Évolutions microstructurales et défauts générés par laser cladding lors du dépôt de Ni sur des moules de verrerie en alliage de Cu-Ni-Al et en fonte GL

par Fazati Bourahima

Thèse de doctorat en Chimie

Sous la direction de Thierry Baudin et de Anne-Laure Helbert.


  • Résumé

    Dans l’industrie de la verrerie, le laser cladding est une technique de rechargement très innovante permettant de déposer une couche très fine d’un alliage à base de nickel pour protéger les moules (utiles à la fabrication de bouteilles en verre) de la corrosion, de l’abrasion ainsi que de la fatigue thermique. La méthode utilisée ici (fusion de poudre projetée par laser) est très courante en fabrication additive. Cette étude s’intéresse à l’impact du rechargement sur le dépôt et les substrats en Cu-Ni-Al et en fonte GL. L’influence sur la microstructure ainsi que sur le comportement mécanique a pu être étudiée (MEB et microanalyses, dureté, contraintes résiduelles ...). Nous nous sommes focalisés sur l’apparition de défauts tels que le manque d’accroche lors du laser cladding sur du Cu-Ni-Al et sur la possible fissuration lors du rechargement sur de la fonte GL. Le but est bien sûr de s’affranchir de ces défauts. Il a notamment été mis en évidence que le manque d’accroche (cas du Cu-Ni-Al) est lié à la distribution gaussienne de la poudre qui atténue la puissance incidente du laser au niveau du pic de poudre. Le manque d'accroche n'est pas détecté sur le substrat en fonte en raison de sa forte absorptivité et de sa faible conductivité thermique. Néanmoins, des fissures peuvent être observées en raison de contraintes résiduelles thermiques et de la présence d'une zone affectée thermiquement. De plus, l’analyse statistique ANOVA a permis une optimisation des paramètres de rechargement de telle sorte à obtenir une accroche dans toute la section tout en respectant les préconisations géométriques données par les Établissements CHPOLANSKY pour le cordon.

  • Titre traduit

    Microstructural evolution and defects generated by laser cladding of Cu-Ni-Al alloy and flake-graphite cast iron glassmolds with Ni powder


  • Résumé

    In glass industry, the laser cladding is an innovative surfacing technique allowing to deposit a very thin layer of nickel to protect glass mold (useful for glass bottle production) against corrosion, abrasion and thermal fatigue. This method (powder fusion by projection) is well known in additive manufacturing. The aim of this work is to observe the impact of the laser cladding on the coating behavior but also on the Cu-Ni-Al and flake-graphite cast iron substrates. The microstructure and the mechanical properties were studied (SEM and microanalysis, microhardness, residual stress …) around the interface cladding/substrate. The work was also focused on the defects like lack of bonding but also on cracking behavior during surfacing on cast iron. The purpose was to prevent from those defects. This work showed that the lack of bonding to the Cu-Ni-Al substrate is due to the gaussian distribution of the powder which attenuates the input laser power at its peak. The lack of bonding is not detected on cast iron substrate thanks to its high absorptivity and low thermal conductivity. Nevertheless, cracks can be observed due to thermal residual stresses and the presence of a thermal affected zone. The ANOVA technique allowed us to optimize the processing parameters in order to obtain a perfect bonding and the geometry wanted by CHPOLANSKY Establishments.


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