CE08 - Matériaux métalliques et inorganiques et procédés associés

Poudres agglomérées pour des revêtements épais céramiques par projection dynamique à l’état solide – CERASOL

ANR CERASOL

Le programme CERASOL a pour objectif de développer des poudres agglomérées céramiques adaptées à la projection dynamique à<br />froid « cold spray » pour préserver la nature et la composition des matériaux projetés.

Enjeux et objectifs

Le cold spray intervient dans la filière<br />revêtement (fonctionnalisation de surface) et se développe dans plus en plus en fabrication additive directe ou de préforme. Son<br />application pour des dépôts céramiques denses à l’état solide nécessite une compréhension des mécanismes de déformation et<br />d’adhérence lors de l’impact et de la construction des couches. .

Les développements dans CERASOL sont fondés sur la maîtrise du «
design » de poudres céramiques agglomérées à porosité contrôlée pour lesquelles le degré d’agglomération ainsi que la taille des
grains et des cristallites puissent être modifiées et étudiées sur des céramiques de dureté et ténacité variées et représentatives
d’applications diverses limitées lors d'une frittage ou d'une fusion .

• 5 nuances avec 2 à 3 lots par nuance avec des surfaces spécifiques variant de 8 à 85 m²/g environ et des tailles de cristallites de 25 à 150nm de formes aciculaires ou d’allure sphérique plus ou moins allongée. La coulabilité est également appréciée en condition de projection et n’est pas en faveur des poudres le plus fines étudiées (D50=18µm typiquement) et les plus sensibles à l’humidité (nécessité d’étuvage pour limiter le bouchage du distributeur).
• Les poudres de référence sont sous la forme de granules nanostructurés de compacité élevée.
• Cartographies de vitesse mesurées à différentes distance de projection pour des tirs cold spray HP et BP avec les équipements de diagnostic de vitesse Hi-Watch (IrCer) ou DPV2000 (CdM) ont permis d’établir la zone des vitesses supersoniques de particules céramiques.
• Seuls les équipements HP permettent d’obtenir des vitesses >500m/s pour des distances de tirs supérieures à 100mm
• Il a été montré que l’ouverture du jet de particules pouvait dépendre significativement de la nature de la poudre.
• L’ensemble des poudres céramiques oxydes à base d’Al, Zr ou de Y ont été projetées par cold spray HP et/ou BP avec des expériences « trait » pour la réalisation de cordons ou de particules isolées ou de surfaçage (monocouche). Au regard des expériences, les efforts se sont concentrés plutôt sur la zircone (2 nuances) et l’yttrine (1 nuance) avec l’obtention de couches relativement épaisses.
• Le cas de l’alumine semble beaucoup plus difficile à traiter malgré des essais pour différents paramètres de gaz et de distance de projection. On obtient un film poudreux qui ne témoigne pas d’un processus d’apport de matière mais uniquement de fragmentation intense.

• L’optimisation des poudres est alors posée en termes de porosité des granules et aussi l’ajout de liant (PVA) pour améliorer la projetabilité des poudres choisies dans CERASOL.

[1]G. Celeste, V. Guipont, D. Missoum-Benziane, Investigation of Agglomerated and Porous Ceramic Powders Suitable for Cold Spray, in: F. Azarmi, X. Chen, J. Cizek, C. Cojocaru, B. Jodoin, H. Koivuluoto, Y.C. Lau, R. Fernandez, O. Ozdemir, H. Salimi Jazi, F. Toma (Eds.), Virtual, 2021: pp. 139–146. doi.org/10.31399/asm.cp.itsc2021p0139.
[2] D. Chatelain & al., Preparation of hydroxyapatite ceramic powders adapted to cold spray process, International Thermal Spray Conference (ITSC), virtual event, 24 – 28 May 2021,(oral)
3] D. Chatelain & al., Mise au point de poudres céramiques adaptées au cold spray (Oral) journées annuelles du Groupe Français de la Céramique Caen 23-25/03 2021 (oral)

Le programme CERASOL a pour objectif de développer des poudres agglomérées céramiques adaptées à la projection dynamique à
froid « cold spray » pour préserver la nature et la composition des matériaux projetés. Le cold spray intervient dans la filière
revêtement (fonctionnalisation de surface) et se développe dans plus en plus en fabrication additive directe ou de préforme. Son
application pour des dépôts céramiques denses à l’état solide nécessite une compréhension des mécanismes de déformation et
d’adhérence lors de l’impact et de la construction des couches. Les développements dans CERASOL sont fondés sur la maîtrise du «
design » de poudres céramiques agglomérées à porosité contrôlée pour lesquelles le degré d’agglomération ainsi que la taille des
grains et des cristallites puissent être variées et étudiées sur des céramiques de dureté et ténacité variées et représentatifs
d’applications diverses.

Coordinateur du projet

Monsieur Vincent Guipont (ASSOCIATION POUR LA RECHERCHE ET LE DEVELOPPEMENT DES METHODES ET PROCESSUS INDUSTRIELS Centre des Matériaux de Mines ParisTech)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

ARMINES CdM ASSOCIATION POUR LA RECHERCHE ET LE DEVELOPPEMENT DES METHODES ET PROCESSUS INDUSTRIELS Centre des Matériaux de Mines ParisTech
IRCER IRCER
MEDICOAT France MEDICOAT FRANCE
NANOE

Aide de l'ANR 605 621 euros
Début et durée du projet scientifique : octobre 2019 - 42 Mois

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