Contribution à l'étude du procédé arc-fil pour la réalisation de dépôts métalliques durs résistants à l'usure abrasive

par Salman Nourouzi

Thèse de doctorat en Matériaux céramiques et traitements de surface

Sous la direction de Pierre Fauchais et de Armelle Vardelle.

Soutenue en 2004

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


  • Résumé

    Ces travaux portent sur des dépôts d'alliages métalliques renforcés ou non en particules céramiques et destinés à protéger des pièces industrielles contre l'usure par abrasion. Ce type d'usure correspond à un déplacement de matière provoquée par des particules dures ou des protubérances dures et les principales propriétés qui jouent un rôle déterminant dans la résistance d'un matériau à l'usure par abrasion sont sa dureté, sa microstructure, sa capacité d'écrouissage et sa ténacité. Les dépôts ont été réalisés par le procédé de projection thermique "arc-fil" et l'étude qui a porté sur 3 types de dépôts métalliques (acier inoxydable 316 L, un alliage métallique à base fer (16,8% de chrome, 10,2% de nickel et 2,1% de molybdène) et un cermet), a été menée en 2 phases. La première s'est intéressée au traitement des gouttelettes issues de l'atomisation des fils qui servent d'électrodes pour l'arc électrique. Elle a consisté, d'une part, à collecter les gouttelettes afin de déterminer leur distribution granulométrique, observer leur morphologie, analyser les éléments qui les composent par analyse dispersive en énergie et les phases cristallines par analyse aux rayons X et, d'autre part, à mesurer leur vitesse et température de surface à l'endroit où est positionné le substrat (100 mm de la sortie de buse) à l'aide d'un système d'imagerie et d'une caméra CCD. Ces mesures ont permis de sélectionner des jeux de conditions de tir pour la réalisation des dépôts. La deuxième phase de l'étude a consisté à réaliser et caractériser les 3 types de dépôts : 316L, 97MXC et 98MXC. Les caractérisations ont porté sur la porosité, la teneur en oxyde, la micro-dureté, la rugosité, l'adhérence et la résistance à l'abrasion. Elles ont montré que la diminution de la taille des gouttelettes qui s'accompagne d'une augmentation de leur vitesse conduite à une amélioration des propriétés des dépôts. Cette diminution de taille peut être obtenue en augmentant la pression du gaz d'atomisation et du gaz de gainage et en utilisant des buses de petits diamètres. Pour les matériaux de notre étude, les meilleures propriétés des dépôts en terme de dureté, porosité, adhérence et résistance à l'usure par abrasion ont été obtenues en utilisant une pression de gaz d'atomisation et de gaz de gainage de 0,41MPa avec une buse de 7mm pour le dispositif d'arc fil que nous avons utilisé (TAFA 9000). Ainsi, pour le dépôt d'acier 316L, ces conditions conduisent à une porosité de 5% ; une teneur en oxyde de 13%, et une adhérence de 60MPa

  • Titre traduit

    Contribution to study of the abrasion-wear resistant metal coating produced by Twin-wire arc spraying


  • Résumé

    This work concerns metal alloys coatings reinforced or not in ceramic particles and intended to protect industrial parts against abrasion wear. This type of wear corresponds to the displacement of material caused by hard particles or hard protuberances. The principal properties of coatings that play a determining role in abrasion-wear-resistance, are hardness, microstructure, work hardening capacity and tenacity. The wire-arc thermal spray process has been used to produce the coatings and three types of materials have been studied: stainless steel 316L, an iron-base alloy metal (with 16. 8 wt% chromium, 10. 2 wt% nickel and 2. 1 wt% molybdenum) and a cermet (iron- base alloy reinforced with carbide particles). The study has been carried out in two stages. The first dealt with the investigation of the behavior of the droplets resulting from the atomization of the metal wires that act as electrodes for the electric arc. It consisted, on the one hand, to collect the droplets in order to determine their size distribution, morphology, composition by energy dispersive analysis and crystalline phases by X-ray diffraction and, on the other hand, to measure their velocity and surface temperature at the stand-off distance (100mm of the nozzle exit) by using an imaging system and a CCD camera. These measurements made it possible to select sets of operating conditions for the realization of coatings. The second stage of the study consisted in producing and characterizing three types of coatings: 316L, 97MXC and 98MXC. Coating characterization turned to porosity, oxide content, micro-hardness, roughness, adhesion and wear-abrasion resistance. The results showed that a decrease in droplet size comes with an increase in their velocity resulting in an improvement of coatings properties. The reduction in droplets size can be obtained by increasing the atomization gas pressure and the shrouding gas pressure and by using a small diameter nozzle. For the materials of our study, the best coatings properties in term of hardness, porosity, adhesion and abrasion-wear-resistance were obtained by using an atomization gas and shrouding gas pressure of 0,41MPa with a nozzle diameter of 7mm for the wire-arc device we have used (TAFA 9000). For instance, for the stainless steel 316L coating, these conditions led to a porosity of 5%; oxide content of 13% and adhesion of 60MPa

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Informations

  • Détails : 1 vol. (173 f.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 154-167

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  • Bibliothèque : Université de Limoges (Section Sciences et Techniques). Service Commun de la documentation.
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