Modélisation des transferts de chaleur et de masse dans les poudres composites métal/céramique en projection thermique : application à la projection par plasma d'arc soufflé argon hydrogène

Heat and mass transfer modelling in composites powders (metal/ceramic) for thermal spraying : application to Ar-H2 D.C. plasma jet

• Auteur / Autrice : Mohamed Bouneder
• Direction : Pierre Fauchais, Mohammed El Ganaoui
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique. Science des Matériaux Céramiques et Traitements de Surfaces
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Limoges
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université de Limoges. Faculté des sciences et techniques

Mots clés

Mots clés contrôlés

Composites à matrice céramique

Modèles mathématiques

Transfert de chaleur

Projection au plasma

Résumé

Ce travail de thèse a comme but la modélisation et l’investigation du transfert de chaleur et de masse dans une particule composite bicouche (coeur métal / enveloppe céramique) en vol avant impact, projetée dans un jet de plasma Ar-H2 75-25 % vol. D’arc soufflé et courant continu. Les poudres de configuration bicouche sont une nouveauté et dès lors, elles ont été peu étudiées. Elles offrent la possibilité de produire des revêtements métalliques à matrice composite de type MMC. Le modèle thermique présenté s’applique aux procédés de projection utilisant un ensemencement de particules sans effets de charge. La solution numérique est basée sur le modèle enthalpique et la discrétisation des équations est obtenue par une technique de volumes finis du second ordre en temps et en espace. Une formulation de la résistance thermique de contact RTC, fonction des fractions solides des deux matériaux est introduite afin de tenir compte de la nature physique du contact. Le suivi de la particule sur des trajectoires dans le jet de plasma, a permis d’étudier finement les différentes cinétiques du transfert de chaleur et de masse en fonction des paramètres comme la taille de la particule, la nature des matériaux ou de la résistance thermique de contact. Divers scénarios sont simulés afin de corréler au mieux les résultats expérimentaux obtenus par le laboratoire SPCTS de l’Université de Limoges.

The aim of this work is the modelling and the investigation of heat and mass transfer for in flight composite metal/ceramic particles (obtained by mecanofusion process) and sprayed in Ar-H2 75-25% vol. Arc-jet DC plasma. The use of coated powder has the potential for producing metal matrix composite MMC coatings. To date, the thermal behaviour of these coated powders has not been studied yet. The thermal modelling presented, apply to the spraying process under low loading conditions and the numerical solution is based on enthalpy formulation and finite volume discretization technique of the second order in time and space. A thermal contact resistance TCR based on the volume solid fraction of the materials under consideration is proposed, to take into account solid-liquid phase transition. The thermal behaviour of the composite particle in the jet and within the trajectories is investigated and the influence of the main parameters like the size of the particle, physical nature of the materials, and thermal resistance of contact are clearly identified. Finally, some numerical results are obtained, which are in agreement with experimental results previously obtained by SPCTS laboratory ot Limoges University.