Mesure de viscosité sans contact par lévitation de goutte sur film de gaz : application aux alliages métalliques

= Contactless viscosity measurement by gas film levitation: application to metallic alloys

• Auteur / Autrice : Michel Perez
• Direction : Michel Suéry
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2000
• Etablissement(s) : Lyon, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Matériaux de Lyon (Villeurbanne ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : GEMPPM - Groupe d’Etudes de Métallurgie Physique et de Physique des Matériaux (Lyon, INSA ; 1975-2007)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Alliages

Sustentation magnétique

Viscosité

Résumé

Les mesures de viscosité ou d'énergie de surface sont souvent soumises aux problèmes classiques de ségrégation, de couches limites ou de germination hétérogène lies aux parois du dispositif. Pour éviter ces effets, nous avons développe une technique de mesure sans contact, par lévitation de goutte sur film de gaz. Cette technique est fondée sur la réponse dynamique d'une goutte à une perturbation. Nous avons montre que les modèles classiques traitant des oscillations libres amorties de gouttes visqueuses dans le vide ne peuvent décrire correctement la relation entre le coefficient d'amortissement mesure avec ce dispositif et la viscosité. Une approche énergétique prenant en compte la forme aplatie de la goutte, les conditions aux limites imposées par le dispositif, et le champ de vitesses a l'intérieur de la goutte permet de retrouver les valeurs de viscosité des liquides étalons étudies. Ce dispositif a été utilise pour faire des mesures de viscosité sans contact sur des suspensions non interactives de billes dans un liquide newtonien, et sur un alliage métallique (sn-pb) dans l'intervalle de solidification (état semi-solide). Pour modéliser la rhéologie des alliages a l'état semi-solide, nous avons adapte le formalisme de Krieger décrivant le comportement des suspensions, afin de prendre en compte les interactions entre les particules solides. La structure résultant de ces interactions a été caractérisée grâce a une simulation numérique de l'état d'agrégation de la suspension. Nous avons ainsi obtenu, pour différentes vitesses de cisaillement, une représentation tridimensionnelle des agglomérats et une estimation de la viscosité en accord avec des mesures de la littérature.

Viscosity or surface energy measurements are often affected by classical problems of segregation, boundary layers or heterogeneous germination. To get rid of these effects, a contactless gas film levitation technique has been developed. This technique is based on the dynamic response of a perturbed levitating droplet. We have shown that classical models dealing with free oscillations of spherical viscous droplet cannot accurately describe the relationship between the measured damping coefficient and the viscosity: An energetic approach taking into account the flattened shape of the droplet, the particular boundary conditions imposed by the set-up, and the velocity field into the droplet gives a good agreement between measurements and viscosity of calibrated liquids. This set-up has been used to perform contactless viscosity measurement on suspension of non interactive particles in a Newtonian fluid, and on a metallic alloy (Sn-Pb) in the solidification range: semi-solid state). In order to model the rheology of alloys in the semi-solid state, the Krieger formalism, describing the rheology of suspensions, has been adapted to take into account interactions between the solid particles. The structure resulting from these interactions has been characterized by a numerical simulation of the suspension aggregation state. We obtained, for various shear rates, a tri-dimensional representation of the clusters and an estimation of the viscosity, in agreement with measurements of the literature.