Oxydation de particules de fer dans un plasma d'arc Ar-H2 s'écoulant dans l'air : influence sur les propriétés du dépot

par Gilles Espie

Thèse de doctorat en Science des procédés. Céramiques et traitements de surface

Sous la direction de Jean-Claude Labbe.

Soutenue en 2000

à Limoges , en partenariat avec Université de Limoges. Faculté des sciences et techniques (autre partenaire) .


  • Résumé

    Lors de l'élaboration de dépôts métalliques par plasma d'arc soufflé à l'air libre,l'oxygène pompé réagit avec les particules liquides durant leur séjours dans le jet. Dans ce travail, nous avons essayé d'évaluer l'oxydation en vol de particules ,de fer pur et son influence sur les propriétés du dépôt. L'analyse des particules collectées en vol par un montage original permet de mettre en évidence la formation exclusive de l'oxyde de fer wüstite, de formule Fe0. 95O. Les calculs de modélisation montrent que l'oxydation est contrôlée au coeur du jet par les phénomèmes de convection à l'intérieur des particules liquides. La formation de nodules de wüstite au coeur des gouttelettes doit être attribuée aux différences de vitesse entre le jet de plasma et les particules. Dans le cas d'un plasma Ar-H2(50:10 N1. Min-1) fonctionnant avec une puissance effective de 18 kW, la phase Fe0. 95O représente 13% en masse des particules collectées à 100 mm de la sortie de tuyère. Pour préciser le comportement des particules liquides lors de leur étalement sur le substrat , nous avons effectué des mesures de mouillabilité par la méthode de la goutte posée. Nos résultats montrent que l'oxydation en vol des particules de fer se traduit par une forte diminution de l'angle de contact lors de la mise en goutte sur des substrats céramiques et permet un meilleur recouvrement des lamelles. Le rôle des paramètres de projection tels que l'intensité de courant, le débit d'hydrogène plasmagème et le diamètre de la tuyère a également été étudié. L'analyse de dépôt de fer pur révèle la présence en quantité importante d'oxydes Fe3O4 et Fe2O3. Ces oxydes, formés lors des passes successives, favorisent la porosité et diminuent les qualités thermomécaniques des revêtements. Nous avons donc proposé un nouveau dispositif de projection visant à minimiser cette oxydation, sans influencer notablement sur le coût du procédé. Dans ces conditions la valeur de la force d'arrachement passe de 51 à 60 MPa, soit une amélioration de 17%. Ce travail souligne l'importance des réactions chimiques qui interviennent dans le procédé de projection par plasma d'arc soufflé dans l'air. Ces réactions chimiques sont toujours complexes mais peuvent, dans une certaine mesure, être contrôlées de façon assez fine en agissant sur les paramètres de projection.

  • Titre traduit

    Oxidation of iron particles in d. C. Plasma Ar-H2 : influence on the coating properties


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Informations

  • Détails : 184 p.
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Notes bibliogr.

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