PROJECTION THERMIQUE POUR SITUATIONS DIFFERENTES
Processus, avantages, possibilites et applications
La projection thermique est un nom générique pour plusieurs techniques visant à appliquer des couches thermiquement pulvérisées. Les noms les plus fréquents utilisés auparavant étaient la projection à la flamme, la métallisation et la projection de métal. Les différentes techniques de projection sont utilisées dans des situations spécifiques et ont leurs propres caractéristiques. Cet article se penche sur les techniques les plus connues. Nous commentons les processus, les avantages, les inconvénients et les applications.
PROJECTION THERMIQUE
Dans la projection thermique, un matériau en forme de fil ou de poudre est fondu en gouttes. Puis les gouttes sont pulvérisées contre le substrat au moyen d’un flux de gaz. En général, la projection thermique est un processus froid. Cela signifie que la pièce reçoit seulement une légère hausse de température. Le substrat s’échauffe de 50° à 180° Celsius. Ceci évite la déformation ou le changement de structure. La couche de couverture appliquée ‘à froid’ est généralement très mince tandis que l’adhérence repose surtout sur un ancrage mécanique.
DIFFERENTES TECHNIQUES
Projection au fil autogène
La projection au fil autogène, ou projection à la flamme, est le plus ancien processus dans la projection thermique. Un électromoteur ou un moteur pneumatique est utilisé pour fondre un matériau sous forme de fil et un mélange gaz-oxygène brûlant, le plus souvent acétylène-oxygène. Ensuite le matériau fondu est atomisé par air comprimé vers le substrat afin de former une couche de couverture.
Projection à la poudre autogène
Dans la projection à la poudre autogène, une poudre est injectée au moyen d’un gaz de transport dans un mélange gaz/oxygène brûlant (le plus souvent acétylène-oxygène), fondue et transportée vers le substrat.
Projection au fil électrique
La projection au fil électrique, aussi connue comme projection à l’arc électrique, est un processus en vertu duquel deux fils conducteurs électriques sont transportés par un pistolet de projection. Entre les extrémités des deux fils est tiré un arc électrique, ce qui les fait fondre. Le matériau fondu est transporté par air comprimé vers le substrat (élément à pulvériser) où se forme une couche de couverture.
subissent régulièrement un audit (photo: Plasma Service)
Projection plasma
Dans la projection plasma, un gaz est ionisé en un plasma entre une anode et une cathode, qui atteint de très hautes températures par la recombinaison en gaz. La poudre injectée par un gaz porteur dans le rayon plasma est fondue et se précipite sur le substrat. La vitesse des particules peut atteindre 450 m/s. La haute température permet de pulvériser quasi tous les matériaux et alliages existants.
HVOF
Le processus de projection à la flamme à grande vitesse HVOF (High Velocity Oxygen Fuel) est un processus de projection particulier en raison des vitesses élevées. Dans ce processus, un combustible est enflammé sous haute pression avec de l’oxygène. La flamme sortante (combustible avec oxygène) ne contient pas encore de particules de poudre et atteint des vitesses de gaz allant jusqu’à 2.400 m/s. Dans cette flamme sont injectées des particules de poudre à l’aide d’un gaz porteur. Les particules sont ‘tirées’ vers la pièce à des vitesses de 800 à 1.100 m/s. En raison de l’énergie cinétique élevée, des couches de couverture très denses peu poreuses (< 1%) sont réalisées.
Placage laser
Avec une lumière laser est formé un petit bain de fusion peu profond sur le matériau de base. La poudre y est injectée et forme une couche par liaison mécanique. Le placage laser est le seul processus de projection thermique avec liaison mécanique. Tous les autres processus ont une liaison métallique. Ce n’est pas une technique concurrente mais complémentaire, plutôt perçue comme une technique d’assemblage.
AVANTAGES
Projection au fil autogène
Ce processus de projection est bon marché, a une résistance à la traction modérée et un degré d’oxydation relativement élevé dans le revêtement. Du reste, la projection au fil autogène résiste bien à la pression et a des propriétés d’élasticité minimes. Enfin, la projection très locale est une possibilité.
Projection à la poudre autogène
La projection à la poudre autogène a quasi les mêmes avantages que la projection au fil autogène. En outre, elle est très polyvalente. Vous avez le choix parmi bien des matériaux.
Projection au fil électrique
L’une des forces de la projection au fil électrique est la simplicité d’exécution du processus, à la fois polyvalent et fiable. Cette technique procure un bon accrochage au substrat, si bien que la couche a une haute densité. De plus, elle a une capacité de production élevée, est bon marché et ne consomme pas beaucoup d’énergie.
Projection plasma
La technique de projection plasma se caractérise par une fine microstructure. Sa source d’énergie est une flamme plasma, qui procure une température de flamme plus élevée et des gouttes plus petites. La porosité est très faible. Par ailleurs, les revêtements de la projection plasma offre une bonne résistance à la corrosion et à la traction. La technique s’utilise pour quasi tous les matériaux et alliages existants. Un dernier avantage de la projection plasma est la capacité de production élevée et la flexibilité. En effet, la technique est possible pour de nombreuses poudres. La projection plasma est aussi très utilisée pour pulvériser des couches céramiques.
