Métallisation par procédé H.V.O.F

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Origine et principe du système

Rappel historiqueJet supersonique H.V.O.F
C'est au début des années 80, que Browning et Witfield, en utilisant la technologie des moteurs de fusées, ont développé un nouveau procédé de projection thermique pour les poudres. Cette technique à flamme, dite "supersonique" (comme le canon à détonnation), mais qui utilise le principe de la "déflagation", fut désignée sous le nom de Hight Velocity Oxy/Fuel (H.V.O.F).

Principe de projection HVOFPrincipe et fonctionnement
Le processus utilise pour combustible une combinaison de l'Oxygène (comburant) avec divers gaz (carburants), comme l'Hydrogène, le Propylène, le Propane, le Méthane, le Tétrène ou le Kérosène.
Le principe est basé sur une réaction de combustion à haute pression (0,5 à 0,7 MPa en moyenne) dans une chambre prévue à cet effet. Il en résulte une flamme caractérisée par une température comprise entre 2500 et 3200°C et des écoulements gazeux très énergétiques et extrêmement rapides (plusieurs fois la vitesse du son). Les poudres à pulvériser sont injectées, par un gaz porteur neutre , axialement dans les gaz chauds en extension, où elles sont fondues à des températures comprises entre 1500 et 2500K. Elles sont alors accélérées au travers d'une tuyère "convergente-divergente" et propulsées à des vitesses comprises entre 300 et 600 m/sec. Le pistolet de projection est refroidi par un circuit d'eau, concentrique à la chambre de combustion et la tuyère d'éjection (voir schéma ci-contre agrandi).

Les différents types d' H.V.O.F

CaractéristiquesPistolet HVOF en action
Les procédés H.V.O.F se répartissent en deux familles:
- ceux dit "moyenne pression", qui fonctionnent avec un mélange oxygène/carburant gazeux (propane, propylène, etc...). Ces appareils opèrent à des pressions de combustion comprises entre 2 et 4 MPa.
- ceux dit "haute pression", qui fonctionnent avec un mélange oxygène/carburant liquide (kérosène, white spirit, etc...). Ces appareils dévelloppent des pressions de combustion de l’ordre de 8 MPa.
L'augmentation de la pression de combustion, provoque une légère augmentation de la température des particules, mais surtout une forte élévation de la vitesse d’impact, comprise entre 700 et 900m/sec. Il en résulte des revêtements beaucoup plus denses. Un procédé comparable nommé H.V.A.F, utilise quant à lui un mélange de combustion kérosène/air-comprimé, d'un coût d'exploitation très faible.

Choix du type
Le choix sera guidé par la qualité du revêtement à obtenir, en tenant compte du fait que l’utilisation d'un liquide comme carburant, à la place d’un gaz, réduit le coût d'exploitation et les risques de dangerosité liés à l'utilisation des gaz à haute pression. Le tout en gardant à l'esprit que plus la vitesse de projection est grande, plus le revêtement sera dense avec une meilleure cohésion des particules entre elles.

Les revêtements

Pistolet HVOF

La qualité
Les paramètres qui influent sur la qualité des revêtements sont:
- la pression dans la chambre de combustion,
- les débits relatifs oxygène/carburant,
- le débit du gaz porteur des poudres,
- la géométrie de la tuyère d'éjection,
- la distance de projection.
Les dépôts obtenus sont caractérisés par une faible porosité (<2%), une bonne adhérence (70 à 100 MPa) et une faible rugosité de surface.

Applications
Ce procédé est principalement utilisé pour projeter des métaux (Inox, Chrome, Molybdène, Inconel, MCrAlY, NiCR), des alliages de métaux, des alliages auto-fusibles, des carbures et des cermets (WC-Co, TiC-Ni) ou des céramiques. Les applications sont les protections anti-corrosion et anti-usure, avec la possibilité de réaliser des dépôts de fortes épaisseurs (en plusieurs passes), dont la densité obtenue approche la densité théorique du matériau d'apport.


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