Etude de la relation entre porosité et étanchéité à l'ultra-vide de dépôts à base d'aluminium obtenus par projection dynamique par gaz froid ("cold spray")

Study of the relationship between porosity and ultra-high vacuum gas-tightess of aluminum based coatings obtained by cold gas dynamic spraying (cold spray)

• Auteur / Autrice : Sébastien Weiller
• Direction : Alain Thorel, Francesco Delloro
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences et génie des matériaux
• Date : Soutenance le 16/03/2021
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Ingénierie des Systèmes, Matériaux, Mécanique, Énergétique (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : ENSMP MAT. Centre des matériaux (Evry, Essonne)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation de la thèse : École nationale supérieure des mines (Paris ; 1783-....)
• Jury : Président / Présidente : Sophie Costil
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Alain Thorel, Francesco Delloro, Mario Guagliano, Cédric Garion
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Armelle Vardelle, Johan Debayle

Mots clés

Mots clés contrôlés

Métallisation

Revêtement métallique

Mots clés libres

Étanchéité

Porosité

Ultra-vide

Cold spray

Composite

Simulation d'écoulement

Eléments finis

Gas tightness

Porosity

Ultra-high vacuum

Cold spray

Composite

Flow simulation

Composite

Résumé

La projection dynamique par gaz froid (« cold spray ») est un procédé de projection thermique dont l’un des atouts majeurs est de pouvoir conduire à des dépôts très denses. C’est cet atout qui sera prioritairement exploité dans cette étude pour la réalisation d’un revêtement métallique dont l’application lui requiert de présenter une haute étanchéité au gaz, dans des conditions de vide poussé. Le travail proposé porte sur la réalisation de ce type de revêtement dont il faudra étudier la porosité susceptible de se former à la projection. L’un des objectifs est de déterminer la taille critique de pore au-delà de laquelle le niveau d’étanchéité exigé n’est plus respecté ainsi que tous les autres critères de porosité susceptibles d’intervenir (répartition, géométrie, etc.). Plus fondamentalement, il s’agira d’associer, y compris à l’aide de la simulation numérique, ces caractéristiques aux mécanismes de formation des pores en fonction des conditions de projection. L’influence du substrat (métal ou polymère) sur la porosité, via les modifications dans le processus de construction du dépôt sera examinée. Son adhérence, au substrat sera aussi déterminée, sachant que la propriété première sur laquelle il convient de se pencher est l’étanchéité au gaz. Des mesures seront effectuées sur éprouvettes adaptées.

Cold Spray is a thermal spray process, a key advantage of which is its capability to achieve highly-dense coatings. The practical objective of the study is to fully exploit this asset to obtain a metallic coating which exhibit gas-tightness in ultra-high vacuum conditions as requested for the targeted application. The thesis work consists in studying cold spray conditions to result in suitable properties. The study will focus on porosity formation mechanisms when spraying. A major objective is to determine a critical size for porosity above which gas-tightness no more meets the required specifications for the application. For this, relevant characteristics of pores (size, distribution, shape, ... ) will be assessed. More basically, the work aims to correlate, including using numerical simulation, these characteristics with the previously-mentioned formation mechanisms as a function of spraying conditions. The influence of the substrate (a metal or a polymer) onporosity will be studied in particular, through the study of modifications in the coating build-up. Coating-substrate bond strength will be determined, based on the study of adhesion mechanisms since an influence of these on gas-tightness can be expected.