Projection de Ti-6Al-4V par cold spray pour un objectif de fabrication additive : contraintes résiduelles, microstructures et propriétés mécaniques
Auteur / Autrice : | Samuel Lett |
Direction : | Patrick Villechaise, Erick Meillot, Samuel Hémery |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Mécanique des solides, des matériaux, des structures et des surfaces |
Date : | Soutenance le 27/10/2022 |
Etablissement(s) : | Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique |
Ecole(s) doctorale(s) : | Ecole doctorale Sciences et ingénierie des matériaux, mécanique, énergétique (Poitiers ; 2018-2022) |
Partenaire(s) de recherche : | Laboratoire : Institut Pprime / PPRIME |
Mots clés
Résumé
En tant que nouveau membre de la famille de la Fabrication Additive (FA), le procédé cold spray présente de nombreux avantages tels que l’oxydation limitée des matériaux, grâce à leur projection à l’état solide. Les alliages de titane, étant des matériaux sensibles à l’oxydation, pourraient profiter d’une telle particularité. Cependant, la grande résistance de ces alliages induit un taux de pores élevé dans les dépôts.Deux chemins ont été suivis pour densifier le matériau : les paramètres d’influence ont été recherchés et optimisés ; le grenaillage in situ a été examiné et a conduit à une densification quasi totale du matériau.Dans cette étude, les propriétés mécaniques et la microstructure de dépôts en Ti-6Al-4V ont été analysées afin de connaître le potentiel de la fabrication additive par cold spray (CSAM). Des analyses microstructurales ont été effectuées pour comprendre les propriétés mécaniques observées, avant d’être ensuite comparées à des échantillons issus de procédés conventionnels ou de fabrication additive. L’étude des traitements thermiques s’est révélée nécessaire pour générer des propriétés mécaniques compatibles avec des applications de structure.Habituellement, les contraintes résiduelles issues du cold spray sont en compression. Elles sont dues à l’effet de grenaillage des particules à l’impact. Cependant, pour le Ti-6Al-4V, on observe des contraintes en tension pouvant être délétères à l’intégrité structurelle. Ainsi, une meilleure compréhension de ce phénomène pourrait permettre une plus grande maîtrise des contraintes, ce qui est crucial si l’on veut pouvoir considérer le cold spray comme un procédé viable de la famille de la FA. L’In situ Coating Properties (ICP) a permis d’évaluer les paramètres de projection influant la présence de contraintes dans les échantillons.Grâce à leur maîtrise, une première pièce a été créée – après une étude de l’effet des paramètres robot sur la morphologie des dépôts – afin de montrer la faisabilité de pièces en Ti-6Al-4V par CSAM.Le but de cette étude a été de proposer des stratégies permettant la réduction du taux de pores, la réhabilitation des propriétés mécaniques et une maîtrise des contraintes résiduelles dans l’objectif de créer des pièces denses conjuguant intégrité structurelle et fiabilité mécanique.