Low-Pressure Cold Sprayed copper coatings on laser textured aluminium substrates and PEEK/Carbon Fiber composite material – Experimental and numerical considerations
Revêtements de cuivre par projection à froid basse pression sur substrats d’aluminium texturés et composites PEEK/Carbone - Approche expérimentale et numérique
Résumé
Low Pressure Cold Spray is an emerging thermal
spraying process increasingly appreciated in the industry
for its simplicity, low cost and versatility.
In order to enhance coatings characteristics, aluminum
substrates were laser-textured with holes of varying
dimensions distributed in a regular pattern before being
coated with copper. An optimization of the holes
dimensions led to an increase of the adhesion for
Cu/Al2O3 coatings by +81% compared to a raw substrate.
These results were analyzed using a mathematical model
developed during the thesis allowing to calculate the
surface increase induced by the laser texturing. Moreover
a characterization of the residual stresses by XRD
through the thickness revealed the uniformity of
compressive stresses in the deposit.
In a second time copper deposits were made on
PEEK/Carbon composites. The need to have an organic
matrix layer on the composite surface has been
highlighted in order to avoid substrate erosion and allow
the coating construction. A spraying strategy based on a
variation of the powders granulometry being sprayed has
therefore been developed in order to reduce the porosity
and obtain electrically conductive coatings.
In addition to this experimental aspect, a 3D dynamic
model has been developed on Abaqus/Explicit. This
model allowed to study the influence of the projection
parameters and the substrate surface state on the
particles deformation during the impact and the induced
residual stresses.
Le Cold Spray Basse Pression est un procédé de
projection thermique émergeant de plus en plus apprécié
par les industriels pour sa simplicité, son faible coût et sa
polyvalence.
Pour améliorer encore les caractéristiques des dépôts,
des substrats en aluminium ont été préalablement
texturés par laser, sous la forme de trous de dimensions
variables répartis selon un motif régulier, avant d’être
revêtus de cuivre. Une optimisation géométrique de la
surface a alors permis d’augmenter l’adhérence de
dépôts Cu/Al2O3 de +81% par rapport à un substrat brut.
Ces résultats sont analysés, notamment à l’aide d’un
modèle mathématique développé durant la thèse
permettant de calculer l’augmentation de surface induite
par la texturation. De plus, une caractérisation des
contraintes résiduelles par DRX à travers l’épaisseur a
mis en évidence l’uniformité des contraintes en
compression dans le dépôt.
Dans un second temps, des dépôts de cuivre ont été
réalisés sur des substrats en composite PEEK/Carbone.
La nécessité d’avoir une couche de matrice organique à
la surface du composite a été mise en évidence afin
d’éviter une érosion du substrat et permettre la
construction du dépôt. Une stratégie de projection basée
sur une variation de la granulométrie des poudres en
cours de projection a également été développée afin de
réduire le taux de porosité et obtenir des dépôts
conducteurs électriquement.
En complément de ce volet expérimental, un modèle
numérique 3D en dynamique a été développé sur
Abaqus/Explicit. Il permet d’étudier l’influence des
paramètres de projection et de l’état de surface du
substrat sur la déformation des particules lors de l’impact
et les contraintes résiduelles induites.
Fichier principal
Manuscrit Vincent Gillet version finale (12-02-2018).pdf (35.31 Mo)
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Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)
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