Exploration d’un équipement d'observation non intrusif pour la compréhension des processus de projection thermique

Investigating non-intrusive observation tools to comprehend the process of thermal spray

• Auteur / Autrice : Yijun Yao
• Direction : Marie-Pierre Planche, Sihao Deng
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences pour l'Ingénieur
• Date : Soutenance en 2023
• Etablissement(s) : Bourgogne Franche-Comté
• Ecole(s) doctorale(s) : SPIM - Sciences Physiques pour l'Ingénieur et Microtechniques
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : PMDM - Procédés Métallurgiques, Durabilité, Matériaux
• Jury : Président / Présidente : Yassine Ruichek
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marie-Pierre Planche, Jean-Jacques Gonzalez, Vincent Rat, Sihao Deng, Richard Bearee
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Jacques Gonzalez, Vincent Rat

Mots clés

Mots clés libres

Projection plasma

Projection à froid

Observation des jets

Vision par ordinateur

Traitements des images

Plasma spraying

Cold spraying

Process observation

Computer vision

Image processing

Résumé

La quatrième révolution industrielle a inauguré une nouvelle ère technologique caractérisée par la numérisation et l'intelligence. Dans ce contexte, on observe une tendance croissante à combiner les technologies traditionnelles avec les technologies plus modernes de l'information. Cette approche forme une nouvelle voie d’interprétation pour la recherche scientifique. Dans le cadre de cette étude propre à la projection thermique, le travail a consisté à utiliser un dispositif de visualisation non invasif pour la collecte en ligne des images d’un jet ensemencé de particules de poudre. Le traitement de ces images par un algorithme spécifiquement développé a abouti à l’extraction de données pertinentes et fiables sur les processus de construction d’un revêtement de projection. En effet, la projection thermique, en tant que technologie traditionnelle dans le domaine des traitements de surface est aussi une technique très prometteuse dans le domaine de la fabrication additive. Les revêtements produits par cette méthode présentent d’excellentes propriétés et sont largement appliqués dans des secteurs variés. Il parait donc important de changer son paradigme en y intégrant les technologies de l'informatique. Les expériences réalisées ont permis d’observer les phénomènes/processus mis en œuvre au cours d’une projection plasma de particules d’alumine et un algorithme a été développé pour extraire les données intéressantes contenues dans les images observées (distribution de la taille des particules en vol, schéma de croissance du revêtement sur le substrat, efficacité du dépôt, etc.). De cette manière, il a été possible d'étudier les distributions de la vitesse des particules et l'angle de vol tout au long du processus de projection plasma. Par la suite, la validation de la technique d'observation et de l’algorithme appliqué à la projection plasma a permis de s’intéresser au processus existant en projection à froid. L'observation in situ de particules de cuivre a donc été conduite pour identifier le processus d'empilement des couches pulvérisées à froid, d’en quantifier la taille et la dispersion des particules formant le dépôt. L'étude a également associé différentes méthodes de caractérisation de façon à comprendre le processus d'empilement des couches lors d’une projection à froid.

The fourth industrial revolution ushered in a new technological era characterized by digitalization and intelligence. In this context, there is a growing tendency to combine traditional technologies with more modern information technologies. This approach is opening up a new avenue of interpretation for scientific research. In the context of this study, which is specific to thermal spraying, the work involved using a non-invasive display device to collect on-line images of a jet seeded with powder particles. Processing these images using a specially developed algorithm resulted in the extraction of relevant and reliable data on the construction processes of a spray coating. Indeed, thermal spraying, as a traditional technology in the field of surface treatments, is also a very promising technique in the field of additive manufacturing. The coatings produced by this method have excellent properties and are widely applied in a variety of sectors. It therefore seems important to change the paradigm by incorporating computer technologies. The experiments carried out enabled us to observe the phenomena/processes involved in the plasma spraying of alumina particles, and an algorithm was developed to extract the interesting data contained in the images observed (size distribution of the flying particles, growth pattern of the coating on the substrate, deposition efficiency, etc.). In this way, it was possible to study the particle velocity and flight angle distributions throughout the plasma spraying process. Subsequently, validation of the observation technique and the algorithm applied to plasma spraying made it possible to study the existing cold spraying process. In situ observation of copper particles was therefore carried out to identify the stacking process of cold-sprayed layers and to quantify the size and dispersion of the particles forming the deposit. The study also combined different characterization methods to understand the process of layer stacking during cold spraying.