Statut de la recherche sur la technologie de revêtement thermique antabrasion

1. État actuel de la recherche sur les revêtements métalliques

Les revêtements métalliques par projection thermique sont parmi les revêtements résistants à l'usure les plus étudiés et appliqués. Les matériaux couramment utilisés incluent des métaux (Mo, Ni), de l'acier au carbone, de l'acier faiblement allié, de l'acier inoxydable et des revêtements de la série alliage Ni-Cr. Des techniques telles que la projection à flamme, la projection à arc, la projection plasma, HVOF (High-Velocity Oxygen Fuel) et la projection par détonation sont généralement employées. Ces revêtements présentent une haute résistance d'adhésion avec le substrat, ainsi qu'une excellente résistance à l'usure et à la corrosion, ce qui les rend adaptés à la réparation de pièces usées et à l'usinage de composants surdimensionnés.

Lors de l'utilisation de la technologie de projection plasma avec des alliages à base d'aluminium pour revêtir des segments de piston, des anneaux de synchronisation et des cylindres, les revêtements démontrent une bonne résistance à l'usure, une haute résistance de liaison et d'excellentes propriétés anti-adhésives à l'usure. Dans des conditions lubrifiées, ils présentent également de bonnes performances anti-grippage et anti-rayures. Des fils en acier à haute teneur en carbone et des fils en acier inoxydable (type Cr13, type 18-8, etc.) sont couramment utilisés comme matériaux de projection résistants à l'usure et à la corrosion. Ces matériaux se caractérisent par une haute résistance, une bonne résistance à l'usure, une large disponibilité et un faible coût. Les revêtements NiCr offrent une bonne résistance à la chaleur, une résistance à la corrosion et une résistance à l'usure par érosion, ce qui les rend adaptés comme revêtements protecteurs pour les tubes de surchauffeur et de réchauffeur dans les chaudières des centrales électriques. Les méthodes de projection à flamme et de projection plasma peuvent être utilisées pour préparer des revêtements métalliques NiCr résistants à l'usure avec différentes microstructures, bien que ces revêtements aient tendance à avoir une porosité et un contenu en oxydes plus élevés.

2. État actuel de la recherche sur les revêtements céramiques

Les poudres céramiques de projection thermique comprennent des oxydes, des carbures, des borures, des nitrures et des siliciures, qui sont des composés cristallins ou amorphes composés d'éléments métalliques et non métalliques. Les revêtements céramiques sont connus pour leurs points de fusion élevés, leur dureté élevée et leur excellente résistance à l'usure, à la corrosion et à la stabilité à haute température. Cependant, le processus de projection des revêtements céramiques est complexe et coûteux, et les revêtements sont sujets à des fissures de surface et ont une résistance à la fatigue thermique inférieure par rapport aux revêtements métalliques. De plus, les revêtements céramiques ont une faible ténacité et ne conviennent pas aux applications impliquant des charges d'impact significatives. Les revêtements céramiques couramment utilisés comprennent Al2O3, TiO2, Cr2O3, ZrO2, WC, TiC, Cr3C2 et TiB2, généralement préparés à l'aide de techniques de projection plasma, de projection à flamme, de HVOF et de projection par détonation.

Ren Jingri et al. ont étudié les caractéristiques de frottement glissant et d'usure des revêtements en poudre céramique Al2O3-40%TiO2 et Cr2O3 pulvérisés par plasma. Ils ont constaté que les revêtements en Cr2O3 présentent une résistance à l'usure supérieure à celle des revêtements en Al2O3-40%TiO2. Le mécanisme d'usure des revêtements en Cr2O3 est principalement l'usure abrasive, avec des caractéristiques de fracture fragile sous des charges plus élevées. En revanche, le mécanisme d'usure des revêtements en Al2O3-40%TiO2 est principalement la déformation plastique et le délaminage. Chen Chuanzhong et al. ont étudié les revêtements céramiques composites Al2O3-TiO2-NiCrAlY, notant que la fusion de TiO2 et Al2O3 forme un certain degré de solubilité mutuelle, réduisant la porosité du revêtement et améliorant encore sa résistance, sa ténacité et sa résistance à l'usure.

D'autres études ont examiné les caractéristiques de frottement glissant et d'usure des revêtements métalliques et céramiques multicouches pulvérisés par plasma. La séquence de pulvérisation consiste d'abord à appliquer un revêtement de liaison en NiCr sur le substrat, suivi de couches de transition avec des proportions variables de NiCr-Cr2O3, et enfin une couche de surface en 100 % Cr2O3. Il a été constaté qu'un rapport approprié de métal à céramique dans la couche de transition peut améliorer la résistance à l'usure du revêtement. Les principaux mécanismes d'usure comprennent la fracture fragile, l'usure abrasive, l'adhésion et l'usure oxydative.

état actuel de la recherche sur les revêtements métalliques-céramiques

Les métaux et les céramiques ont chacun des avantages uniques et des faiblesses de performance distinctes.

Les revêtements métalliques-céramiques Cr3C2-NiCr se composent d'une phase dure de carbure de chrome réfractaire et d'une phase d'alliage ductile de nickel-chrome.

Les revêtements en céramique-métal à base de WC sont couramment utilisés dans des conditions d'usure abrasive et érosive en dessous de 450°C. Xu Xiangyang et al. ont étudié le mécanisme d'usure par frottement des revêtements WC/18Co pulvérisés par plasma. Les résultats ont montré que le stade initial de l'usure par frottement est dominé par l'usure adhésive, avec la haute dureté du revêtement et ses fortes propriétés anti-adhésives entraînant une usure minimale. Au stade stable, le délaminage par fatigue et l'écaillage par fissuration fragile deviennent les principaux mécanismes d'usure, la fragilité du revêtement et la faible résistance de liaison inter-particulaire entraînant une augmentation de l'usure. Les inclusions d'oxyde dans le revêtement sont la principale cause d'une résistance insuffisante à l'usure par frottement.

état actuel de la recherche sur les revêtements amorphes

Les matériaux amorphes se caractérisent par un désordre à longue portée et un ordre à courte portée.

Xiang Xinghua et al. ont utilisé le pulvérisation plasma pour préparer des revêtements en alliage amorphe à base de Fe (contenant Si, B, Cr, Ni, etc.). Les revêtements ont présenté une microstructure uniforme, une haute densité, une faible porosité, un contenu en oxydes minimal et une dureté élevée, avec une microdureté variant de 530 à 790 HV0.1. Les revêtements ont également montré une bonne adhérence avec le substrat.

D'autres études ont examiné la microstructure et la résistance à l'usure des revêtements en alliage Fe-Cr-B pulvérisés par détonation. Les résultats ont indiqué que les revêtements ont une excellente résistance à l'usure et à la corrosion. Pendant l'usure par glissement, un film de surface amorphe généré dynamiquement a considérablement amélioré la résistance à l'usure et réduit le coefficient de friction.

En résumé, l'utilisation de HVOF, de pulvérisation plasma, de pulvérisation à l'arc et de pulvérisation par détonation pour appliquer des revêtements résistants à l'usure en métal, céramique, métal-céramique et amorphe peut améliorer efficacement la résistance à l'usure des matériaux de substrat.