Elaboration et caractérisation de revetements sous faisceau laser : revêtements métalliques, intermétalliques et composites

= Elaboration and characterisation by laser cladding of Metallics : intermetallics and composites coatings

• Auteur / Autrice : Ahmed Hidouci
• Direction : Jean-Marc Pelletier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des matériaux
• Date : Soutenance en 1999
• 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

Revêtement de céramique

Graphite

Faisceaux laser

Résumé

Cette étude consiste à caractériser dans un premier temps des revêtements métalliques simples (alliages base nickel, base cobalt et base fer), élaborés sur un substrat acier par projection de poudre sous faisceau laser. Nous avons par la suite étudié la faisabilité d'un dépôt de MoSi2 par la même technique. Nous avons d'abord réalisé des revêtements MoSi2 soit à partir d'un mélange de poudre Mo + Si soit directement à partir de poudre pré alliée MoSi2 sur substrat en acier ou en graphite. Nous avons tenté enfin d'améliorer les propriétés de ces revêtements (métalliques et intermétalliques) grâce à l'addition de particules actives, telles que la zircone, pour les dépôts à base de nickel et MoSi2 et de particules de carbure de tungstène pour les dépôts à base de nickel (Inconel 718). Les dépôts à base de nickel sont caractérisés par une structure austénitique, une dureté faible et une ductilité élevée. En revanche les bases cobalt sont durs et moins ductiles. Les dépôts à base de fer possèdent des structures austénitiques simples et des duretés modérées, néanmoins ils sont caractérisés par des forts durcissements lors d'une déformation plastique. Les dépôts de nickel renforcés par des particules de carbure de tungstène présentent quelques microfissures non débouchantes et un modules de Young de l'ordre de 375 GPa. Les dépôts MoSi2 ont une bonne adhérence avec le substrat acier, mais caractérisés par la présence d'un nombre important de fissures. Nous avons essayé de remédier à ce problème, par préchauffage du substrat acier à 450 °c pour réduire les gradients thermiques, par l'utilisation d'un substrat graphite en évitant la dilution du substrat et enfin par l'ajout de zircone non stabilisée pour former un matériau composite MoSi2 - Zr02 plus résistant à la fissuration. Mais toutes ces tentatives se sont montrées insuffisantes pour obtenir un matériau sain, exempt de fissure. L'emploi de la zircone montre cependant une réduction du phénomène de fissuration

Microstructure and mechanical properties of Ni -, Co- and Fe- base alloys coatings produced by laser cladding on steel substrate were investigated experimentally in the first time. After, the feasibility of depositing MoSi2 by the same technique has been studied. Coatings of MoSi2 were manufactured on steel or graphite substrate either using a Mo and Si powder mixture; or, in a second experiment using MoSi2 powder. Finally, the addition of Zr02 and WC particles to improve properties of these coatings has been performed. These include the use of Zr02 particle, for MoSi2 and Ni (Colmonoy) and WC for Ni (Inconel 718). The Ni- base alloys coating has an austenitic structure, a low hardness and a high ductility, while the Co- base alloys coating is hard and has less ductility. The Hadfield steel has an austenitic structure and is very ductile: relative deformation higher than 80 % are achieved without intermediate annealing and without deleterious damages. The Ni- base alloys coating reinforced with WC particles is dense, with good mechanical properties (Young modulus = 375 GPa), but contain many cracks. Coatings of MoSi2 have a good metallurgical bond with steel substrate, but characterised by high density of cracks. Various routes of processing have been used to remedy to this problem : by preheating the steel substrate to 450 °C, to reduce the thermal gradients, by using a graphite substrate to a void dilution of the substrate at high temperatures and finally, reinforcement by unstabilised zirconia to form a MoSi2 - Zr02 composite, more resistant to cracks. Unfortunately, these attempts appear insufficient to obtain a deposit of sound MoSi2, free of cracks. However, in the case of deposits manufactured with the addition of zirconia powder, the number of cracks is reduced compared with those manufactured with only MoSi2; the reduction is explained using a block schema, representing coating, heat affected zone and substrate.