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Etude des caractéristiques des poudres à base d'aluminium adaptées à projection dynamique par gaz froid (« cold spray »)

Etude des caractéristiques des poudres à base d'aluminium adaptées à projection dynamique par gaz froid (« cold spray »)

Study of Al-based powder characteristics tailored for 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
Date de validité

01/10/2018

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

Cold spray, poudre, choc laser, aluminium

Cold spray, powder, aluminum, laser shock

Résumé

La projection dynamique par gaz froid est l'un des procédés de projection thermique les plus innovants. Dans cette dernière décennie, elle s'est considérablement développée dans l'industrie. Des progrès considérables sont, cependant, encore à attendre d'une meilleure adéquation entre les caractéristiques des poudres utilisées et celles du procédé au travers des mécanismes dynamiques de dépôt et de densification qu'il impose. Jusqu'alors, le plus souvent, les poudres employées en cold spray sont choisies parmi celles commercialisées pour la projection thermique à chaud (plasma, flamme, etc.) dont les principes sont bien différents de celui du cold spray. La particule de poudre en cold spray reste, en particulier, à l'état solide, alors qu'elle passe à l'état fondu (au moins partiellement) et s'homogénéise en projection à chaud.
L'objectif scientifique de la thèse est de déterminer les caractéristiques des poudres (à base d'Al dans l'étude) sur lesquelles agir pour les rendre propres à favoriser les mécanismes d'adhésion entre particules et d'empilement de ces mêmes particules au cours d'un dépôt cold spray. Ces caractéristiques sont d'ordre : morphologique, métallurgique, physico-chimique, et mécanique.

Cold gas dynamic spray, namely cold spray, is one of the most innovative thermal spray processes. The number of industrial applications for cold spray has been growing dramatically over the past 10 years. However, relevant advances can (must) be still expected from the tailoring of spray powders to the process through the dynamic mechanisms which are involved for deposition and densification. Up to now, powders for cold spray are conventionally selected among commercial powders which were formerly designed for conventional thermal spray, e.g. plasma spray and HVOF. These powders should be improved due to the mere fact that in higher temperature processes such as plasma spray, the particles can homogenize due to (at least partial) melting. In contrast, in cold spray, the particles remain at the solid state, which results in other requirements/specifications for suitable deposition and densification processes.
The scientific objective of the thesis is to determine the main powder characteristics (primarily when applied to Al-based materials) to promote particle-to-particle and particle-substrate adhesion phenomena and to improve coating build-up mechanisms. These characteristics are morphological, metallurgical, mechanical and physicochemical.
The study will show the various following stages:
• Morphological analysis (for elementary particles and using statistics when applied to the powder batch) for one-material powder and for blends.
• In-flight particle velocity measurements
• Numerical simulation of particle impact and modeling of coating build-up
• Laser shock experimental simulation of cold spray
• Microstructural study of particles and testing for the assessment of related particle mechanical properties
• Adhesion studies at particle-particle and particle-substrate interfaces.

Contexte

Les principaux points abordés sont les suivants :
• Analyse morphologique (élémentaire et statistique) des particules de poudre simple et de mélanges
• Mesure de vitesses des particules projetées
• Simulation numérique de l'impact et de l'empilement des particules
• Analyse microstructurale des particules et détermination des propriétés mécaniques associées
• Etude d'adhérence entre particules et entre dépôt et substrat.

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, analyses granulométriques et analyse d'images
- Essai d'adhérence et d'envol de poudre par choc laser (LASAT et LASERFLEX)
- Essais mécaniques locaux appliqués aux particules.

Encadrement

Directeur de thèse Michel Jeandin
Co-encadrant Francesco Delloro
Partenaire industriel : TOYAL

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.
Pré-requis (compétences spécifiques pour cette thèse) :
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 d'éventuelles incursions de courte durée dans des laboratoires partenaires pour des analyses ou essais divers (élaboration, microtomographie, essais mécaniques,…)

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.

Applicants should supply the following :
a detailed resume
a covering letter explaining the applicantÂ's motivation for the position
detailed exam results
two references : the name and contact details of at least two people who could be contacted
to provide an appreciation of the candidate
Your notes of M1, M2
level of English equivalent TOEIC

to be sent to recrutement_these@mat.mines-paristech.fr

Références

/

Type financement

Contrat de recherche

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