Etude des caractéristiques des poudres à base d'aluminium pour leur adaptation à la projection dynamique à froid « Cold Spray »

Study of Al-based powder characteristics tailored for cold spray

• Auteur / Autrice : Hugo Durand
• Direction : Alain Thorel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences et génie des matériaux
• Date : Soutenance le 29/11/2023
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Ingénierie des Systèmes, Matériaux, Mécanique, Énergétique (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : ENSMP MAT. Centre des matériaux (Evry, Essonne)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation de la thèse : École nationale supérieure des mines (Paris ; 1783-....)
• Jury : Président / Présidente : Benoît Panicaud
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Alain Thorel, Bertrand Jodoin, Cécile Langlade, Chrystelle Bernard, Xavier Boulnat, Francesco Delloro
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Bertrand Jodoin, Cécile Langlade

Mots clés

Mots clés contrôlés

Nanoindentation

Projection au plasma

Laser (ordinateur)

Aluminium

Mots clés libres

Aluminium

Microcompression

Choc laser

Poudre

Cold spray

Aluminum

Cold spray

Microcompression

Powder

Laser shock

Résumé

La projection dynamique par gaz froid est l'un des procédés de projection thermique les plus innovants. Dans cette dernière décennie, elle s'est considérablement développée dans l'industrie. Des progrès considérables sont, cependant, encore à attendre d'une meilleure adéquation entre les caractéristiques des poudres utilisées et celles du procédé au travers des mécanismes dynamiques de dépôt et de densification qu'il impose. Jusqu'alors, le plus souvent, les poudres employées en cold spray sont choisies parmi celles commercialisées pour la projection thermique à chaud (plasma, flamme, etc.) dont les principes sont bien différents de celui du cold spray. La particule de poudre en cold spray reste, en particulier, à l'état solide, alors qu'elle passe à l'état fondu (au moins partiellement) et s'homogénéise en projection à chaud. L'objectif scientifique de la thèse est de déterminer les caractéristiques des poudres (à base d'Al dans l'étude) sur lesquelles agir pour les rendre propres à favoriser les mécanismes d'adhésion entre particules et d'empilement de ces mêmes particules au cours d'un dépôt cold spray. Ce type d'approche étant relativement récent dans ce procédé, l'objectif de la thèse a été de développer les essais et méthodes de calculs nécessaire à la détermination de ses caractéristiques. Elles sont d'ordre : métallurgique, physico-chimique, et mécanique. Les principaux points abordés sont les suivants :• Création d'un banc expérimentale d'impact unitaire de particules et les méthodes de calculs associées• Réalisation d'essais de microcompression sur des particules isolées avec la simulation de l'essai• Études des caractéristiques métallurgiques (EBSD, DRX)• Étude des propriétés mécaniques locales de la poudre par nano-indentation

Cold Spray is one of the most innovative thermal spraying processes. In the last decade, it has developed considerably in the industry. However, considerable progress is still to be expected from a better match between the characteristics of the powders used and those of the process through the dynamic mechanisms of deposition and densification that it involves. Up to now, the powders used in cold spray are most often chosen from those tailored for hot thermal spraying (plasma, flame, etc.), the principles of which are quite different from those of cold spray. The powder particle in cold spray remains, in particular, in the solid state, whereas it passes to the molten state (at least partially) and is homogenised in hot spray processes. The scientific objective of the thesis is to determine the characteristics of the powders (based on Al in the study) on which to act in order to make them suitable for promoting the adhesion mechanisms between particles and the stacking of these same particles during a cold spray deposit. This type of approach being relatively recent in this process, the objective of the thesis was to develop the tests and calculation methods necessary to determine those characteristics. They are of a metallurgical, physico-chemical and mechanical nature. The main points addressed are the following:• Creation of an experimental unitary particle impact bench and associated calculation methods• Carrying out micro-compression tests on isolated particles with his simulation• Study of the metallurgical characteristics (EBSD, DRX)• Study of the local mechanical properties of the powder by nano-indentation