Détermination des flux thermiques et de la température du système revêtement-substrat en cours de projection thermique

Determination of thermal fluxes and the temperature of coating-substrate system during thermal spraying

• Auteur / Autrice : Hao Deng
• Direction : Christian Coddet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences pour l'ingénieur
• Date : Soutenance en 2003
• Etablissement(s) : Besançon en cotutelle avec Université de Franche-Comté

Mots clés

Mots clés contrôlés

Transfert de chaleur

Traitement thermique

Surfaces (technologie)

Revêtement de surface

Résumé

Ce travail a pour but d'étudier l'influence des moyens auxiliaires (préchauffage et refroidissement) utilisés en cours de projection thermique sur le champ de températures d'une part, et les propriétés (l'état des contraintes résiduelles, le microdureté et l'adhérence interfaciale) du système revêtement-substrat d'autre part. Une étude s'appuyant sur la spécification de fonction a permis de confirmer la faisabilité et la fiabilité de la méthode du problème inverse en conduction de la chaleur (PICC). Une extension de la méthode de spécification de fonction a été appliquée à la détermination de la vitesse de balayage du procédé HEATCOOL®. A travers l'étude de la méthode inverse du gradient conjugué, une méthode modifiée synthétisant deux méthodes classiques pour un problème plan a été proposée. L'influence du nombre de thermocouples, de valeur initiale, de l'intensité du maillage et du critère d'arrêt sur la précision et la vitesse de convergence de calcul numérique a systématiquement été étudiée. Une configuration optimale a ensuite été utilisée pour déterminer les profils des flux thermiques tels que les flux de chauffage et de refroidissement. Ces résultats ont alors été vérifiés quantitativement en utilisant un montage bi-éprouvette et qualitativement lors de l'étude sur la vitesse de balayage. La modélisation du champ instantané de température au cours de la réalisation de la première couche a montré l'existence d'une différence de températures à l'interface pour les deux systèmes considérés (NiCrBSi/acier inoxydable et ZrO2-8%Y2O3/acier inoxydable), mais également l'intérêt de l'utilisation du CO2-liquide comme moyen de refroidissement. Enfin, les revêtements réalisés par le procédé HEATCOOL® ont révélé des meilleurs performances au niveau de l'état de contraintes résiduelles, de la microdureté et de l'adhérence que ceux réalisés par les configurations classiquement rencontrées (projection seule et projection accompagnée d'un refroidissement).

The purpose of this work is to study influence of the auxiliary means (pre-heating and cooling) used during thermal spray on temperature field and properties (residual stresses status, microhardness and interfacial adherence) of coating-substrate system. A study relying on the specification of function permitted to confirm the feasibility and the reliability of the method of inverse heat transfer problem (IHTP). An extension of the function specification method was applied to determine scanning rate of the process HEATCOOL®. Through the study of the conjugate gradient method, a modified method synthesizing two traditionhal methods for a plan problem has been proposed. The influence of the number of thermocouples, the initial value, the mesh density and the stopping criterion on precision and convergent speed of numerical calculation has been studied systematically. An optimal configuration was then used to determine the profiles of the thermal fluxes such as heating and cooling sources. These results have been verified quantitatively using bi-sample set-up and qualitatively while the study on the scanning rate. The simulation of instantaneous temperature field during the realization of the first layer has showed the difference in temperature at the interface of coating-substrate for the two systems considered (NiCrBSi/Stainless steel and ZrO2-8%Y2O3/ Stainless steel), but also the interest of CO2-liquid like a cooling means. Lastly, the coatings carried out by the process HEATCOOL® revealed the better performances in residual stresses status, microhardness and adherence than those carried out by the classical configurations (single spray and spray accompanied by a cooling).