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

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FS (Flame Spraying) – Procédés de projection thermique au chalumeau à flamme oxyacétylénique

Principe

En projection thermique, le matériau d’apport est fondu ou porté à l’état plastique grâce à une source de chaleur, puis est projeté à l’aide d’un gaz vecteur sur la surface à revêtir, sur laquelle il se solidifie. Dans le procédé de projection par flamme, le matériau à déposer fond sous l’action de la réaction exothermique entre un combustible (les plus courants sont l’acétylène ou le propane), sous forme gazeuse, et un comburant (air ou dioxygène) : la source de chaleur est donc chimique. Le choix du gaz combustible est principalement fonction des matériaux à mettre en œuvre. Ces derniers pouvant avoir des températures de fusion très différentes, il est nécessaire d’utiliser le combustible qui permet de fournir l’enthalpie de réaction suffisante.

L’acétylène est souvent préféré à d’autres combustibles gazeux tels que le dihydrogène ou le propane, car il permet d’atteindre des températures de combustion supérieures (3080°C contre 2700°C et 2750°C respectivement) en raison d’une enthalpie de réaction elle-même plus élevée (-1300 kJ.mol-1 dans le cas d’une réaction stœchiométrique). Dans le cas de l’acétylène, la réaction obtenue est la suivante :

Réaction obtenue dans le cas de l'acétylène

Les paramètres essentiels sont les caractéristiques des constituants gazeux, leur mélange et la pression.

schéma de fonctionnement du procédé de projection par flamme
schéma de fonctionnement du procédé de projection par flamme


Appareillages disponibles

Le matériau à projeter peut être introduit sous forme de poudre, de fils, de baguettes ou de cordons. Plusieurs dispositifs sont ainsi disponibles, ayant chacun leur propres caractéristiques et permettant d’obtenir des revêtements aux propriétés variées.

caractéristiques
flamme-poudre
flamme-fil
HVOF pour High Velocity Oxy-Fuel (projection supersonique à tir continu)
canon à détonation (projection supersonique à tir discontinu)
flamme
température maximale [°C]
3000
3000
3000
3000
vitesse typique de l’écoulement gazeux [m.s-1]
80-100
100-300
400-2000
900-2000
particules
vecteur
flamme / produits de combustion
air comprimé / azote
flamme / produits de combustion
flamme / produits de combustion
vitesse typique [m.s-1]
80
150
700
950
matériau projeté
forme
poudre
fil
poudre
poudre
exemples
métaux, alliages, quelques céramiques oxydes et carbures
métaux, alliages, quelques céramiques oxydes et carbures
métaux, alliages, cermets
cermets, céramiques oxydes et carbures
procédé
prix de l’installation (hors manipulateur et enceinte de projection [k€]
≈ 10
≈ 15
≈ 200
-
taux horaire de dépôt [kg.h-1]
1 à 3
1 à 20
3 à 5
3 à 5
rendement de dépôt intrinsèque caractéristique [%]
50
70
70
70
dépôt
force d’adhérence [MPa]
5 à 40
5 à 40
30 à 80
50 à 80
taux de porosité [%]
10 à 20
10 à 20
0,5 à 2
0,5 à 2
épaisseur [mm]
0,1 à 1,5
0,1 à 1,5
0,05 à 1
0,05 à 1

 


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