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TITOMIC | Qu’est-ce que la pulvérisation à froid ?

17/05/23

TITOMIC TKF1000

Qu’est-ce que la pulvérisation à froid ?

La pulvérisation à froid a beaucoup évolué ces dernières années. Mise au point par des scientifiques soviétiques dans les années 1980, elle est depuis devenue une technique avancée de construction, de revêtement et de réparation de pièces. Qu’est-ce que la fabrication additive par projection à froid et en quoi change-t-elle l’avenir de la fabrication ?

La projection à froid est une technique puissante qui permet de fusionner rapidement des métaux, des céramiques ou des polymères en poudre sans les faire fondre. Elle peut être utilisée pour réparer rapidement des composants usés ou endommagés, ou comme une forme de fabrication additive pour construire rapidement des pièces couche par couche.

Titomic utilise deux types de pulvérisation à froid pour offrir une gamme polyvalente de services et de capacités :

Pulvérisation à froid à haute pression (HPCS) : utilisée pour pulvériser des métaux et des alliages à haute résistance avec des gaz comprimés tels que l’azote, l’hélium et l’air à des pressions élevées (300-1000 psi). Voir nos systèmes de pulvérisation à froid à haute pression.

Pulvérisation à froid à basse pression (LPCS) : utilisée pour pulvériser des métaux tendres et des mélanges métal/céramique avec des gaz comprimés à basse pression (moins de 300 psi). Voir nos systèmes de pulvérisation à froid à basse pression.

Comment fonctionne la fabrication additive par pulvérisation à froid ?

La fabrication additive par pulvérisation à froid utilise une buse de pulvérisation supersonique qui projette un gaz porteur chauffé à haute pression (tel que l’air, l’azote ou l’hélium) afin d’accélérer les particules à grande vitesse.

Les particules se déposent cinétiquement sur la surface qu’elles visent en s’imbriquant mécaniquement et en se liant métallurgiquement. C’est pourquoi, chez Titomic, nous appelons souvent notre gamme de technologies de pulvérisation à froid et nos produits « Titomic Kinetic Fusion » (TKF)®.

Grâce à ce processus, les matériaux sont fusionnés en dessous de leur température de fusion (d’où le nom pulvérisation à froid). La fabrication additive par pulvérisation à froid est donc supérieure aux autres méthodes en termes de distorsion et d’oxydation. Cela signifie également que nous pouvons fabriquer des pièces plus rapidement et plus épaisses que les autres technologies de fabrication additive.

TITOMIC- schéma

Quels sont les avantages de la pulvérisation à froid ?

L’un des avantages uniques du processus de fabrication par pulvérisation à froid est qu’il peut être utilisé pour fusionner des matériaux dissemblables, ce qui signifie que nous pouvons exploiter les avantages de plusieurs propriétés dans une seule pièce.

Par exemple, il est possible :

  • appliquer du cuivre à l’acier pour améliorer les performances thermiques
  • appliquer du nickel à de la fonte pour la réparer – sans distorsion pendant le soudage
  • mélanger des céramiques avec du titane pour améliorer la résistance à l’usure
  • appliquer du tantale à l’aluminium pour le blindage contre les radiations et les interférences électromagnétiques.

Les autres avantages majeurs de la pulvérisation à froid sont les suivants :

  • une charge thermique très faible pour travailler avec des matériaux thermosensibles et dissemblables
  • une vitesse de dépôt rapide, idéale pour les vitesses et les volumes de production
  • propriétés mécaniques similaires à celles d’un matériau en vrac fortement déformé
  • les résultats du dépôt peuvent être en contrainte résiduelle de compression, ce qui améliore les propriétés mécaniques de nombreuses géométries à l’état monté
  • l’absence de zone affectée thermiquement (HAZ) garantit une liaison de qualité sans modifier la microstructure et l’échafaudage
  • pas de limite à l’épaisseur du dépôt
  • une technologie plus « verte », sans fumées toxiques, avec une réduction significative des déchets et des émissions
  • moins de dépendance à l’égard de la chaîne d’approvisionnement mondiale pour les pièces ou les réparations, ce qui est indispensable en cette période de pénurie
  • un excellent rapport coût-efficacité par rapport au remplacement des pièces

Comment la pulvérisation à froid se compare-t-elle aux autres technologies ?

Comme vous pouvez le constater, la projection à froid est supérieure aux autres méthodes de fabrication à bien des égards.

Qu’il s’agisse de pulvérisation thermique, de HVOF, d’arc plasma, de fil d’arc, de flamme de fil ou de flamme de poudre, la pulvérisation à froid offre une vitesse de particules nettement plus élevée à des températures beaucoup plus basses.

Combustible oxygéné à haute vitesse (HVOF)

Le revêtement par combustible à oxygène à haute vitesse est un procédé de pulvérisation thermique dans lequel un combustible et de l’oxygène sont mélangés, introduits dans une chambre de combustion et enflammés. Le gaz produit dans la chambre de combustion a une température et une pression extrêmement élevées et est éjecté par une buse à des vitesses supersoniques. Ce système n’est pas portable et consomme énormément d’énergie.

