Modélisation rapide du traitement de poudres en projection par plasma d'arc

Discipline

Matériaux Céramiques et Traitements de Surface

Classification

Technologie (Sciences appliquées),

Sciences de l'ingénieur

Mots-clés libres

plasmas, transferts thermiques, modélisation numérique, projection thermique, transitions de phases

Mots-clés

Projection au plasmaProjection au plasma -- Thèses et écrits académiques,

ThermocinétiqueThermocinétique -- Thèses et écrits académiques,

Transfert de masse - Thèses et écrits académiques,

Transitions de phases - Thèses et écrits académiques,

Poudres - Modèles mathématiques - Thèses et écrits académiques,

Jets de plasma - Modèles mathématiques - Thèses et écrits académiques

Ce travail est consacré à la modélisation rapide du procédé de déposition par projection thermique en plasma d'arc soufflé. Il est plus particulièrement consacré au traitement d'une particule isolée ou d'un lot de particules échantillon représentatif d'une poudre. Le procédé de projection par plasma d'arc soufflé et les principaux phénomènes qui régissent la formation du jet de plasma, les échanges thermiques et dynamiques entre la particule et l'écoulement du jet gazeux et la construction du dépôt sont examinés. Nous avons fait une étude bibliographique des modèles développés par ailleurs pour simuler les différentes fonctionnalités du procédé. Les fondements et les caractéristiques du logiciel « Jets&Poudres » sont exposés, avant de présenter le modèle développé du transfert plasma-particule qui prend en compte la conduction interne à la particule et les déplacements des fronts de changement de phase. Dans ce modèle le calcul de l'évaporation de la particule est découplé du problème de la dynamique du gaz dans le jet et nous exploitons les résultats de J. C. Knight et le modèle de « Pression en retour » (Back Pressure) qu'il a développé. Une étude qualitative est consacrée à l'effet des paramètres de dispersion de la poudre en sortie de l'injecteur sur le traitement d'une particule isolée et sur la construction du dépôt. Ces effets mis en évidences, nous exposons un modèle de transport d'un lot de particules représentatif d'une poudre dans l'injecteur afin d'évaluer la dispersion en masse, taille et vitesse avant l'entrée dans le jet. Ce modèle complexe prend en compte les collisions particule-parois et les collisions binaires particule- particule. Les résultats de ces deux modèles sont discutés. Le traitement dynamique et thermique de la particule isolée est en bon accord avec ceux de la littérature. Ce qui autorise l'étude des conditions opératoires et des paramètres des différentes composantes fonctionnelles du procédé (torche, gaz plasmagène, injecteur, poudre…) sur le traitement des particules et leurs histoires thermique et dynamique. Le modèle présente l'avantage d'un temps de calcul réduit, de l'ordre d'une dizaine de seconde. Le modèle a été utilisé pour évaluer la quantité de matière nanostructurée conservée en fin de traitement et avant impact sur le substrat. Nous avons également exploité le modèle de dispersion de poudre pour simuler la tache-dépôt formée par la projection ‘statique' de poudres de différents matériaux et de différentes granulométries.