See discussions, stats, and author profiles for this publication at: https://www.researchgate.net/publication/303691636 Tribologie d'un revêtement base Cu déposé par projection à froid (cold spray) : effet des particules renforts Conference Paper · April 2016 CITATIONS READS 0 121 3 authors: Yinyin Zhang Richard Chromik McGill University McGill University 17 PUBLICATIONS 126 CITATIONS 150 PUBLICATIONS 2,419 CITATIONS SEE PROFILE SEE PROFILE Sylvie Descartes Institut National des Sciences Appliquées de Lyon 87 PUBLICATIONS 673 CITATIONS SEE PROFILE Some of the authors of this publication are also working on these related projects: Cd Replacement View project Search for industrial partners for a collaborative project to study the friction of paper on rubber rollers or strips View project All content following this page was uploaded by Sylvie Descartes on 31 May 2016. The user has requested enhancement of the downloaded file. 27-29 avril 2016, Ecole Nationale d’Ingénieurs de Saint-Etienne, France JIFT 2016 TRIBOLOGIE D’UNREVETEMENT BASE CU DEPOSE PAR PROJECTION A FROID : EFFET DESPARTICULES RENFORTS Y. Zhang2, R.R.Chromik2, S. Descartes1 1.Univ Lyon, CNRS, INSA de Lyon, LaMCoS, F-69621 Villeurbanne 2.Dept of Miningand Materials Engineering, McGill University,Montreal, QC H3A 0C5, Canada MOTS CLES Projection à froid, Cold-spray, Frottement, Cuivre, Lubrifiant solide. INTRODUCTION Le procédé de projection dynamique à froid (« cold-spray ») permet de réaliser des revêtementscomposites à matrice métallique (CMM). Lors de ce procédé, des particules sont accélérées à très haute vitesse (500 à 1200 m/s), via un flux de gaz propulseur inerte pressurisé et préchauffé à une température inférieure à la température de fusion des matériaux à projeter [1-3]. Du aux très hautes vitesses, les revêtements ainsi formés sont très denses [2]. Obtenir des épaisseurs importantes (plusieurs mm), pas ou peu d’oxydation, des densités proches du métal volumique sont autant d’avantages par rapport aux dépôts réalisés par différents procédés thermiques. Le procédé de projection à froid est aussi un mode de réparation soit sur pièces neuves en cours d’élaboration, soit sur pièces en cours de maintenance.Certains CMMsont aussi un moyen de protection contre la corrosion, pour les composants de pièces aéronautiques par exemple. Les phases de renforts peuvent être des fibres (longues ou courtes) ou des particules de différentes formes, dont la composition varie aussi selon le matériau de la matrice. Des lubrifiants solides peuvent aussi être incorporés. Les CMM avec lubrifiants solides sont utilisés pour despièces techniques telles que les roulementsou les bagues afin de réduire le frottement. Le travail présenté consiste à étudier le comportement en fretting d’un dépôt de Cu-MoS2-CW déposé par projection à froid. Les essais sont interprétés à partir des concepts tribologiques de troisième corps. METHODES ET MATERIAUX Un système commercial de projection à froid (PCS800,Plasma Giken, Japan) a été utilisé pour déposer un revêtement composite Cu-MoS2-CW sur un substrat en alliage d’aluminium. Les poudres initiales étaient une poudre de particules sphériques de cuivre (d50 = 23 µm), une poudre de particules en forme de« flocons » de bisulfure de molybdène (d50 = 30 µm) et une poudre de particules sphériques de carbure de tungstène (d50=25µm). Le revêtement final est de 1mm. Il contient 4,0+/-1,2 %vol de MoS2 et 7,0+/-2,9%vol de CW. Des essais interrompus (3500 et 10 000 cycles) de frottement en cinématique alternative ont été réalisés avec un tribomètre de type bille-plan sous une charge de 150N. Le déplacement est de +/-200µm, à une fréquence de 5Hz. Après les essais, les morphologies de surfaces ont été analysées par microscopie électronique à