Qu'est-ce que la projection thermique ? - Types et application

Aujourd'hui, les revêtements par projection thermique sont utilisés dans un certain nombre d'industries différentes. Ces revêtements sont constitués de fil et de poudre fondue qui sont exposés à un plasma ou à une combustion oxy-combustible. Le feu du dispositif de pulvérisation alimentera le mélange qui a été chauffé, et une fois qu'il a été pulvérisé sur le métal, le mélange conservera un revêtement ferme.

Les revêtements par projection thermique sont utilisés dans un large éventail d'applications utiles, qui peuvent inclure la protection des avions, des bâtiments et d'autres structures contre les températures extrêmes, les produits chimiques ou les conditions environnementales telles que l'humidité et la pluie. Dans cet article, nous discuterons de ce qu'est la projection thermique et comment la faire, ainsi que de son application et de ses avantages.

Qu'est-ce que le revêtement par projection thermique ?

Les techniques de projection thermique sont des processus de revêtement dans lesquels des matériaux fondus (ou chauffés) sont pulvérisés sur une surface. La « matière première » (précurseur du revêtement) est chauffée par des moyens électriques (plasma ou arc) ou chimiques (flamme de combustion).

La pulvérisation thermique peut fournir des revêtements épais (la plage d'épaisseur approximative est de 20 microns à plusieurs mm, selon le procédé et la matière première), sur une grande surface à un taux de dépôt élevé par rapport à d'autres procédés de revêtement tels que la galvanoplastie, le dépôt physique et chimique en phase vapeur .

Les matériaux de revêtement disponibles pour la projection thermique comprennent les métaux, les alliages, les céramiques, les plastiques et les composites. Ils sont alimentés sous forme de poudre ou de fil, chauffés à un état fondu ou semi-fondu, et accélérés vers des substrats sous forme de particules de taille micrométrique.

La combustion ou la décharge d'arc électrique est généralement utilisée comme source d'énergie pour la projection thermique. Les revêtements résultants sont réalisés par l'accumulation de nombreuses particules pulvérisées. La surface peut ne pas chauffer de manière significative, permettant le revêtement de substances inflammables.

La qualité du revêtement est généralement évaluée en mesurant sa porosité, sa teneur en oxyde, sa macro et micro-dureté, sa force de liaison et sa rugosité de surface. Généralement, la qualité du revêtement augmente avec l'augmentation de la vitesse des particules.

En plus des applications d'équipement d'origine, les revêtements par projection thermique sont utilisés pour réparer les pièces usées et endommagées en service et restaurer les dimensions des pièces usinées. Les revêtements par projection thermique sont utilisés pour restaurer les dimensions des composants qui ont été usés ou corrodés, tels que les rouleaux d'impression et les roulements sous-dimensionnés.

Comment faire de la projection thermique ?

La projection thermique est une catégorie générique de procédés de revêtement qui appliquent un consommable sous forme de pulvérisation de gouttelettes fondues ou semi-fondues finement divisées pour produire un revêtement.

Il se distingue par sa capacité à déposer des revêtements de métaux, de cermets, de céramiques et de polymères en couches d'épaisseur substantielle, généralement de 0,1 à 10 mm, pour des applications d'ingénierie. Presque tous les matériaux peuvent être déposés tant qu'ils fondent ou deviennent plastiques pendant l'opération de pulvérisation. À la surface du substrat, les particules forment des "éclaboussures" ou des "plaquettes" qui s'imbriquent et s'accumulent pour donner le revêtement.

Le dépôt ne fusionne pas avec le substrat ou doit former une solution solide pour réaliser une liaison. Il s'agit d'une caractéristique importante de la projection thermique par rapport à de nombreux autres procédés de revêtement, en particulier les procédés de soudage à l'arc, de brasage et de revêtement au laser.

La liaison entre un revêtement projeté thermiquement et le substrat est principalement mécanique, et non métallurgique ou fusionnée. L'adhérence au substrat dépendra de l'état de la surface du substrat, qui doit être propre et rendue rugueuse par grenaillage ou usinage avant la pulvérisation.

Les procédés de projection thermique sont largement utilisés depuis de nombreuses années dans tous les grands secteurs de l'industrie mécanique pour la protection et la valorisation des composants. Les développements récents en matière d'équipement et de processus ont amélioré la qualité et élargi la gamme d'applications potentielles pour les revêtements projetés thermiquement.

Types de processus de revêtement par pulvérisation thermique

On distingue plusieurs variantes de projection thermique :

• Pulvérisation au plasma
• Pulvérisation par détonation
• Pulvérisation à l'arc filaire
• Pulvérisation à la flamme
• Pulvérisation de revêtement oxy-combustible à grande vitesse (HVOF)
• Air-carburant à grande vitesse (HVAF)
• Pulvérisation à chaud
• Pulvérisation à froid
• Vaporiser et fondre

Dans les procédés classiques (développés entre 1910 et 1920) mais encore largement utilisés tels que la projection à la flamme et la projection à l'arc, les vitesses des particules sont généralement faibles (<150 m/s), et les matières premières doivent être fondues pour être déposées.

