Alliages de surface et revêtements élaborés sous faisceau laser par projection de poudre sur substrat base aluminium: : Caractérisation microstructurale mécanique et tribologique
Institution:
Lyon, INSADisciplines:
Directors:
Abstract EN:
To improve surface properties of aluminium alloys, we have studied the elaboration of surface alloys and coating by powder injection into a C02 laser beam. The advantage of this processing is a controlled composition /coating, which can be achieved in a single step. So, we have designed and built a system for powder injection coaxial with the laser beam, allowing multidirectionnal treatments. This nozzle bases upon two vortexes which interact. The powder flow must be cyllndrical with homogenous particles' distribution at the nozzle exit. The good working of the system is the corner stone of this technology. Next, we have elaborated surface alloys with aluminium and nickel powders, metal matrix composite coatings (matrix : Al-Ni, particles : titanium carbides) and quasicrystalline alloys (Al-Cu-Fe) on aluminium substrates. Microstructural and mechanical characterizations indicate that the microstructure of Al-Ni alloys is mainly dendritic (Al3Ni, AL3Ni2) leading to a fairly high hardness (~600HV) and Young modulus (~130GPa). Addition of titanium carbide doesn't affect microstructure, but increases bath hardnesses (BOOHV) and modulus (180GPa). The wear characterization of metal matrix composites' coating indicate an attractive behaviour, especially during rolling. Quasicrystalline alloys have a high hardness, but are very difficult to obtain without defect, especially free of cracks. Our results show that powder injection under laser beam is an appropriate technique to elaborate strong and thick treated surfaces (up to 1 mm) with good properties, when powder and treatment conditions are well chosen.
Abstract FR:
Devant la nécessité croissante de traiter la surface des matériaux, nous avons choisi d'étudier la technique d'élaboration d'alliages ou de revêtements de surface par projection de poudre assistée par faisceau laser CO2. Cette méthode présente l'avantage d'obtenir un dépôt de composition déterminée et en une seule étape. Dans ce but, nous avons développé un système d'injection de la poudre coaxial au faisceau laser, permettant la réalisation de traitements multidirectionnels. Cette buse est basée sur le principe de deux vortex interagissant pour que le jet de poudre, a la sortie de la buse, soit sous forme cylindrique avec une répartition des grains homogènes dans tout le volume. Le bon fonctionnement du système est la pierre angulaire de la technique. Nous avons alors pu élaborer des alliages de surface base al-ni, des revêtements composites a matrice métallique (matrice: Al-Ni; renforts: carbure de titane), ainsi que des alliages quasicristallins (Al-Cu-Fe) sur des substrats base aluminium. Les caractérisations microstructurale et mécanique montrent que la microstructure des alliages Al-Ni est constitue de dendrites d'Al3Ni et Al3Ni2, conférant a l'alliage une dureté pouvant atteindre 600 HV et un module d'élasticité de 130 GPa; l'ajout de carbure de titane entraîne peu de changement de microstructure mais élevé la dureté moyenne vers 800 HV et le module a 180 GPa. La caractérisation tribologique de ces derniers, révèle un comportement des plus intéressant notamment en régime de glissement total. Les alliages quasicristallins possèdent une dureté élevée (700 HV), mais posent encore quelques problèmes d'élaboration. Nous avons montre par nos résultats, que cette technique est adaptée pour obtenir des traitements de surface de fortes épaisseurs (1 mm) avec de hautes propriétés, par un choix approprie du matériau d'apport.