Inconvénients par rapport au système Titomic TKF :

  • Les revêtements projetés par HVOF peuvent être extrêmement complexes, leurs propriétés et leur microstructure dépendant de nombreuses variables de traitement.
  • La taille des poudres est limitée à une plage d’environ 5 à 60 µm, ce qui nécessite des distributions de taille étroites.
  • La pulvérisation HVOF nécessite un personnel expérimenté et qualifié pour garantir la sécurité des opérations et obtenir une qualité de revêtement constante.
  • Comme tous les procédés de pulvérisation thermique, la pulvérisation HVOF doit généralement être réalisée dans une cabine de pulvérisation thermique spécialisée, dotée d’une insonorisation appropriée, d’un mur d’eau et d’installations d’extraction des poussières.
  • L’équipement HVOF nécessite un investissement plus important que les autres procédés de pulvérisation thermique, tels que la pulvérisation à la flamme et à l’arc.
  • L’utilisation manuelle d’un pistolet de pulvérisation HVOF n’est pas recommandée et une manipulation automatisée du pistolet est généralement nécessaire.
  • Il est difficile, voire impossible, de déposer des revêtements sur les surfaces internes de petits composants cylindriques.

Pulvérisation d’arc

La pulvérisation d’arc utilise un arc électrique comme source de chaleur pour faire fondre un fil métallique. L’air comprimé (ou parfois le gaz inerte) est utilisé pour atomiser le métal en fusion. L’arc électrique est créé en chargeant un fil positif, l’autre fil négatif, et en forçant les deux fils ensemble pour créer l’arc électrique. Ce système nécessite souvent d’énormes quantités d’électricité et de gaz. Il est cependant très portable, mais sa capacité d’épaisseur est minimale, de sorte qu’il n’est souvent utilisé que pour la protection contre la corrosion.

Arc plasma

Les températures dans une flamme plasma sont normalement comprises entre 10 000 et 15 000 °C. Par conséquent, en principe, presque tous les métaux ou céramiques, y compris les métaux ou oxydes réfractaires, peuvent être fondus et déposés pour former un revêtement par pulvérisation plasma. C’est le contraire du processus de fusion cinétique de Titomic.

Les matériaux surchauffent souvent, ce qui entraîne des déformations, et deviennent exceptionnellement difficiles à usiner, car ils doivent généralement être rectifiés. L’arc plasma, en revanche, est bien adapté à la création de revêtements durs et de revêtements céramiques sur les zones à forte usure. La température et l’uniformité de la surface sont essentielles au cours de ce processus, faute de quoi le revêtement peut finir par s’écailler et provoquer une défaillance du produit ou un décollement du revêtement.

Ce tableau compare la chaleur et la vitesse des particules :

TITOMIC - Cold-spray-chart

Quels sont les matériaux et les métaux couramment utilisés pour la pulvérisation à froid ?

Il existe de nombreux matériaux que vous pouvez exploiter dans le cadre de la fabrication additive par projection à froid. Il s’agit notamment de métaux tels que :

  • Le titane et ses alliages
  • L’invar
  • L’aluminium et ses mélanges
  • Mélanges de nickel
  • Cuivre et mélanges
  • Carbures métalliques
  • Mélanges à base de zinc
  • Argent et mélanges
  • Mélanges à base d’étain
  • Tantale
  • Or

Il est également possible de travailler avec des alliages haute performance tels que l’AISI 4330, le Ti-6AI-4V, l’Inconel 718 et l’Invar36.

Découvrez d’autres matériaux que nous pouvons combiner pour lutter contre la corrosion, l’usure et d’autres problèmes affectant vos activités.

Applications de fabrication additive par pulvérisation à froid

L’intérêt de travailler avec la technologie de pulvérisation à froid réside dans le fait que les possibilités sont apparemment illimitées. Voici quelques utilisations courantes de la fabrication additive :

Tonneaux

Produire des fûts plus grands, optimisés pour la résistance et la performance thermique avec des combinaisons de matériaux mixtes. Avec de meilleurs matériaux, nous pouvons améliorer le poids et la résistance à l’érosion et à la corrosion.

Structures

Remplacer les assemblages soudés complexes et coûteux par des structures monoblocs plus performantes.

Outillage

Produire des plaques frontales en forme de filet plus résistantes, plus légères, plus minces et plus résistantes à la corrosion, tout en réduisant les délais de soudage, d’assemblage et d’exécution.

Protection balistique

Produire des armures en titane plus grandes et plus légères à un prix compétitif – ou combiner et fusionner des métaux dissemblables pour exploiter les avantages de plusieurs métaux simultanément.

Applications de revêtement et de réparation par pulvérisation à froid

Résistance à l’usure

Déposer des métaux résistants tels que le titane, l’acier et le tungstène pour améliorer la résistance à l’usure sur des pièces neuves ou existantes. Les métaux résistants peuvent également être fusionnés à des pièces métalliques dissemblables pour les réparer et augmenter leur durée de vie.

Revêtements inductifs et conducteurs

Ajoutez rapidement des métaux ferreux à des pièces métalliques dissemblables pour exploiter la technologie inductive et conductrice dans les ustensiles de cuisine, la fabrication et bien d’autres domaines.

Corrosion

Utilisez TKF pour appliquer des matériaux résistants à la corrosion, tels que le titane, sur des pièces nouvelles ou existantes, afin d’améliorer leur durée de vie dans les environnements corrosifs des applications marines, chimiques, pétrolières et gazières.

Restauration du métal

Utilisez les systèmes TKF pour réparer rapidement les pièces métalliques et les remettre en état de marche dans les applications aérospatiales, minières, de défense, de chaudronnerie, etc. Les systèmes pulvérisent le métal en quelques secondes, ce qui vous permet de restaurer les pièces en quelques minutes.

En matière de projection à froid, ce n’est qu’un début. En tant que leader de la fabrication additive par projection à froid, nous sommes ravis d’être à la pointe de cette technologie en constante évolution. Consultez nos études de cas pour découvrir ce qu’il est encore possible de faire.

Prêt à intégrer la pulvérisation à froid dans votre chaîne de production ? Téléchargez notre guide de conception ou prenez rendez-vous pour une consultation gratuite dès aujourd’hui.

  • Article de notre partenaire TITOMIC

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