Méthodes de pulvérisation

Pulvérisation - le processus technologique de formation de revêtements en pulvérisant des particules liquides dispersées qui se déposent lors de l'impact sur la surface. La vitesse de refroidissement des particules est de 10 000 à 100 000 000 degrés par seconde, ce qui entraîne une cristallisation très rapide du revêtement pulvérisé et une faible température de chauffage de surface.

Les revêtements sont pulvérisés pour augmenter la résistance à la corrosion, la résistance à l'usure, la résistance à la chaleur et la réparation des assemblages et pièces usés.

Il existe plusieurs façons de pulvériser des revêtements :

1) Pulvérisation à la flamme avec du fil, de la poudre ou un bâton (Fig. 1, 2). Le matériau dispersé est fondu dans la flamme d'un brûleur à gaz en brûlant un gaz combustible (généralement un mélange d'acétylène-oxygène dans un rapport de 1: 1) et est transporté à la surface par un courant d'air comprimé. La température de fusion du produit pulvérisé doit être inférieure à la température de flamme du mélange combustible (tableau 1).

Les avantages de cette méthode sont le faible coût de l'équipement et son fonctionnement.

Riz. 1. Pulvérisation de fil de flamme

Riz. 2.Schéma de l'équipement de pulvérisation de fil postal : 1 - sécheur d'air, 2 - récepteur d'air comprimé, 3 - bouteille de gaz combustible, 4 - réducteurs, 5 - filtre, 6 - bouteille d'oxygène, 7 - rotamètres, 8 - torche de pulvérisation, 9 - alimentation en fil canaliser

Tableau 1. Température de flamme des mélanges combustibles

2) La projection par détonation (figure 3) est effectuée plusieurs cycles par seconde, pour chaque cycle l'épaisseur de la couche projetée est d'environ 6 microns. Les particules dispersées ont une température (plus de 4000 degrés) et une vitesse (plus de 800 m/s) élevées. Dans ce cas, la température du métal de base est faible, ce qui exclut sa déformation thermique. Cependant, une déformation peut se produire sous l'action d'une onde de détonation et ceci constitue une limitation de l'application de cette méthode. Le coût de l'équipement de détonation est également élevé; une caméra spéciale est nécessaire.

Riz. 3. Pulvérisation avec détonation : 1 - alimentation en acétylène, 2 - oxygène, 3 - azote, 4 - poudre pulvérisée, 5 - détonateur, 6 - tuyau de refroidissement par eau, 7 - détail.

3) Métallisation à l'arc (Figure 4). Deux fils sont introduits dans le fil de l'électrométalliseur, dont l'un sert d'anode et l'autre de cathode. Un arc électrique se produit entre eux et le fil fond. La pulvérisation se fait à l'aide d'air comprimé. Le processus se déroule avec du courant continu. Cette méthode présente les avantages suivants :

a) haute productivité (jusqu'à 40 kg/h de métal pulvérisé),

b) des revêtements plus durables avec une adhérence élevée par rapport à la méthode à la flamme,

c) la possibilité d'utiliser des fils de métaux différents permet d'obtenir un revêtement "pseudo-alliage",

d) faibles coûts d'exploitation.

Les inconvénients de la métallisation à l'arc métallique sont :

a) la possibilité de surchauffe et d'oxydation des matériaux pulvérisés à faible vitesse d'alimentation,

b) combustion des éléments d'alliage des matériaux pulvérisés.

Riz. 4. Métallisation à l'arc électrique : 1 — alimentation en air comprimé, 2 — alimentation en fil, 3 — buse, 4 — fils conducteurs, 5 — détail.

4) Projection plasma (Figure 5). Dans les plasmatrons, l'anode est une buse refroidie à l'eau et la cathode est une tige de tungstène. L'argon et l'azote sont couramment utilisés comme gaz plasmagènes, parfois avec l'ajout d'hydrogène. La température en sortie de buse peut être de plusieurs dizaines de milliers de degrés ; du fait de la forte expansion du gaz, le jet de plasma acquiert une énergie cinétique élevée.

