauffées à l’état pâteux, l’énergie cinétique (vitesse>300m/s) acquise permettant cependant la réalisation de dépôts caractérisés par une faible porosité (<2%), une bonne adhérence (70- 100MPa) et une faible rugosité de surface.
Projection par arc électrique entre deux fils
Cette technique consiste à faire éclater un arc électrique entre deux électrodes sous formes de fils ductiles consommables comme source de chaleur pour fondre le matériau (fig. I.6). Celui-ci, réduit à l’état de gouttelettes, est pulvérisé sur le substrat par un jet d’air comprimé. Les pistolets à arc électrique sont alimentés par des générateurs à courant continu avec des tensions d’arc comprises entre 25 et 40 V, pour des intensités de courant allant de 100 à 500 A Ce procédé de projection est simple et économique mais limité aux matériaux conducteurs et tréfilables ; le récent développement des fils fourrés céramiques tend à y remédier.
Projection plasma
Projection par plasma d’arc
Plasma
Le plasma est considéré comme 4ème état de la matière. C’est un gaz ionisé constitué d’une collection des molécules, atomes, ions et électrons dont l’ensemble est électriquement neutre. La génération de plasma nécessite l’emploi de trois éléments fondamentaux :
-Une source de puissance (générateur à courant continu)
-Une décharge ionisant le gaz (générateur haute fréquence ou haute tension)
-Un couplage assurant le contact entre deux électrodes via le gaz plasma .
Principe de la projection plasma
C’est cette technique qui a été utilisée pour déposer nos échantillons, elle utilise comme source thermique un arc électrique de forte intensité (plusieurs centaines d’ampères) éclatant entre deux électrodes, dans un plasma gazeux, initié par une décharge haute fréquence en général (fig. I.7). Le flux gazeux, ainsi porté à très haute température (15000 à 20 000 °C), est étranglé dans une tuyère, et s’échappe de la buse à vitesse élevée de 1000 à 1500 m /s. [15] C’est à l’intérieur de ce jet de plasma à haute énergie que l’on injecte le matériau d’apport sous forme de poudre véhiculée par un gaz porteur, généralement de l’argon.
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Table des matières
Introduction générale
Chapitre I : Etude bibliographique
I- Introduction
II- La projection thermique
II-1- Principe du procédé
III- Les différents procédés de la projection thermique
III-1- Projection flamme
III-1-1. Flamme poudre
III-1-2. Flamme fil
III-1-3. Flamme hypersonique
III-1-3-1. Projection au canon à détonation
III-1-3-2. HVOF
III-2- projection par arc électrique entre deux fils
III-3- projection plasma
III-3-1. Projection par plasma d’arc
3-1-1. Plasma
3-1-2. Principe
3-1-3. La source de chaleur
III-3-2. Paramètres influencent la projection plasma
IV– substrat
IV-1- Préparation de surface du substrat
V- Construction des dépôts
VI- Les matériaux de projection
VI-1- L’Alumine
VI-2- Nickel aluminium
L’Aluminium et le Nickel
Le système Ni-Al
Chapitre II : Procédures expérimentales
I- Introduction
II- Matériaux de base
II-1- Poudres à projetées
II-1-1. Ni-5 wt %Al
II-1-2. Al2O3
II-2- Substrat
III- Projection plasma
III-1- Mode de fonctionnement
III-2- Eléments constitutifs du procédé
III-3- Paramètres de projection
III-3-1. Ni-5wt%Al
III-3-2. Al2O3
IV- Techniques d’analyses
IV-1- Préparation métallographique
IV-2- Les différentes techniques de caractérisations
IV-2-1. Diffraction des rayons X (DRX)
IV-2-2. Microscope optique
IV-2-3. Le Rugosimètre
IV-2-4. Mesure de la microdureté Vickers
Chapitre III : Résultats et discussions
I- Caractérisations structurales et morphologique
I-1- Alumine
I-1-1. Diffraction par rayons X (DRX)
Calcul des paramètres cristallins
I-1-2. Observation optique
I-2- Nickel aluminium Ni-5wt%Al
Calcul des paramètres cristallins
II- Essais mécaniques
II-1- Alumine
II-1-1. Microdureté
II-1-2 Rugosité
II-2 Nickel aluminium Ni-5wt%Al
II-2-1 Rugosité
Conclusion générale
Références
