Etude de dépôt de poudre céramique sur un substrat métallique sous l'effet d'un jet de haute température

Abstract

La projection thermique est largement utilisée pour réaliser des revêtements pour différentes applications industrielles. Les revêtements sont formés par l’impact, l’étalement et la solidification des particules de revêtement fondues sur le substrat. Ainsi, les performances des revêtements sont étroitement liées à la façon dont les lamelles individuelles sont formées. La microstructure de la lamelle et l’adhérence avec le substrat sont profondément affectées par les conditions de projection, les propriétés du substrat ainsi que les particules de revêtement. Le travail entrepris dans cette thèse, est une étude numérique qui traite le dépôt d’une particule de taille micrométrique en céramique, sur un substrat métallique sous l’effet d’un jet de haute température, le cas de la projection plasma. Cette étude est basée sur la résolution des équations de quantité de mouvement et de l’énergie avec changement de phase liquide/solide, dans un domaine 2D-axisymétrique. Ces équations sont couplées avec la méthode de volume de fluide (VOF) pour suivre la surface libre de la particule pendant son étalement et sa solidification. Le modèle proposé est implémenté dans le logiciel Ansys Fluent 14. Une comparaison avec les résultats expérimentaux publiés a été effectuée pour valider ce modèle. Des simulations ont été exécutées pour étudier l’influence de la vitesse d’impact, de la température initiale de la gouttelette et du substrat sur la morphologie d’une gouttelette en Alumine déposé sur un substrat en acier inoxydable. Les résultats ont montré que le degré d’étalement dépend fortement de la vitesse d’impact. D’autres simulations ont été effectuées pour le cas d’une gouttelette d’alumine sur un substrat en aluminium. Dans ce cas, la fusion du substrat s’est produite, ce qui peut améliorer considérablement l’adhérence entre la lamelle et le substrat. L’effet de la taille et la température initiale de la gouttelette sur la fusion du substrat, ainsi que sur le degré d’étalement de la gouttelette ont été étudiées. Il a été observé que l’étalement de la gouttelette et la fusion du substrat sont plus importants pour les gouttelettes à température initiale élevée et de taille importante.