Science des Procédés Céramiques et de Traitements de Surface (SPCTS)

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APS / IPS (Atmospheric Plasma Spraying / Inert Plasma Spraying) – Procédés de projection thermique à la torche à plasma d’arc soufflé à l’atmosphère ou sous atmosphère inerte

La projection par plasma d’arc conventionnelle consiste à utiliser des matériaux pulvérulents (particules solides de diamètre compris usuellement entre 10 et 100 µm) à fusion congruente, possédant un écart de température d’au moins 300 K entre sa fusion et, soit son évaporation soit sa décomposition. Ces grains de poudre sont injectés dans un jet de plasma produit par un arc électrique continu entre deux électrodes avec comme gaz plasmagène un gaz pur ou un mélange binaire ou un mélange ternaire de gaz monoatomiques (Ar, He), et/ou diatomiques (H2, N2). Les particules sont alors fondues, accélérées et s’écrasent sur un substrat préalablement préparé afin de réaliser un dépôt dont l’épaisseur est comprise entre 100 µm et quelques mm avec une architecture constituée d’empilement de lamelles écrasées. La Figure 1 en donne une description générale schématique.

Le jet de plasma est produit par l’écoulement d’un mélange de gaz dans un arc électrique établi en continu entre les deux électrodes. A la sortie de la colonne d’arc électrique, le plasma formé est en extinction. Il en résulte un jet de gaz à haute température au maximum de l’ordre de 12 000 à 14 000 K et à grande vitesse de 600 à 2200 m/s à la pression atmosphérique (vitesses qui restent subsoniques à ces températures). Ces caractéristiques dépendent bien sûr des paramètres géométriques de construction de la torche (diamètre interne de la tuyère et forme de celle-ci, mode d’injection des gaz plasmagènes autour de la cathode, …) ainsi que des paramètres opératoires (débit masse et composition du gaz plasmagène, intensité du courant d’arc, …). Le jet de plasma est caractérisé également par des gradients radiaux de vitesse et de température relativement grands pour le jet en expansion (pour la vitesse, le gradient est de l’ordre de 2500 s-1 et pour la température de l’ordre de 2500 K/mm).

Schéma de principe de la projection plasma
Figure 1 : Schéma de principe de la projection plasma

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