Proposition de thèse avec SAFRAN

Mots clés : décapage laser ; traitements de surface ; alliages d’aluminium ; corrosion

Sujet

Objectifs de l’étude :
L’aluminium et ses alliages sont largement utilisés au sein de Safran Electronics & Defense. Pour protéger l’aluminium de la corrosion, plusieurs traitements sont possibles dont la conversion chimique qui a l’avantage de combiner à la fois protection contre la corrosion et préservation de la continuité électrique – a contrario d’une anodisation.
Le procédé actuel de conversion chimique utilise des produits à base de trioxyde de chrome et forme une couche contenant du chrome hexavalent (Cr VI), substances impactées aujourd’hui par la réglementation REACh et qui doivent donc être substituées.

Malgré les solutions envisagées depuis environ 10 ans (conversion chimique à base de Cr III et de Zr IV), il apparaît qu’elles ne sont pas satisfaisantes sur deux séries d’alliages d’aluminium : les séries 2000 et 7000 communément utilisées pour leurs propriétés de résistances mécaniques. Une solution de substitution au traitement de conversion chimique sur les alliages d’aluminium des séries 2000 et 7000 qui garantisse les mêmes propriétés, notamment vis-à-vis de la tenue anticorrosion et de continuité électrique, reste donc à trouver.
Contrairement aux autres séries, les alliages d’aluminium des séries 2000 et 7000 contiennent plus de 1% de cuivre. Cet élément d’alliage forme des particules intermétalliques retrouvées en surface et qui sont des amorces à la corrosion.

Safran Electronics & Defense a fait le choix de s’orienter vers la piste de la préparation de surface pour agir sur ces intermétalliques. Cette étape et en particulier le décapage, est une étape clef du procédé de conversion chimique. Si la voie chimique n’a pas confirmé son action répétable en matière de tenue anticorrosion, il en va de même de la voie mécanique traditionnelle (usinage ou sablage) qui induit de trop fortes rugosités non compatibles avec les applications de Safran Electronics & Defense. Une autre possibilité a donc été proposée : la voie photonique et plus précisément le décapage laser qui fait tout l’enjeu de cette thèse.

Contenu de l’activité
Les travaux qui seront conduits au cours de cette thèse visent donc à répondre à 2 grands enjeux à savoir :

• Caractériser l’interaction laser-matière et confirmer ou repréciser la nature des surfaces
• Evaluer l’impact des différents paramètres laser sur l’interaction laser-matière et donc sur la performance du traitement de conversion chimique pour définir des bornes de fonctionnement.

Une étude détaillée de l’effet du décapage laser sur la surface de l’alliage sera donc nécessaire ; en particulier l’évolution de sa microstructure et la présence et caractéristiques des précipités (tailles, répartition, composition…).

De nombreuses caractérisations sont alors envisagées tant d’un point de vue physico-chimique que structurale au moyen de techniques expérimentales comme MEB, DRX et éventuellement MET (microstructure), EDS, SDL et XPS, SIMS. Des mesures de nano/microdureté et de morphologie seront également effectuées afin de les corréler aux évolutions des microstructures et d’identifier les potentielles modifications de propriétés mécaniques induites lors du traitement. Au cours des essais de décapage laser, le panache d’ablation sera enfin analysé afin de comprendre les potentielles modifications chimiques des surfaces ablatées.

Dans un deuxième temps, les propriétés chimiques de la surface traitée devront alors être déterminées afin de vérifier le comportement des surfaces lors du traitement de conversion. Pour ce faire, des tests localisés (micro capillaire, électrochimie) ou globaux (brouillard salin) seront alors menés.

L’ensemble de ces éléments permettra donc de mieux comprendre l’effet du traitement laser sur la surface et d’identifier les caractéristiques que doivent posséder les surfaces traitées pour obtenir une pièce conforme en fin de cycle de traitement.