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Theses Year : 2010

Influence of impact conditions on adhesion of copper sprayed onto aluminum

Influence des conditions d'impact sur l'adhérence de cuivre projeté dynamiquement sur de l'aluminium

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Abstract

In cold spray, innovative coating process, powder particles are accelerated by a supersonic gas flow above a certain critical velocity and kept in a solid state until impact. Coating results from the pile up of particles and its quality depends on particles adhesion. In this work, adhesion of the first particles impacted onto the substrate, namely splats, was studied as a function of their impact conditions. Indeed, particles adhesion onto the substrate is influenced by oxidation, particle impact velocity and temperature, which can change dramatically depending on spraying conditions. For this purpose, a method was developed to correlate spraying conditions to impact conditions using experimental sets up and numerical simulation. High pressure and temperature therefore induced at the interface during impact were calculated from numerical simulation. Transmission Electron Microscope analyses of thin foils were carried out to investigate into resulting local interface phenomena. These were correlated to particle impact conditions and corresponding adhesion strength which was obtained from LAser Shock Adhesion Test (LASAT).
Lors de la projection dynamique par gaz froid, nommée " cold spray ", les particules sont accélérées aérodynamiquement et maintenues à l'état solide jusqu'au moment de l'impact sur le substrat. L'empilement de ces particules constitue le revêtement dont l'adhérence représente un paramètre déterminant quant à la qualité des pièces industrielles. L'enjeu de cette étude est la compréhension et la quantification de l'adhérence interfaciale par l'analyse de la phase d'accrochage des premières particules dispersées à la surface du substrat, en fonction des conditions d'impact. Vitesse d'impact, température de préchauffage et oxydation des surfaces mises en contact ont, en effet, une influence directe sur les phénomènes survenant à l'interface donc sur l'adhérence. Cette étude propose une méthode permettant de relier les conditions de projection aux conditions d'impact, aux mécanismes survenant entre la particule et le substrat durant l'impact et, enfin, au niveau d'adhérence des particules correspondantes. Pour cela, les conditions d'impact ont été déterminées par l'utilisation conjointe de techniques expérimentales et de modélisations numériques. Les températures locales et les pressions de contact alors induites à l'interface durant l'impact ont été calculées par simulation numérique. Des analyses fines par transmission ont été réalisées afin d'étudier les phénomènes survenant le long de l'interface, en fonction des conditions d'impact. Enfin, les niveaux d'adhérence correspondants ont été obtenus par une utilisation originale de l'essai LASAT (LAser Shock Adhesion Test). Les phénomènes responsables de l'adhésion ont ainsi pu être mis en évidence et leur influence quantifiée.
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Dates and versions

pastel-00657045 , version 1 (05-01-2012)

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  • HAL Id : pastel-00657045 , version 1

Cite

Serge Guetta. Influence des conditions d'impact sur l'adhérence de cuivre projeté dynamiquement sur de l'aluminium. Matériaux. École Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2010. Français. ⟨NNT : 2010ENMP0074⟩. ⟨pastel-00657045⟩
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