Fusion et carburation superficielles du titane par irradiation laser multi-impulsionnelle, modelisation thermique, experimentation et simulation

Superficial melting and carbidation of titanium by irradiation with a pulsed laser, thermal modeling, experimentation and simulation

• Auteur / Autrice : Bruno Courant
• Direction : Jean-Jacques Hantzpergue
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences appliquées
• Date : Soutenance en 1998
• Etablissement(s) : Paris, ENSAM

Résumé

La carburation superficielle du titane par fusion sous irradiation laser multi-impulsionnelle au moyen d'une source nd-yag pulsee est etudiee. Les caracteristiques optiques du faisceau, telles que divergence et distance focale, ainsi que la distribution spatiale d'energie dans le plan de focalisation sont determinees. Quatre parametres pertinents d'irradiation sont definis a partir des parametres operatoires. La modelisation des effets thermiques de l'irradiation donne acces aux champs thermiques dans le materiau et a leur evolution temporelle. Le modele semi-analytique propose prend en compte les enthalpies de transformation et il est adapte au caractere pulse de l'irradiation. Il est fonde sur la methode de resolution par les fonctions de green. Grace a cette modelisation, de nombreuses simulations des champs thermiques a divers instants sont effectuees. Les diverses zones fondues observees au microscopie se distinguent par leur epaisseur, variant de quelques micrometres a quelques centaines de micrometres, et par leur microstructure. La morphologie de la phase carbure tic#1##x varie avec la concentration de carbone dans la zone fondue. Pour des concentrations inferieures a 20 atomes %, les grains de carbure sont des dendrites cellulaires, preuve d'une surfusion constitutionnelle, tandis que pour des concentrations superieures, ils deviennent globulaires. Une relation entre le taux de superposition et la proportion de carbone incorpore est mise en evidence. En l'absence d'inclusions de graphite, la carburation superficielle du metal augmente la durete de maniere significative. Enfin, d'un point de vue tribologique, le titane traite par irradiation laser est susceptible de presenter un faible coefficient de frottement par glissement sur ceramique (0,2-0,3), accompagne d'une tres faible usure, grace a la formation d'un revetement composite auto-lubrifiant constitue de carbure de titane, de titane metallique et de graphite remplissant la fonction de lubrifiant solide.