balayage (MEB) couplée à la spectrométrie X en dispersion d’énergie (EDX). Des coupes longitudinales des échantillons au niveau des traces de frottement ont permis d'étudier les changements microstructuraux et chimiques créés lors du glissement ; et ainsi relier le comportement du troisième corps aux évolutions du coefficient de frottement. RESULTATS JIFT 2016 27-29 avril 2016, Ecole Nationale d’Ingénieurs de Saint-Etienne, France Les essais ont été réalisés en glissement total. Après une phase de rodage d’environ 2000 cycles, un régime stabilisé s’instaure. Il n’y a pas de fluctuations de frottement,contrairement à ce qui est observé dans le cas d’un revêtement sans particules de CW [4]. Pendant la phase de rodage de nombreuses particules de troisième corps sont éjectées. Cela peut s’expliquer par la présence de MoS2qui accroit le débit source [4]. Après 3500 cycles, les observations de surfaces mettent en évidence deux morphologies type de troisième corps : un peu cohésif, constitué de fines particules de taille de l’ordre du micromètre ; et un cohésif,d’aspect lissé,constitué de particules fragmentées de WC plus ou moins larges (Fig 1a). Les vues en coupe au niveau de ce troisième corps,d’épaisseur ~10µm, montrent un mélange d’agglomérats, avec desparticules de WC dans une matrice de cuivre demicrostructure à grains ultrafins (<100 nm)(Fig. 1b). Quelques rares zones avec du MoS2ont été détectées au niveau des décohésions du troisième corps.Sous la couche de troisième corps, une zone de Transformations Tribologiques Superficielles (TTS) est visible, organisée en multicouches, d’épaisseur totale de l’ordre d’une vingtaine de micromètres, présentant une microstructure plus raffinée par rapport à celle initiale. Cela met en évidence une localisation de la déformation, due àla présence des particules de CW.En régime stabilisé, lamicrostructure raffinée des TTS permet de générer un troisième corps avec une rhéologie particulière et un débit source de troisième corps minimal, contrairement au cas du revêtement CuMoS2 (sans particules CW).Ce mécanisme de localisation de la déformation a été également mis en évidence dans le cas d’un composite aluminium avec des particules renforts sphériques d’alumine [5], ainsi que l’impact sur l’évolution du frottement. (a) (b) Figure 1: Troisième corps formé à partir du revêtement Cu-MoS2-CW après 3 500 cycles, (a)Vue en surface, (b) Vue en coupe CONCLUSION Le comportement tribologique du revêtement Cu-MoS2-CW a été relié à la présence d’un troisième corps présentant une microstructure submicronique. Après une phase de rodage le troisième corps formé reste facilement piégé dans le contact. Cette couche de troisième corps d’une dizaine de micromètres protège la surface (usure réduite) et limite, voir supprime, les fluctuations du frottement en comparaison avec un dépôt de Cu-MoS2. Références [1] A. Papyrin, V. Kosarev, K.V. Klinkov, A. Alkhimov, and V.M. Fomin (2007), Cold Spray Technology, Elsevier, Amsterdam. [2] H. Assadi, F.Gaartner, T. Stoltenho and H.Kreye (2003) « Bonding mechanism in cold gas spraying»,ActaMaterialia, 51, pp. 4379-4394. [3] E. Irissou, JG.Legoux, A. Ryabinin, B. Jodoin and Ch. Moreau (2008) « Review on Cold Spray Process and Technology: Part I-Intellectual Property», Journal of Thermal Spray Technology, 17(4), pp. 495-516. [4] Y. Zhang, S. Descartes, P. Vo, and R.R. Chromik,(2016) «Cold sprayed Cu-MoS2 and its fretting wear behavior», Journal of thermal spray technology, 25 (3), pp. 473-482. [5] J. M. Shockley, S. Descartes, P. Vo, E. Irissou, R.R. Chromik(2015) «The influence of Al2O3 particle morphology on the coating formation and dry sliding wear behavior of cold sprayed Al-Al2O3 composites»,Surf. and Coat. Techn.,270, pp. 324-333. View publication stats
