Principe de la projection et mécanique d'accrochage

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La projection à chaud

Le principe
Le métal d'apport solide, qui peut se présenter sous forme de de fil ou poudre, est fondu au moyen d'une source de chaleur importante, provenant de la flamme d'un chalumeau oxy-acétylénique, ou d'un arc électrique. Réduit à l'état liquide, il est ensuite pulvérisé sous forme de gouttelettes et véhiculé à grande vitesse au moyen d'un vecteur gazeux. Ce dernier est généralement de l'air comprimé, mais peut aussi être de l'argon, ou de l'azote, mélangé au gaz provenant de la combustion des gaz (flamme oxy-gaz) ou de l'ionisation des gaz (plasma d'arc).
La vitesse des particules pulvérisées est de l'ordre de 100 à 200 m/sec pour les pistolets à gaz et supersonique pour les pistolets à plasma d'arc. Sous l'effet de ces grandes vitesses, les particules viennent s'écraser sur le support à traiter, situé à une distance comprise entre 150 et 250 mm. Durant le trajet de la buse au subjectile, les particules se refroidissent légèrement et peuvent se présenter dans un état magmatique (pâteux, du moins en périphérie), au moment de l'impact. Sous le choc, le métal va être écroui et martelé par les particules suivantes qui en s'écrasant vont se souder entre elles. Le dépôt se présente donc sous la forme d'un amas, apparemment compact, de particules liées entre elles de façon mécanique.

La mécanique d'accrochage
L'accrochage s'obtient de différentes façons, suivant que le support est tendre ou dur.
Dans le premier cas, sous l'effet du choc, les particules pénètrent dans la couche superficielle du support et s'y accrochent, réalisant ainsi une bonne adhérence du revêtement.
Dans le second cas, tout va dépendre de l'état des particules au moment de l'impact. Cet état est fonction de la nature même du métal d'apport et du mode de fusion adopté pour fondre ce métal.
En effet, avec l'utilisation de poudre et particulièrement dans le cas d'une fusion par flamme oxy-gaz, une certaine quantité de celle-ci peut passer au travers de la source de chaleur sans être fondue.
Ce n'est pas le cas avec les fils ou les cordons, dont le métal constitutif est toujours porté à fusion au départ de la buse de projection. (voir schéma de principe de la projection thermique)
Pour le mode de fusion , les pistolets à flamme oxy-gaz permettent d'obtenir des particules fondues à des températures voisines de la température de fusion du métal d'apport, ce qui permet d'envisager qu'elles atteignent le support dans un état relativement liquide. Le résultat est sensiblement identique pour les pistolet à plasma d'arc alimentés en poudre, du fait d'un passage très court du produit dans la zone de fusion à haute température.
Par contre, pour une système à arc électrique, la température des particules fondues est beaucoup plus élevée (de l'ordre de 2000°), ce qui permet de penser qu'elles arrivent encore à l'état liquide sur la surface du support.

L'état du projectile

Conséquences
Suivant les paramètres ci-dessus, on peut constater que le support peut recevoir des particules en état solide, magmatique (pâteux) ou liquide, dont l'accrochage va différer suivant que:
- 1) les sont particules solides ou magmatiques.

Lorsque la température de fusion du métal d'apport est inférieure ou égale à celle du support, les particules en s'écrasant sur la surface vont se réchauffer par la transformation de l'énergie cinétique en chaleur au moment de l'impact. La liaison mécanique avec le support par fusion localisée, sera alors possible si la surface à traiter à été préalablement préparée.
Lorsqu'au contraire la température de fusion du projectile est supérieure à celle du support et qu'il y a affinité entre les deux métaux, on obtiendra par diffusion la formation d'un alliage en surface.
- 2) les particules sont liquides.

Dans ce cas, lorsque la température à l'impact est proche de la température de fusion du support, on obtiendra une liaison superficielle à condition qu'il y ait affinité entre les deux matériaux considérés.

Conclusion
Avec un acier projeté par un pistolet à flamme sur un support également en acier, on obtiendra un accrochage purement mécanique. Alors qu'avec ce même acier projeté par un arc électrique sur le même support, on obtiendra des zones de liaison ponctuelles entre les deux matériaux.
Mais la température des particules projetées avec un arc électrique étant plus importante qu'avec la flamme ou le plasma d'arc, il en résultera un accroissement de la vitesse d'oxydation avec l'oxygène de l'air pendant le transfert. Le métal ainsi projeté subira des modifications plus importantes.
Dans tous les cas, il faut impérativement que les surfaces à traiter soit soigneusement préparées pour recevoir le revêtement, afin d'optimiser son accrochage.

Mode de projection

Projection sans refusion
C'est la projection la plus répandue, décrite ci-dessus. Les qualités mécaniques de la pièce finie sont uniquement assurées par le support. Le revêtement n'y participe pas et peut donc être sensible aux déformations résultant des sollicitations de fonctionnement.
La pièce à revêtir, qui est à la température ambiante, ne participe à l'adhérence du dépôt que par ses qualités d'accrochage, résultant d'une bonne préparation de sa surface (voir rubrique préparation).

Projection avec refusion

Dans mode de projection, le support et son revêtement sont portés à une température élevée. Cet apport d'énergie calorifique, adapté aux matériaux, remet en solution le dépôt, qui se lie au support suivant un procédé de type métallurgique.
On distingue deux types de projection avec refusion, essentiellement utilisés en rechargement:
- la projection-refusion simultanée: la pièce est préalablement préparée et préchauffée à env 200°C. Le revêtement s'effectue en petites zones successives, immédiatement refondues. Un léger voile de prémétallisation peut-être effectuer sur toute la surface à revêtir pour éviter l'oxydation.
- la projection-refusion subséquente: la pièce préalablement préparée est préchauffée à env 150°C. Le revêtement est entièrement réalisé en une ou plusieurs passes successives. Le dépôt est ensuite élevé à température adéquat pour le lier par fusion au support.
Dans les deux cas, on respecte un refroidissement à l'abris des courants d'air, avant usinage.

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