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Proposition de Thèse Cold Spray au CdM MINES ParisTech sujet: 'Etude des conditions d'impact et de consolidation de dépôts céramiques obtenus par cold spray'

Proposition de Thèse Cold Spray au CdM MINES ParisTech sujet: 'Etude des conditions d'impact et de consolidation de dépôts céramiques obtenus par cold spray'

Study of the impact and consolidation conditions of ceramic deposits obtained by cold spray'

Proposition de thèse

Spécialité

Sciences et génie des matériaux

Ecole doctorale

Ingénierie des Systèmes, Matériaux, Mécanique, Énergétique

Directeur de thèse

GUIPONT Vincent

Unité de recherche

Centre des Matériaux

ContactVincent GUIPONT
Date de validité

01/10/2019

Site Webhttp://www.mat.mines-paristech.fr/Formations/Etudes-doctorales/
Mots-clés

Revêtements, cold spray, céramique, adhérence, microstructure

coatings, cold spray, ceramic, adherence, microstruture

Résumé

SOUS RESERVE ACCORD ANR - DECISION JUILLET 2019


Le programme a pour objectif de développer des poudres agglomérées céramiques adaptées à la projection dynamique à froid « cold spray » pour préserver la nature et la composition des matériaux projetés. Le cold spray intervient dans la filière revêtement (fonctionnalisation de surface) et se développe de plus en plus en fabrication additive directe ou de préforme. Son application pour des dépôts céramiques denses à l'état solide nécessite une compréhension des mécanismes de déformation et d'adhérence lors de l'impact et de la construction des couches. Les développements escomptés sont fondés sur la maîtrise du « design » de poudres céramiques agglomérées à porosité contrôlée pour lesquelles le degré d'agglomération ainsi que la taille des grains et des cristallites puissent être variées et étudiées sur des céramiques de dureté et ténacité variées et représentatifs d'applications diverses.

SUBJECT TO ANR AGREEMENT - DECISION JULY 2019


The aim of the program is to develop ceramic agglomerated powders adapted to the cold gas dynamic spraying process 'cold spray' to preserve the nature and composition of the sprayed materials. The cold spray can be used in the coating and surface modification technologies but also is entering the additive manufacturing route. Its application to obtain dense for dense ceramic deposits in the sold-state requires an better understanding of deformation and adhesion mechanisms during impact and layer construction. The aimed developments are based on the 'design' of agglomerated ceramic powders with controlled porosity for which the degree of agglomeration as well as the size of grains and crystallites can be varied and studied on ceramics of varying hardness and toughness with potential use for various applications.

Contexte

Le procédé de revêtement cold spray, fondé sur la déformation plastique de poudres accélérées haute vitesse, se démarque nettement des autres procédés de projection par la possibilité de projeter de la poudre à l'état solide en conservant la nature chimique de la poudre qui n'est pas affectée par des effets thermiques. C'est cet avantage assez unique du procédé cold spray qui caractérise son caractère « froid » et que l'on souhaite valoriser dans le projet sur des céramiques de type oxyde dont les propriétés sont très sensibles aux effets thermiques (décomposition, changements de phases, écarts stœchiométriques). En pratique, le cas du cold spray de céramique dont on souhaite aborder ici la généralisation dans le cas de céramiques de type oxyde, repose sur des notions assez peu étudiées du comportement en déformation à l'impact d'un matériau pulvérulent fragile. Dans cette thèse on souhaite intervenir directement et à différentes échelles sur les architectures des poudres et, en parallèle, de faire varier drastiquement les conditions d'impact du point de vue de la particule ou de son environnement. En généralisant l'utilisation du cold spray aux matériaux fragiles, Il s'agit de l'ouverture d'une branche innovante du point de vue des matériaux et de cette famille de procédé pour la création de nouveaux revêtements.

