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A arc électrique

Métallisation à l’arc électrique

Quelques projection par procédé à arc électrique

Principe de l’arc électrique


Rappel

Comme évoqué dans l’historique, le procédé de projection à arc électrique expérimenté par SCHOOP en collaboration avec BAUERLIN (ingénieur en électricité) est longtemps resté du domaine du laboratoire. Les tentatives infructueuses étaient dues au fait que l’arc était utilisé comme source de chaleur pour fondre le métal dans un creuset, avant d’être pulvérisé par des gicleurs à air comprimé.
Plus tard, le système évolua vers un arc établi entre deux fils, isolés l’un de l’autre, avec une différence de potentiel d’environ 89 V qui fait fondre les fils.
Ce n’est qu’à partir de 1945 que le procédé connu un véritable développement et fût industriellement utilisé en Europe. Les pistolets développés par SCHOOP en 1914 ne diffèrent pas radicalement de ceux utilisés de nos jours.


Principe de base

Son principe consiste à faire éclater un arc électrique entre deux fils ductiles consommables d’un métal d’apport. Le métal fondu dans l’arc est ensuite atomisé et propulsé par un jet d’air comprimé sur le substrat. Ce procédé diffère du procédé thermique à flamme du fait qu’il n’emploie aucune source de chaleur extérieure pour la combustion du fil d’apport. Le chauffage et la fonte se produisent entre les deux fils constituants le matériau d’apport. Tous deux chargés électriquement avec des polarités opposées et alimentés ensembles pour maintenir un arc constant (voir schéma du principe de projection).


Constitution du système


L’alimentation

L’arrivée du courant électrique aux deux fils peut être obtenue au moyen de galets, de ruban sans fin ou de tubes de contact. L’alimentation provient généralement d’un générateur à courant continu avec des tensions d’arc comprises entre 25 et 40 Volts, pour des intensités de courant allant de 100 à 500 Ampères. Dans le cas d’un entraînement du fil par moteur électrique, l’alimentation en fil est asservie à la tension de l’arc et les pistolets sont munis de stabilisateurs de tension.


Le pistolet

Il est essentiellement constitué de deux parties distinctes :
la première sert à l’entraînement des fils ;
Les fils, conditionnés en bobines, sont tirés au travers de gaines souples, par des molettes entraînées par une turbine à air pour les appareils portables, ou par un moteur électrique pour les appareils fixes montés sur des machines. Dans le cas de fils très rigides, ou de grandes distances entre le pistolet et les bobines (supérieures à 5 m), il est nécessaire d’adjoindre un système d’entraînement des fils par poussée à l’entrée des gaines. Ce type d’équipement est communément appelé « poussé-tiré ».
la seconde assure la fusion et la projection du métal fondu.
À l’intérieur du pistolet, les fils sont guidés par deux tubes permettant, d’une part, le positionnement du fil avant son entrée dans la zone de fusion et, d’autre part, la transmission du courant électrique aux fils. Une buse située derrière le point d’intersection des fils, dirige un flux de gaz comprimé à grande vitesse sur l’extrémité des fils en fusion, et propulse le matériau atomisé sur le substrat.


Avantages et utilisations


Caractéristiques

La température de l’arc, d’environ 6000K dans l’air à pression ambiante, est largement au-dessus du point de fusion des matériaux projetés. Ceci peut entraîner une vaporisation relativement importante et un chauffage excessif des gouttelettes.
Cependant, cette dernière peut aider à créer des zones d’interaction métallurgiques dans le dépôt ou à l’interface dépôt/substrat et des zones de diffusion, améliorant ainsi sensiblement l’adhérence et la cohésion des dépôts.


Avantages

L’avance des fils à vitesse constante permet la projection en continu avec des débits de matières élevés (jusqu’à 40 kg/h suivant l’intensité et le diamètre des fils), ceci en dépit du caractère discontinu qu’induit la création et l’extinction de l’arc lors de la formation et de l’atomisation des gouttelettes. L’utilisation d’un gaz d’atomisation secondaire (gaz de gainage) permet une meilleure canalisation du jet des particules et l’augmentation de leurs vitesses d’impact, ce qui améliore les propriétés du dépôt. Il permet aussi de réduire l’entraînement de l’air ambiant et l’oxydation du dépôt.
Les dépôts obtenus avec ce procédé sont très adhérents (3 fois plus que la projection à la flamme), du fait des points où le revêtement est soudé au support par diffusion. Cette technique permet de réaliser des dépôts dont l’épaisseur varie entre 0,5 et 3mm. Son coût de mise en œuvre est relativement peu élevé par rapport aux procédés à la torche plasma ou à la flamme en raison d’une conception simple et nécessitant une maintenance réduite.


Utilisations

La projection par arc électrique présente un meilleur rendement de dépôt par rapport aux autres procédés de projection (voir comparatifs des procédés), mais elle nécessite des matériaux conducteurs électriques et tréfilables. La plupart des matériaux métalliques tels que le Zinc, le Cuivre, l’Aluminium, le Bronze, l’Acier, le Molybdène, ainsi que de nombreux alliages peuvent être projetés par cette technique.
En raison d’une température d’arc élevée, la variété des matériaux métalliques déposables n’est limitée qu’à la fabrication des fils. Néanmoins, l’emploi de fils fourrés ductiles permet la projection d’alliages complexes et de composites techniques.
Les domaines d’applications sont l’anticorrosion et les rechargements, surtout pour les dépôts durs.



Quelques projections par procédé à arc électrique