Rôle d'une ablation laser in situ sur les propriétés mécaniques d'un revêtement élaboré par projection thermique

Role of laser irradiation on the mechanical properties of thermally sprayed coatings

• Auteur / Autrice : Hui Li
• Direction : Christian Coddet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences pour l'ingénieur
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Besançon en cotutelle avec Belfort-Montbéliard

Mots clés

Mots clés contrôlés

Dépôt par laser pulsé

Traitements de surface

Revêtement de surface

Résumé

Le procédé PROTAL® met en œuvre de façon simultanée un nettoyage laser impulsionnel et une torche de projection thermique. Cependant, les effets physico-chimiques de l'irradiation laser n'ont pas été clairement identifiés en fonction de la nature du matériau à traiter. L'objectif de cette étude est donc d'appréhender les effets produits par l'ablation des substrats et d'étudier l'effet du traitement laser sur l'adhérence des dépôts. Les modifications morphologiques produites par l'irradiation laser à différents niveaux de densité d'énergie et de nombre de tirs ont été estimées par microscopie électronique à balayage et rugosimétrie. Les mécanismes d'interaction ont même été proposés. Les phénomènes observés traduisent des phénomènes thermiques. Il est ainsi constaté que l'interaction laser-matière dépend fortement des conditions de surface et des propriétés des matériaux. Pour tous les matériaux traités dans ces travaux, la formation de cratères induits par une ablation préférentielle apparaît dans un premier temps. Ce phénomène devient plus intensif en augmentant la densité d'énergie du laser ou le nombre de tirs. Pour les substrats d'alliages de titane, un autre aspect notable est apparu, caractérisé par un effet de lissage, lié probablement à la formation d'une couche mince de surface. Les effets du nettoyage laser sur l'écrasement des particules et le phénomène d'éclaboussure ont été constatés. L'efficacité du nettoyage de la surface, ainsi que son rôle sur les conditions favorables à la réalisation de revêtements ont aussi été mis en évidence. Il a été montré que l'éclaboussure des particules lors de leur impact sur le substrat s'associe souvent à l'évaporation de divers absorbats/condensats de surface. L'énergie des particules et la nature du substrat jouent aussi un rôle important sur le phénomène d'éclaboussure. L'effet significatif du traitement laser sur l'adhésion interfaciale semble plus lié à la création de liaisons physiques puisque l'importance de l'effet du nettoyage laser sur les divers contaminants de surface a été vérifiée. Pour l'alliage de titane, la formation d'une couche d'oxyde semble limiter la création de liaisons métalliques à l'interface. Pour l'alliage d'aluminium, la formation de cratères sous forme de cavités profondes, induits soit par une fluence laser élevée soit par le nombre d'impacts, tend à générer des effets néfastes sur l'adhésion interfaciale. Ainsi, nous remarqueront principalement que le choix des paramètres laser visant à bien nettoyer les contaminants de surface est important afin d'assurer une surface propre sans dommage avant la projection de particules.