Revêtement résistant à la corrosion 

La projection thermique

La projection thermique entre dans la catégorie des procédés de traitement de surface permettant de protéger ou d’améliorer les propriétés du substrat . Celle-ci permet de revêtir des pièces avec différents types de poudre dans le but d’augmenter certaines propriétés (par exemple: résistance à la corrosion, à l’usure ou à la chaleur) ou pour restaurer ou réparer une pièce.
Les outils de coupe représentent un très bon exemple d’utilisation des traitements de surface permettant un revêtement dur et résistant à l’usure . Il existe plusieurs procédés ou méthodes permettant d’améliorer les propriétés en surface d’une pièce. Certains procédés plus conventionnels comme la cémentation, la nitruration et le placage permettent d’améliorer les propriétés des outils depuis plus d’un siècle.

Au cours des années 60, l’avènement du dépôt chimique en phase vapeur (CVD : chemical vapor deposition) et du dépôt physique en phase vapeur (pVD : physical vapor deposition) a permis de déposer un revêtement protecteur très dur [3]. Plus récemment, des techniques de déposition moderne comme la projection thermique et le laser prennent de plus en plus de place dans ce marché . Comparativement aux procédés CVD et PVD, la projection thermique a un taux de déposition élevé, puisque ce procédé se caractérise par une forte enthalpie .

Traitements postprojection

Il existe plusieurs traitements postprojection comme l’utilisation d’un produit d’étanchéité, un traitement par laser et le pressage isostatique à chaud (HIP) . Kim a étudié l’effet de l’utilisation de produits d’étanchéité sur les propriétés mécaniques d’un revêtement d’alumine (Ah03) avec 13 % de Ti02. L’ajout d’un produit d’étanchéité augmente la dureté, la résistance à l’usure et la résistance en traction comparativement au revêtement sans produit d’étanchéité. La profondeur de pénétration du produit d’étanchéité dans le revêtement varie d’un produit d’étanchéité à l’autre (0,2 mm pour l’uréthane, 0,3 mm pour l’époxy et 0,5 mm pour la cétone).

Ahmadi-Pidani , utilise un laser Nd-YAG7 pulsé pour modifier la surface d’un revêtement plasma pour une application de barrière thermique sur un substrat en Inconel 718 (alliage de nickel). L’analyse de la microstructure démontre que le traitement de surface du revêtement céramique à base de dioxyde de zirconium (Zr02) réduit significativement la rugosité de surface, élimine les porosités en surface et produit un réseau continu de fissures perpendiculaires à la surface . La modification de la surface par le laser permet de multiplier par 4 le temps au test de résistance aux chocs thermiques. Batista,utilise un laser C02 continu pour modifier la surface d’un revêtement plasma pour une application de barrière thermique sur un substrat en acier et il obtient des résultats similaires à Ahmadi-Pidani concernant la rugosité de surface, la porosité en surface et les fissures. Ghasemi  (laser Nd-YAG pulsé) et Lee (laser C02 pulsé) obtiennent eux aussi des résultats similaires à Ahmadi-Pidani.

La projection thermique de poudres à base d’alumine

Planche a étudié l’effet du type de procédé de projection sur les propriétés d’un revêtement produit avec une poudre d’alumine. La projection plasma se caractérise par une vitesse de particule plus grande et une température de particule plus élevée, ce qui procure un revêtement plus dense.
Dans son article, Yin  démontre que la taille des particules a une grande influence sur la vitesse et la température des celles-ci. La vitesse et la température des particules sont les deux paramètres qui ont généralement la plus grande influence sur les propriétés du revêtement. Yin  démontre aussi que plus les particules d’alumine sont petites, plus la vitesse et la température de ces dernières seront élevées. De plus, un revêtement produit avec des petites particules présente un taux de porosité plus faible. L’étude a été réalisée avec trois poudres d’alumine ayant une taille de particules moyenne de 15,3 /µm, 19,4/µm et 33,5 /µm respectivement pour chaque poudre.

Les résultats de l’article de Sarikaya indiquent que la distance de projection, la température du substrat, l’épaisseur du revêtement et la rugosité de surface du substrat ont une influence significative sur la dureté, le taux de porosité et la rugosité de surface du revêtement à base d’alumine. Il démontre aussi que l’augmentation de l’épaisseur du revêtement (de 100 /µm à 600µm) fait diminuer la dureté et augmenter le taux de porosité ainsi que la rugosité de surface du revêtement.

