Projet de recherche PA/28 (Action de recherche PA)
Le développement de méthodes d'essai fiables pour la détermination quantitative de l'adhérence et de la sensibilité à la fissuration de couches de couverture épaisses sur des substrats métalliques exige une bonne part d'innovation. La prévention des dommages (fissures dans la couche de couverture et détachement à l'interface entraînant le délaminage ou l'écaillage) est essentielle pour le développement et la conception de couches de couverture. Etant donné que l'action d'une couche de couverture dépend souvent de l'épaisseur de la liaison entre la couche et le substrat, il est extrêmement important de pouvoir quantifier la résistance d'adhérence d'un revêtement de manière à garantir la qualité et la fiabilité du produit fini.
La plupart des tests d'adhérence existants sont, dans le meilleur des cas, semi-quantitatifs et ne sont pas normalisés. Seuls quelques tests sont utilisables sur des couches de couverture épaisses, comme par exemple l'essai de traction effectué verticalement sur la couche de couverture avec utilisation d'un adhésif. Ces tests conviennent uniquement pour des couches à l'adhérence médiocre. Les couches résistantes à l'usure modernes possèdent toutefois un niveau d'adhérence nettement supérieur qui ne peut plus être mesuré avec cette méthode.
On propose ici une méthode simple et économique, à savoir l'essai d'allongement instrumenté dans lequel la fissuration et la fragmentation progressives de la couche sont suivies optiquement et à l'aide d'émissions acoustiques. L'objectif final est d'arriver à une méthode de mesure quantitative, accessible et normalisée pour la détermination de la sensibilité à la fissuration et de l'adhérence de couches de couverture dures et épaisses sur les métaux. Le projet se concentre sur les laser claddings, autrement dit une technologie innovante qui a le vent en poupe. Cette méthode de mesure se caractérise toutefois par une utilisation élargie et peut être appliquée pour d'autres couches de couverture épaisses comme les couches appliquées thermiquement par projection ou les couches-barrière thermiques. Les laser claddings présentent une excellente adhérence grâce à la liaison métallurgique avec le substrat. Il s'agit d'une méthode attrayante étant donné qu'il est possible, avec une seule couche, d'obtenir la composition et l'épaisseur souhaitées et de couvrir très localement des composants complexes.
Des exemples d'applications réussies de laser claddings sont les éléments de moteur destinés aux secteurs de l'automobile et de l'aviation. L'application de laser claddings dure augmente la durée de vie des composants et entraîne donc une consommation inférieure de matériaux.
Pour réaliser ces objectifs, divers laser claddings sont confectionnés avec une adhérence, un substrat et une composition différents. Quelques couches appliquées thermiquement par projection sont également produites à des fins de comparaison. La caractérisation des couches est essentielle pour une mise en œuvre précise des essais d'allongement. Dans ce contexte, ce sont surtout la détermination des contraintes internes et la mesure des propriétés mécaniques de la couche de couverture qui sont importantes. L'essai d'allongement instrumenté proprement dit est exécuté de diverses manières : comme essai de flexion en quatre points et comme essai de traction sur un seul axe. Les paramètres d'essai sont différenciés, ce qui permet d'évaluer la sensibilité des essais. La fissuration et la fréquentation du revêtement peuvent être suivis optiquement et à l'aide d'émissions acoustiques. Les données obtenues doivent faire l'objet d'un traitement statistique et servent d'introduction au calcul de l'adhérence et de la ténacité au bris de la couche de couverture. L'analyse postmortem des échantillons d'essai doit confirmer si les observations réalisées pendant l'essai reflètent correctement les dommages. La validité des différents modèles est évaluée au moyen de considérations théoriques et avec l'aide de la modélisation à éléments finis.
La méthode recommandée qui ressort de l'étude proposée est également validée par un essai entre laboratoires. Une comparaison exploratrice avec quelques autres méthodes de mesure est exécutée à des fins de contrôle (qualitatif sans aucune doute) du niveau d'adhérence. La procédure pour l'essai d'allongement instrumenté est préparée pour la normalisation. Cette étude couvre une période de 3 ans. Elle est exécutée en 5 modules de travail reliés les uns aux autres.
La proposition ressortit au domaine "normalisation" du programme "pôles d'attraction technologiques", mais réfère également au secteur de l'espace grâce au recours croissant aux couches pulvérisées thermiquement, aux laser claddings et aux traitements de surface pour divers éléments.
Controlled straining tests for the adhesion and damage resistance of laser claddings (COSTA) : final report
Brussels : Federal Science Policy, 2007 (SP1832)
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