Encadrement

Directeur de Thèse : GUIPONT Vincent - Centre des Matériaux
Co-Encadrant : MISSOUM-BENZIANE Djamel - Centre des Matériaux

Profil candidat

profil requis: Ingénieur et/ou Master recherche 'Matériaux'
- 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 :
- Expérimentateur ayant un goût pour le domaine des matériaux et des procédés
Formation ou spécialisation en Science des Matériaux, Physico-Chimie, dominante céramique
- Une première expérience sur des outils numériques (calculs mécaniques ou autres) serait appréciée.

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
- les noms et les coordonnées d'au moins deux personnes pouvant être contactées pour recommandation
- une attestation de niveau d'anglais

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.

Experimenter with a strong interest in the field of materials and processes
Training or specialization in Materials Science
A first experience on numerical modeling (mechanical calculations or others) would be appreciated.

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

Résultat attendu

D'un point de vue technologique, Il s'agit de se rapprocher des conditions utilisées pour le procédé Aerosol Deposition Method. Pour ce qui concerne l'adhérence (sur substrats rugueux), on propose d'appliquer la méthode LASAT afin d'étudier l'adhérence des couches. Cette méthode sans contact est applicable sur de simples plaques revêtues a été développée sur les dépôts céramiques par plasma ou EB-PVD et est particulièrement adaptée pour les couches fines inférieures à 100µm. Surtout, LASAT pourra être développé en parallèle des essais de projection pour accompagner le choix des paramètres et évaluer rapidement le comportement d'accrochage des poudres déposées.

Objectif

Pour chaque matériau, l'objectif est de relier la gamme de vitesse, la taille des particules aux modifications de la morphologie externe et de la porosité interne des particules impactées isolées.

Références

*[Akedo, 2008] J. Akedo, Room Temperature Impact Consolidation (RTIC) of Fine Ceramic Powder by Aerosol Deposition Method and Applications to Microdevices, J. Thermal Spray. Technol., 2008, 17(2), p 181–198.
*[Assadi, 2016] H. Assadi et al., Cold Spraying – A Materials Perspective, Acta Materialia, 2016, 116, p 382–407.
*[Cinca, 2016] N. Cinca et al., A New Alternative for Obtaining Nanocrystalline Bioactive Coatings: Study of Hydroxyapatite Deposition Mechanisms by Cold Gas Spraying, Journal of the American Ceramic Society, A. Bandyopadhyay, Ed., 2016, 99(4), p 1420–1428.
*[Exner, 2018] J. Exner et al, How to treat powders for the room temperature aerosol deposition method to avoid porous, low strength ceramic films, Journal of the European Ceramic Society. (2018).
*[Guipont, 2010] V. Guipont et al, Bond strength determination of hydroxyapatite coatings on Ti-6Al-4V substrates using the LAser Shock Adhesion Test (LASAT), J. Biomed. Mat. Res. A. 95A (2010) 1096–1104.
*[Moreau, 2017] D. Moreau et al, Cold Spray Coating of Submicronic Ceramic Particles on Poly(vinyl alcohol) in Dry and Hydrogel States, J. Thermal Spray Technol. 26 (2017) 958–969.
*[MacDonald, 2017] D. MacDonald et al., Cold Spraying of Armstrong Process Titanium Powder for Additive Manufacturing, J. Thermal Spray. Technol., 2017, 26(4), p 598–609.
*[Salim, 2011] N.T. Salim et al., The Synthesis of Titanium Dioxide (TiO 2 ) Powder for Cold Spray Process, IOP Conference Series: Mat Sci Eng, 2011, 18(3), p 032019.
*[Vilardell, 2019] A.M. Vilardell et al., Feasibility of Using Low Pressure Cold Gas Spray for the Spraying of Thick Ceramic Hydroxyapatite Coatings, International J App Ceram Technol, 2019, 16(1), p 221–229.
*[Wang, 2017] L.-S. Wang et al., Effect of the Powder Particle Structure and Substrate Hardness during Vacuum Cold Spraying of Al 2 O 3, Ceramics International, 2017, 43(5), p 4390–4398.

Type financement

Contrat de recherche

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