Modélisation et optimisation du procédé de projection plasma

Plusieurs auteurs utilisent les réseaux de neurones pour la modélisation du procédé de projection plasma. Guessasma utilise les réseaux de neurones pour analyser et prédire les propriétés de la microstructure (% des phases en présence, taux de porosité et % de particules non fondues) ainsi que pour la vitesse et la température des particules . De son côté, Choudhury se sert des réseaux de neurones pour prédire la vitesse et la température des particules en fonction des paramètres du procédé. Datta modélise les entrées-sorties de la projection plasma avec un réseau de neurones. Pour sa part, Kanta utilise les réseaux de neurones pour prédire les paramètres du procédé pour obtenir le revêtement désiré. Cizek  a fait une recherche systématique sur la projection thermique de l’hydroxypatite 11 pour connaître le rôle de la température et de la vitesse des particules lors de la projection sur un substrat en titane (alliage Ti-6AI-4V). Il a fait une étude sur six facteurs (puissance, débit de gaz primaire, débit de gaz auxiliaire, débit de poudre, débit de gaz pour le transport de la poudre et la distance de projection) pouvant influencer la température et la vitesse des particules lors de la projection. Pour son étude, il a utilisé un plan d’expérience (Taguchi L18, 6 facteurs à 3 niveaux) suivi d’une ANOVA.

Trajectoires robot

Les paramètres du procédé qui sont en lien avec le robot lors de la projection thermique comme la trajectoire, la distance de projection, la vitesse de projection et l’angle de la torche par rapport au substrat ont une influence majeure sur la qualité et les propriétés du revêtement . Gadow  démontre que l’angle de la torche par rapport au substrat est optimal à 90° et qu’une variation de l’angle fait diminuer l’épaisseur et la dureté du 13 revêtement. De plus, Kang démontre que l’inclinaison du substrat par rapport à la torche diminue l’épaisseur du revêtement et augmente le taux de porosité.
Pour optimiser la génération de trajectoire pour une géométrie complexe, Gadow et Candel,  utilisent une approche de programmation hors ligne. Les données géométriques de la pièce (à partir du DAO ou mesuré avec un système de scanneur) sont utilisées pour calculer les vecteurs normaux et la trajectoire pour la projection. Par une interconnexion entre les modules pour la génération de la trajectoire, la simulation de la dynamique des fluides (propriétés des particules et flux de chaleur) et la simulation par éléments finis (distribution de la température et des contraintes dans la pièce), il est possible d’évaluer l’influence du mouvement de la torche sur le transfert de chaleur lors de la projection. Cette simulation du transfert de chaleur permet de générer la trajectoire robot (position et vitesse) pour obtenir un revêtement uniforme. Les auteurs  ont démontré que cette méthodologie permet de générer un revêtement avec une épaisseur constante et une dureté homogène sur une surface complexe.

Table des matières

CHAPITRE 1- INTRODUCTION 
1.1 CONTEXTE
1.2 PROBLÉMATIQUE
1.3 OBJECTIFS
CHAPITRE 2- REVUE DE LA LlTTÉRATURE 
2.1 LA PROJECTION THERMIQUE
2.2 REVÊTEMENT RÉSISTANT À LA CORROSION
2.3 TRAITEMENTS POSTPROJECTION
2.4 LA PROJECTION THERMIQUE DE POUDRES À BASE D’ALUMINE
2.5 MODÉLISATION ET OPTIMISATION DU PROCÉDÉ DE PROJECTION PLASMA
2.6 TRAJECTOIRES ROBOT
2.7 MESURE ET CONTRÔLE
2.8 AUTRES AXES DE RECHERCHE EN PROJECTION THERMIQUE
2.9 ORIGINALITÉ DU PROJET DE MAÎTRISE
CHAPITRE 3- MÉTHODOLOGIE 
3.1 RÉSUMÉ DU PLAN DE TRAVAIL
3.2 CARACTÉRISTIQUES DES POUDRES UTILISÉES
3.3 ÉQUIPEMENTS DE PROJECTION PLASMA
3.4 CAMÉRA POUR VITESSE ET TEMPÉRATURE DES PARTICULES
3.5 PRÉPARATION DES ÉCHANTILLONS
3.6 CARACTÉRISATION DES ÉCHANTILLONS
3.6.1 Porosité
3.6.2 Corrosion
3.6.3 Adhésion
CHAPITRE4- RÉSULTATS 
4.1 ESSAIS PRÉLIMINAIRES
4.1.1 Poudre ALO-159
4.1.2 Poudre AI-1110-HP
4.1.3 Poudre CRO-174
4.1.4 Poudre CRO-192
4.1.5 Synthèse des résultats des 4 poudres en subsonique
4.1.6 Essais avec une combinaison anode et cathode en Mach 1
4.2 REVÊTEMENTS POUR LES ESSAIS DE CORROSION
4.2.1 Utilisation d’une couche d’adhésion
4.2.2 Utilisation d’autres produits d’étanchéité
4.2.3 Synthèse des résultats des essais de corrosion
4.3 ÉLABORATION DE REVÊTEMENTS COMPOSITES ÉPOXY AVEC POUDRE CÉRAMIQUE
4.3.1 Tests de mélange
4.3.2 Métallographies
4.3.3 Vérification de l’adhésion
4.3.4 Échantillons pour test dans le système chez Rio Tinto Fer et Titane
4.3.5 Synthèse des résultats des mélanges
4.4 REVÊTEMENTS SUR TOURNANTS CONIQUES
4.4.1 Protocole d’application
4.4.2 Analyse économique
CHAPITRE 5- CONCLUSION 
RÉFÉRENCES

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