HVOF
Grâce à la haute vitesse de projection des particules sur le substrat, le revêtement a, tout comme dans la projection plasma, une fine microstructure et une porosité dense et faible. Du reste, la couche a le degré d’oxydation le plus bas de tous les processus thermiques et de bonnes propriétés anticorrosion. Par ailleurs, les couches réalisées par HVOF ont une valeur d’adhérence élevée et peuvent être bien post-traitées. Cela convient dès lors fort bien pour revêtir le carbure métallique. En outre, HVOF est une alternative possible au chrome dur.
Placage laser
La couche est liée mécaniquement au matériau de base et a une résistance d’accrochage élevée. De plus, il n‘y a pas de porosité. Dans la projection thermique, le prétraitement est essentiel et consiste à grenailler la surface à pulvériser et la protection de la surface qui ne peut pas recevoir de couche. Ceci peut être évité dans le placage laser.
DIFFICULTES
Les nombreux avantages des différentes techniques de projection thermique sont évidents, mais cela entraîne aussi quelques difficultés par moments. Vous devez toujours être bien préparé lors de l’application de la projection thermique. Dans le cas d’une mauvaise préparation, les processus de projection thermique surtout bon marché peuvent résulter dans un mauvais revêtement. En effet, il est important de bien savoir quel problème vous voulez résoudre avec la projection thermique. Ce n’est qu’après que le matériau du revêtement et le processus d’application sont choisis. Chaque processus de projection thermique a ses avantages et inconvénients. Seul le bon choix délivrera le résultat souhaité. De plus, la projection au fil autogène et la projection au fil électrique sont deux processus relativement bon marché mais limités en termes de choix du matériau. Dans le placage laser, il est très difficile de déterminer le matériau de base pour des réparations par exemple. Ceci peut causer des affaiblissements et des tensions accrues. Et c’est un processus coûteux.
APPLICATIONS
La projection thermique permet bien plus que la seule application de couches anti-usure. Vous réalisez aussi des couches qui s’usent, conduisent l’électricité, isolent ou protègent contre la corrosion. Les applications sont donc variées. Par exemple, des parties de machine s’usent moins vite, ce qui améliore la tenue. Des éléments peuvent être réparés par projection thermique dans certaines situations, d’autres revêtements améliorent l’efficacité d’une machine. En conséquence, l’émission de CO2 peut aussi être réduite. Enfin, l’usure par érosion est évitée par la bonne couche. Idem pour le frottement sur des éléments. Chaque technique de projection thermique s’utilise pour différentes applications. Une énumération pour chaque technique.
Projection au fil autogène
La plus ancienne technique de projection thermique s’applique pour toutes sortes de raisons. Elle permet d’améliorer la résistance à l’usure et les qualités de roulement mais s’utilise aussi pour des réparations ou corrections dimensionnelles. La projection au fil autogène est de surcroît adoptée pour la protection contre la corrosion d’écluses, ponts … en aluminium, zinc et autres matériaux.
Projection à la poudre autogène
La projection à la poudre est souvent utilisée pour la protection chimique et l’amélioration de la résistance à l’usure. Les couches apposées avec ce processus protègent bien contre les hautes températures, l’érosion ou l’attaque chimique. Et elle s’utilise pour l’étanchéité des bandes de roulement.
Projection à fil électrique
Les applications de la projection à fil électrique sont fort similaires à celles de la projection à la poudre autogène. Les couches protègent aussi contre les hautes températures, l’érosion et l’attaque chimique. Elle s’utilise aussi comme revêtements antidérapants ou de traction, et pour des réparations et corrections dimensionnelles. Parfois, elle est aussi appliquée comme protection contre la corrosion, comme dans la projection à fil autogène.
Projection plasma
La projection plasma est maintes fois utilisée pour appliquer des couches céramiques, grâce aux hautes températures. Ce processus peut être utilisé pour étancher des axes de pompe par exemple. La technique se rencontre aussi pour réaliser des revêtements de barrière thermique dans des turbines à gaz. La projection plasma s‘utilise de surcroît sur les tiges de piston de vérins hydrauliques et pour réaliser des couches antistatiques.
HVOF
Ceci est surtout utilisé pour réaliser les couches de carbure les plus dures, comme les carbures de tungstène. Les revêtements améliorent la résistance à l’usure et offrent une résistance chimique aux robinets à boule. Des applications concrètes sont les tiges de piston sur des vérins hydrauliques, comme dans la projection plasma, et les corps de pompe et ventilateurs à protéger contre l’attaque chimique.
Placage laser
Le placage laser est surtout appliqué quand un bon accrochage est important, par exemple comme bande de roulement pour parties tournantes fort sollicitées avec un graissage limité ou pour la production plus intelligente et meilleur marché d’éléments plus grands.
CONCLUSION
La projection thermique se rencontre dans différents processus. Chaque technique a sa méthode de travail, ses avantages, désavantages et applications. Aussi il est important de bien savoir au préalable ce que vous désirez atteindre. Les formes les plus utilisées de projection thermique sont HVOF, projection plasma et projection au fil électrique.
