Développement des techniques pour le diagnostic des procédés de projection thermique sous pression réduite

Development of plasma diagnostic under low pressure plasma spraying condition

• Auteur / Autrice : Zahir Salhi
• Direction : Didier Klein
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences pour l'ingénieur
• Date : Soutenance en 2004
• Etablissement(s) : Besançon en cotutelle avec Belfort-Montbéliard

Mots clés

Mots clés contrôlés

Pyrométrie

Projection au plasma

Revêtements

Spectroscopie

Résumé

Le procédé de projection plasma à pression réduite (voire très réduite, inférieur à 10mbar) est en plein essors et connaît actuellement un développement considérable. Cette technique permet d’obtenir des revêtements très denses avec un taux de porosité très faible tout en gardant un bon rendement de projection. Les caractéristiques des dépôts sont directement liées aux paramètres de projection (gaz plasmagène, puissance de la torche, débit de poudre), le réglage de ces paramètres peut être fait en mesurant les caractéristiques du plasma et des particules en vol. Le développement d’un tel procédé nécessite donc des moyens de diagnostics et de contrôles performants. Le but de ce travail est d’explorer les différents moyens de diagnostic optique applicable dans de telles conditions de projection. Notre approche pour cette étude utilise principalement le DPV2000 et la spectrométrie d’émission. Le DPV2000 est utilisé pour les mesures de la température, la vitesse et le diamètre des particules en vol. Dans le cas de fines particules et/ou de basse température les particules sont éclairées par un laser afin de mesurer la vitesse et le flux de particules en vol. La spectrométrie d’émission pour l’étude de la vaporisation des particules en vol et les dimensions de l’écoulement plasma.

There is an increasing interest for thermal plasma spraying at working pressure lower than 10 mbars. By spraying at such low pressure, it is expected that resulting coatings have a very low porosity while keeping a deposition rate higher. Developing such processes requires adjusting operating parameters as gas mixtures, arc current and particle injection quantities, among others, in correlation with coatings to produce. Setting input parameters of this new spray processes can be made by measuring characteristics of the plasma and sprayed particles by using optical diagnose techniques. The aim of this study is to develop the use of different tools for optical diagnostics under such conditions. Particle measurements are performed by using the system DPV2000 with its sensor head located in a cooled tube at atmospheric pressure and measuring the particles through an optical window. When particles are too small or too cold to be detected, they are illuminated by a laser diode. In that case particle temperature measurements are not possible anymore but it is still possible to measure the in-flight particle velocity and flux. In addition to particle diagnostics, optical emission spectroscopy is used to quantify the plasma volume and to study the sprayed particle vaporization. The results allowed defining the characteristics of future process chamber to perform thermal spray technique at 0,1mbar pressure.