Le procédé de projection plasma à haute température permet l'application de revêtements réfractaires. La modification du modèle de pulvérisation permet d'utiliser une grande variété de matériaux, du métal aux matières organiques. La densité et l'adhérence de tels revêtements sont également élevées.Les inconvénients de cette méthode sont: une productivité relativement faible et un rayonnement ultraviolet intense.

En savoir plus sur cette méthode de revêtement ici: Revêtements par pulvérisation au plasma

Riz. 5. Pulvérisation au plasma : 1 — gaz inerte, 2 — eau de refroidissement, 3 — courant continu, 4 — matériau pulvérisé, 5 — cathode, 6 — anode, 7 — partie.

5) Pulvérisation électropulsée (Figure 6). La méthode est basée sur la fusion explosive d'un fil lorsqu'une décharge électrique d'un condensateur le traverse. Dans ce cas, environ 60% du fil fond et les 40% restants passent à l'état gazeux. La masse fondue est constituée de très petites particules de quelques centièmes à quelques millimètres.Si le niveau de décharge est excessif, le métal du fil se transforme complètement en gaz. Le mouvement des particules vers la surface pulvérisée est dû à l'expansion du gaz lors de l'explosion.

Les avantages de la méthode sont l'absence d'oxydation due au déplacement d'air, la densité élevée et l'adhérence du revêtement. Les inconvénients incluent la limitation du choix des matériaux (ils doivent être électriquement conducteurs), ainsi que l'impossibilité d'obtenir des revêtements épais.

Riz. 6. Schéma de la pulvérisation d'impulsions électriques : CH - alimentation électrique du condensateur, C - condensateur, R - résistance, SW - interrupteur, EW - fil, B - détail.

6) Pulvérisation laser (Figure 7). Dans la pulvérisation laser, la poudre est amenée sur le faisceau laser à travers une buse d'alimentation. Dans un faisceau laser, la poudre est fondue et appliquée sur la pièce. Le gaz de protection sert de protection contre l'oxydation. Le domaine d'application de la projection laser est le revêtement d'outils d'emboutissage, de pliage et de découpe.

Les matériaux en poudre sont utilisés pour la pulvérisation à la flamme, au plasma, au laser et par détonation. Fil ou bâton - pour la pulvérisation à la flamme de gaz, à l'arc électrique et à impulsions électriques. Plus la fraction de poudre est fine, plus la porosité est faible, meilleure est l'adhérence et meilleure est la qualité du revêtement. La surface pulvérisée pour chaque méthode de pulvérisation est située à une distance d'au moins 100 mm de la buse.

Riz. 7. Pulvérisation laser : 1 — faisceau laser, 2 — gaz protecteur, 3 — poudre, 4 — détail.

Pièces pulvérisées

La pulvérisation des revêtements est appliquée:

• génie mécanique général pour le renforcement des pièces (roulements, rouleaux, engrenages, jauges, y compris filetées, centres d'usinage, matrices et poinçons, etc.);

• dans l'industrie automobile pour le revêtement des vilebrequins et arbres à cames, fusées de freins, cylindres, têtes et segments de pistons, disques d'embrayage, soupapes d'échappement ;

• dans l'industrie aéronautique pour recouvrir des tuyères et autres éléments de moteurs, des aubes de turbine, pour garnir le fuselage ;

• dans l'industrie électrotechnique — pour les revêtements de condensateurs, réflecteurs d'antennes ;

• dans l'industrie chimique et pétrochimique — pour recouvrir les soupapes et les sièges de soupape, les buses, les pistons, les arbres, les roues, les cylindres de pompe, les chambres de combustion, pour la protection contre la corrosion des structures métalliques fonctionnant dans le milieu marin ;

• en médecine - pour pulvériser des électrodes d'ozonateurs, des prothèses;

• dans la vie de tous les jours — pour renforcer l'équipement de la cuisine (vaisselle, fourneaux).