Soutenance de thèse
SHAOWU LIU – 22/03/2022
Optimisation et amélioration d’un nouveau procédé HVOF alimenté à l’éthanol
Résumé : La pulvérisation oxycombustible à grande vitesse (HVOF) est devenue un procédé de choix pour produire des revêtements de cermet ou d’alliage à haute performance. Les systèmes de pulvérisation thermique HVOF courants utilisent classiquement la combustion de gaz, tels que l’hydrogène, le propane ou un combustible liquide tel que le kérosène. Cependant, il existe actuellement une quantité limitée de littérature sur l’utilisation de l’éthanol comme carburant dans les procédés HVOF et les performances des revêtements résultants ne sont pas bien documentées. L’éthanol bénéficie de caractéristiques respectueuses de l’environnement et est moins polluant que les carburants liquides
fossiles conventionnels (c’est-à-dire le kérosène) car sa combustion génère moins d’oxydes d’azote et
de particules de suie. Dans ce travail, nous décidons d’étudier un tel dispositif HVOF alimenté à
l’éthanol (appelé « eGun HVOF »), dans le but de définir les mérites et les limites de cette technologie.
De plus, nous avons géré certaines modifications de conception du dispositif eGun en vue d’améliorer
la qualité des revêtements. Au début, la poudre commerciale de WC-10Co-4Cr a été pulvérisée en
utilisant le procédé eGun HVOF. Des investigations ont été menées pour déterminer l’influence de
différents rapports oxygène/carburant sur l’évolution de la vitesse et de la température des particules
en vol en corrélation avec les propriétés des revêtements résultants. La variation du débit d’éthanol
semble avoir une plus grande influence sur la vitesse et la température des particules que celle de
l’oxygène. Nous élaborons des corrélations détaillées entre les paramètres des particules et les
propriétés du revêtement pour en déduire les paramètres de pulvérisation fournissant les
revêtements les plus performants. Ensuite, nous avons utilisé l’eGun pour préparer des revêtements
Cr3C2–25wt.% NiCr sur un substrat en acier inoxydable 304. La méthode Taguchi a été utilisée pour
ajuster les paramètres de pulvérisation offrant la meilleure résistance à l’érosion à un angle d’impact
de 90°. Nous avons alors obtenu les paramètres de pulvérisation optimaux (OSP) pour une usure par
érosion minimale. Et la porosité, la ténacité à la rupture et la force de liaison des revêtements
préparés avec le nouveau eGun HVOF sont comparables à celles obtenues avec les appareils HVOF
conventionnels (DJH2700, JP5000, K2). Fait intéressant, la microdureté s’est avérée bien meilleure.
Les tests d’usure par érosion du « revêtement optimisé » ont été effectués à des angles d’impact de
30 °, 60 ° et 90 °. Il s’est avéré que le taux d’érosion augmente avec l’augmentation de l’angle
d’impact. De plus, nous avons effectué des recherches pour déterminer l’influence de différentes
conditions stoechiométriques, sur la microstructure du revêtement et en relation avec les propriétés
du revêtement résultant. Dans la dernière partie de la thèse, nous avons mené quelques
développements destinés à améliorer encore les capacités de l’eGun, que nous avons utilisé cette fois
comme un système HVOAF (c’est-à-dire avec de l’air ajouté comme oxydant plus doux). Pour pouvoir
alimenter la torche eGun en air comprimé, il a été décidé de concevoir et d’installer une chambre de
combustion de deuxième étage. Les revêtements NiCoCrAlYTa ont été préparés à l’aide de cet
appareil HVOAF modifié alimenté à l’éthanol. Des investigations ont été menées pour déterminer
l’influence de différents débits d’air comprimé sur les microstructures et les propriétés des
revêtements NiCoCrAlYTa résultants. Nous avons élaboré une corrélation détaillée entre le débit d’air
comprimé et les propriétés du revêtement pour identifier les conditions garantissant les revêtements
les plus performants. Mots clés: HVOF; éthanol; résistance à l’érosion; HVOAF; NiCoCrAlYTa;
oxydation; résistance à l’usure par glissement.