Contribution à l'étude du procédé arc-fil pour la réalisation de dépôts métalliques durs résistants à l'usure abrasive

Discipline

Matériaux Céramiques et Traitements de Surface

Classification

Technologie (Sciences appliquées),

Sciences de l'ingénieur

Mots-clés libres

usure (mécanique), métaux, projection thermique, revêtements de surface, arc électrique, gaz

Mots-clés

Alliages pour revêtement dur - Thèses et écrits académiques,

Usure (mécanique) - Thèses et écrits académiques

Ces travaux portent sur des dépôts d'alliages métalliques renforcés ou non en particules céramiques et destinés à protéger des pièces industrielles contre l'usure par abrasion. Ce type d'usure correspond à un déplacement de matière provoquée par des particules dures ou des protubérances dures et les principales propriétés qui jouent un rôle déterminant dans la résistance d'un matériau à l'usure par abrasion sont sa dureté, sa microstructure, sa capacité d'écrouissage et sa ténacité. Les dépôts ont été réalisés par le procédé de projection thermique "arc-fil" et l'étude qui a porté sur 3 types de dépôts métalliques (acier inoxydable 316 L, un alliage métallique à base fer (16,8% de chrome, 10,2% de nickel et 2,1% de molybdène) et un cermet), a été menée en 2 phases. La première s'est intéressée au traitement des gouttelettes issues de l'atomisation des fils qui servent d'électrodes pour l'arc électrique. Elle a consisté, d'une part, à collecter les gouttelettes afin de déterminer leur distribution granulométrique, observer leur morphologie, analyser les éléments qui les composent par analyse dispersive en énergie et les phases cristallines par analyse aux rayons X et, d'autre part, à mesurer leur vitesse et température de surface à l'endroit où est positionné le substrat (100 mm de la sortie de buse) à l'aide d'un système d'imagerie et d'une caméra CCD. Ces mesures ont permis de sélectionner des jeux de conditions de tir pour la réalisation des dépôts. La deuxième phase de l'étude a consisté à réaliser et caractériser les 3 types de dépôts : 316L, 97MXC et 98MXC. Les caractérisations ont porté sur la porosité, la teneur en oxyde, la micro-dureté, la rugosité, l'adhérence et la résistance à l'abrasion. Elles ont montré que la diminution de la taille des gouttelettes qui s'accompagne d'une augmentation de leur vitesse conduite à une amélioration des propriétés des dépôts. Cette diminution de taille peut être obtenue en augmentant la pression du gaz d'atomisation et du gaz de gainage et en utilisant des buses de petits diamètres. Pour les matériaux de notre étude, les meilleures propriétés des dépôts en terme de dureté, porosité, adhérence et résistance à l'usure par abrasion ont été obtenues en utilisant une pression de gaz d'atomisation et de gaz de gainage de 0,41MPa avec une buse de 7mm pour le dispositif d'arc fil que nous avons utilisé (TAFA 9000). Ainsi, pour le dépôt d'acier 316L, ces conditions conduisent à une porosité de 5% ; une teneur en oxyde de 13%, et une adhérence de 60MPa).