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SUJET POURVU Etude du cold spray en tant que procédé de fabrication additive

SUJET POURVU Etude du cold spray en tant que procédé de fabrication additive

SUBJECT OF THESIS PROVIDED Additive manufacturing using cold spray

Proposition de thèse

Spécialité

Sciences et génie des matériaux

Ecole doctorale

SMI - Sciences des Métiers de l'Ingénieur

Directeur de thèse

JEANDIN Michel

Co-directeur de thèse

DELLORO Francesco

Unité de recherche

Centre des Matériaux

ContactMichel JEANDIN
Site Webhttp://www.mat.mines-paristech.fr/Accueil/Propositions-de-theses/
Mots-clés

Cold spray, fabrication additive

Cold spray, additive manufacturing

Résumé

La projection dynamique par gaz froid (« cold spray ») est l'un des procédés de projection thermique les plus innovants. A la base, il s'agit d'un procédé de fabrication additive puisque fondé sur l'apport de matière sous forme de poudre. Jusqu'alors appliqué à la réalisation de revêtements protecteurs, il est, depuis peu, envisagé pour la réalisation de pièces de forme et se situer dans la lignée des procédés de fabrication additive qui sont maintenant bien établis. Par rapport au laser, le cold spray peut présenter certains avantages : rendement amélioré et plus grande souplesse de mise en œuvre. La réparation par cold spray peut être considérée à mi-route entre le cold spray de revêtement et la fabrication additive, les considérations géométriques pour les dépôts réalisés étant moins exigeantes. En revanche, les exigences de qualité quant au niveau d'adhérence entre les particules et le substrat qui les reçoit (ce substrat pouvant être une autre particule), sont aussi fortes en réparation qu'en fabrication additive directe. L'objectif scientifique majeur du travail de thèse repose sur la compréhension des phénomènes intervenant aux différentes interfaces formées dans les conditions dynamiques de cold spray, pour pouvoir ainsi assurer les niveaux d'adhérence requis. En parallèle, les mécanismes de construction du dépôt par empilement seront étudiés pour appréhender les paramètres influençant sa géométrie, pour ouvrir la route à l'application « fabrication additive » à proprement parler du cold spray. Les principaux points abordés sont les suivants :
• Etudes des caractéristiques des poudres (à base de fer et de nickel) de projection
• Etude des paramètres de projection (incluant la mesure de vitesse des particules projetées)
• Simulation numérique de l'impact et modélisation de l'empilement des particules
• Etude de la microstructure des dépôts en relation avec les propriétés aux interfaces : adhésion/adhérence
• Etude des contraintes résiduelles en fonction de l'épaisseur de dépôt

Cold gas dynamic spraying, namely cold spray, is one of the most innovative thermal spray processes. Cold spray is an additive manufacturing process actually since it is based on external deposition of powdered material. Up to now, cold spray was mainly devoted to coating applications. However, cold spray is currently envisaged for direct manufacturing of actual shaped parts, which could therefore meet well-established laser-based additive manufacturing techniques, e.g. so-called LBD (Laser Beam Deposition). Compared to laser processing, cold spray can show advantages such as better efficiency and flexibility. Repairing using cold spray can be considered to be halfway between coating by cold spray and additive manufacturing due to less demanding geometrical requirements from deposition. In contrast, adhesion criteria are nearly the same for both repair and additive manufacturing. These criteria relate to particle-substrate bonding, knowing that the substrate can be made of particles. The major scientific objective of this thesis work rests on the understanding of phenomena involved at the interfaces which results from cold spray dynamic conditions. This should lead to specifications to meet the required adhesion strength. In parallel, cold spray build-up mechanisms will be studied to go into the governing parameters to make cold spray an additive manufacturing process for real part achievement.

Contexte

Principales techniques expérimentales à utiliser au cours de l'étude proposée :
- Projection dynamique par gaz froid (« cold spray »)
- Métallographie, microscopie électronique (y compris en transmission), microanalyse, et microtomographie X
- Profilométrie 3D, analyse granulométrique et analyse d'images
- Essai d'adhérence par choc laser (LASAT)
- Simulation d'effets dynamiques par choc laser et simulation d'empilement
- Nanoindentation combinée à la microscopie à force atomique (AFM)
Le travail s'adresse à un expérimentateur « matériaux-procédés » non réfractaire à la simulation numérique. Il s'effectuera, dans sa grande majorité, au Centre des Matériaux d'Evry, avec des incursions chez EDF (Etablissement des Renardières) ainsi que chez Poly-Shape (Salon-de-Provence) pour différents essais de dépôt.

Encadrement

Directeur de thèse : Michel JEANDIN 70%
Co-encadrant : Francesco DELLORO 30%

Profil candidat

Profil type pour une thèse à MINES ParisTech: Ingénieur et/ou Master recherche - Bon niveau de culture générale et scientifique. Bon niveau de pratique du français et de l'anglais (niveau B2 ou équivalent minimum). Bonnes capacités d'analyse, de synthèse, d'innovation et de communication. Qualités d'adaptabilité et de créativité. Capacités pédagogiques. Motivation pour l'activité de recherche. Projet professionnel cohérent.

Pour postuler : Envoyer votre dossier à recrutement_these@mat.mines-paristech.fr comportant
• un curriculum vitae détaillé
• une lettre de motivation/projet personnel
• des relevés de notes L3, M1, M2
• 2 lettres de recommandation
• Une attestation de niveau d'anglais

Typical profile for a thesis at MINES ParisTech: Engineer and / or Master of Science - Good level of general and scientific culture. Good level of knowledge of French (B2 level in french is required) and English. (B2 level in english is required) Good analytical, synthesis, innovation and communication skills. Qualities of adaptability and creativity. Teaching skills. Motivation for research activity. Coherent professional project.

Références

/

Type financement

Convention CIFRE

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