La projection plasma, développée dans les années 1970, utilise un jet de plasma à haute température généré par décharge d'arc avec des températures typiques>15 000 K, ce qui permet de projeter des matériaux réfractaires tels que les oxydes, le molybdène, etc.

Voici que nous discutons en détail des 5 processus les plus courants pour générer des revêtements par projection thermique :

1. HVOF (pulvérisation oxycombustible à grande vitesse)

HVOF est un processus qui utilise une torche qui permet à la flamme de se propager chaque fois que la buse est utilisée. Cela crée une accélération rapide qui accélère les particules dans le mélange. Le résultat final est un revêtement exceptionnellement mince qui est appliqué uniformément. Malgré sa faible épaisseur, ce revêtement est solide et adhère bien. Sa résistance à la corrosion est meilleure que les revêtements plasma, mais il n'est pas bien adapté aux hautes températures.

2. Pulvérisation à la flamme de combustion

La pulvérisation à la flamme de combustion est une excellente option pour les surfaces qui ne sont pas conçues pour supporter des contraintes extrêmes. Le revêtement qui résulte de ce processus n'est pas fortement attaché à la surface car le mécanisme de pulvérisation est alimenté par une vitesse de flamme inférieure.

La flamme sera générée via l'oxygène qui a été combiné avec du carburant, ce qui fera fondre le mélange. La pulvérisation à la flamme de combustion est populaire pour les applications de faible intensité en raison de son faible coût.

3. Pulvérisation au plasma

La projection au plasma utilise la torche à plasma comme outil principal pour chauffer et pulvériser le revêtement. Une fois que le matériau en poudre a été fondu, il est ensuite placé sur le produit d'une manière similaire à la pulvérisation à la flamme de combustion.

Les revêtements qui résultent de la projection plasma peuvent avoir une épaisseur de quelques micromètres à quelques millimètres. Si la poudre est le matériau le plus utilisé, les métaux et les céramiques sont également utilisés. Le procédé de projection plasma est très populaire en raison de sa capacité d'adaptation.

4. Pulvérisation au plasma sous vide

La pulvérisation au plasma sous vide se fait dans un environnement contrôlé mais utilise de basses températures. Cela maintient le vide tout en réduisant les dommages au matériau. Une variété de combinaisons de gaz peut être utilisée pour obtenir la pression nécessaire à la pulvérisation.

La pulvérisation plasma sous vide est utilisée pour des éléments tels que les pare-chocs de voiture, le tableau de bord ou les boîtiers de rétroviseurs extérieurs. Ce processus peut également être utilisé pour le prétraitement des moulages en polyéthylène, qui fournit une adhérence pour les adhésifs époxy à base d'eau.

5. Pulvérisation à l'arc électrique à deux fils

Cette méthode de pulvérisation utilise un point d'arc qui est créé entre deux fils électriquement conducteurs. La fusion se produira au point où les fils se connectent. L'arc permet le chauffage qui à son tour crée un dépôt et une fusion, similaire à la pulvérisation à la flamme de combustion qui est utilisée avec une torche.

De l'air comprimé sera utilisé pour pulvériser les revêtements. Cette procédure est populaire en raison de sa rentabilité et utilise généralement de l'aluminium ou du zinc comme matériau de base.

Avantage des revêtements par projection thermique

Voici quelques-uns des avantages des revêtements par projection thermique :

• Coût réduit. Le coût de réparation du composant est inférieur à l'achat d'un nouveau. Souvent, le revêtement dure plus longtemps que le matériau d'origine utilisé.
• Faible apport de chaleur. À quelques exceptions près, le processus de projection thermique laisse de côté l'historique thermique du composant.
• Polyvalence. Presque tous les métaux, céramiques ou plastiques peuvent être projetés à chaud.
• Plage d'épaisseur. Selon le matériau et le système de pulvérisation, les revêtements peuvent être pulvérisés de 0,001 à plus de 1 pouce d'épaisseur. L'épaisseur varie généralement de 0,005 à 0,1 pouce.
• Vitesse de traitement. Les taux de pulvérisation varient de 3 à 60 lb/h selon le matériau et le système de pulvérisation. Les taux typiques d'application de matériau sont de 1/2 à 2 lb de matériau par pied carré par 0,01 pouce d'épaisseur.

Inconvénients des revêtements par projection thermique

• Masque le substrat – comme les revêtements par projection thermique sont si efficaces dans de nombreux cas, il est impossible de dire de quel matériau le substrat a été fait après le processus de revêtement, à moins que des enregistrements rigoureux ne soient conservés. Pour plus d'informations, contactez Green Leaf Business Solutions ici.
• Impossible d'évaluer précisément l'efficacité – une fois que le revêtement par projection thermique a été appliqué, il est souvent difficile de dire exactement dans quelle mesure le revêtement s'est déroulé, autrement que par une évaluation visuelle.
• Configuration coûteuse – certaines des méthodes de revêtements par projection thermique nécessitent des appareils très coûteux, ce qui peut entraîner un coût de configuration initial élevé.