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Vers une nouvelle génération de poudres pour la projection cold spray : enrobage de particules de polymères par des particules métalliques ou d'oxydes métalliques

Vers une nouvelle génération de poudres pour la projection cold spray : enrobage de particules de polymères par des particules métalliques ou d'oxydes métalliques

Towards a new generation of cold spray powders : coating of polymer particles with metal particles or metal oxides

Proposition de thèse

Spécialité

Sciences et génie des matériaux

Ecole doctorale

Ingénierie des Systèmes, Matériaux, Mécanique, Énergétique

Directeur de thèse

HOCHEPIED Jean-François

Unité de recherche

Centre des Matériaux

ContactJean-François HOCHEPIED
Date de validité

01/10/2020

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

Cold Spray, Particules métalliques, Particules de polymères

Cold Spray, Metal particles , Polymer particles

Résumé

Ce projet vise à élaborer des poudres hybrides permettant d'obtenir des revêtements composites après projection par cold spray. Cette approche vise à supplanter la méthode consistant à co-projeter un mélange de poudres de nature différentes, qui pose des problèmes en termes de procédé et a des limitations sur la qualité des revêtements qu'on peut espérer.

This project aims to develop hybrid powders for the production of composite coatings after cold spraying. This approach is intended to supplant the method of co-projecting a mixture of powders of different natures, which poses problems in terms of process and has limitations on the quality of the coatings that can be expected.

Contexte

Le cold spray est un procédé très versatile pour les matériaux projetables et les substrats. Il permet de projeter sur différents substrats des matériaux thermosensibles comme les polymères, ce qui a été montré au laboratoire par plusieurs études, notamment celles consacrées à la projection de PEEK. A l'heure actuelle, pour produire par cold spray des revêtements composites à matrice polymère, c'est la co-projection de poudres qui est utilisée. Cette solution se heurte à des difficultés pratiques importantes relatives au mélange homogène de poudres dont les particules sont de nature chimique (polymère d'un côté et métal ou oxyde métallique de l'autre), de densité, de granulométrie et de morphologies qui peuvent être très différentes. En outre, même si la poudre projetée est un mélange homogène au départ, contrôler l'homogénéité et la répartition de matière tout au long du processus de projection est la plupart du temps particulièrement compliqué en raison des comportements aérodynamiques et à la collision sur le substrat propres à chaque type de particules. Une thèse en cours au centre des Matériaux s'attaque actuellement à cette problématique.

Encadrement

Directeur de thèse : Jean-François Hochepied - Centre des Matériaux
Maître de thèse : Francesco Delloro - Centre des Matériaux

Profil candidat

Pour être admis en doctorat, le candidat doit être titulaire d'un diplôme national de master ou d'un autre diplôme conférant le grade de master (diplôme d'ingénieur, diplôme étranger équivalent…), à l'issue d'un parcours de formation établissant son aptitude à la recherche.
Les candidats seront sélectionnés après entretien devant un jury évaluant leur aptitude à la recherche et l'adéquation de leur formation et connaissances avec le sujet de thèse proposé. De solides connaissances scientifiques, une première expérience en recherche (stage 4 mois minimum), une forte motivation pour la recherche, un bon niveau en anglais seront exigés (minimum B2).
Le dossier de candidature doit comporter :
- une lettre de motivation comportant le projet professionnel du candidat
- un curriculum vitae détaillé mentionnant études, stages de recherche effectués, diplômes avec date d'obtention, expérience professionnelle, axes de recherche envisagés
- un relevé de notes du cursus antérieur (cycle ingénieur et/ou master)
- une ou plusieurs lettres de recommandation...
- une attestation du niveau d'anglais.
- pour un étudiant non francophone, un niveau A2/B1 en français (référentiel européen) est recommandé à son entrée en doctorat
- pour les étudiants non titulaires d'un diplôme national de master recherche, tous documents attestant les qualifications de l'étudiant en matière de formation par la recherche (attestations stages de recherche avec résumé du mémoire, recommandations, publications…)
- une copie de carte d'identité ou passeport

Les pièces au format pdf sont à envoyer avant le 8 juin 2020 à
recrutement_these@mat.mines-paristech.fr

SEULES LES CANDIDATURES ADRESSÉES PAR E-MAIL SERONT PRISES EN COMPTE

To be admitted to a doctorate, the candidate must hold a national master's degree or another diploma conferring the master's degree (engineering diploma, equivalent foreign diploma, etc.), following a course of training establishing his research aptitude.
Applicants will be selected after interview before a jury assessing their research aptitude and the adequacy of their training and knowledge with the proposed thesis subject. Strong scientific knowledge, a first research experience (internship 4 months minimum), a strong motivation for research, a good level in English will be required (minimum B2).
The application must include:
• a motivation letter including the candidate's professional project
• a detailed curriculum vitae mentioning studies, research internships carried out, diplomas with date obtained, professional experience, research axes envisaged
• a transcript of marks from the previous course (engineer and / or master cycle)
• one or more letters of recommendation ...
• a certificate of English level.
• for a non-French speaking student, an A2 / B1 level in French (European standard) is recommended when entering a doctorate
• for students who do not hold a national research masterÂ's diploma, all documents attesting to the studentÂ's qualifications in research training (research internship certificates with summary of the dissertation, recommendations, publications, etc.)
• a copy of identity card or passport

The documents in pdf format must be sent to recruitment_these@mat.mines-paristech.fr no later than June 8

ONLY THE APPLICATIONS ADDRESSED BY E-MAIL WILL BE TAKEN INTO ACCOUNT

Résultat attendu

Preuve de concept de l'intérêt d'enrober des particules commerciales pour produire des revêtements composites avec des phases métalliques ou oxydes présentant une dispersion, une connectivité et des tailles caractéristiques impossibles à obtenir par co-projection.
Cette thèse devrait permettre de renforcer les liens avec les partenaires industriels 'cold spray' du laboratoire qu'ils soient utilisateurs ou producteurs de poudres.

Objectif

Il y a pourtant un moyen de contourner cette difficulté. Il consiste à projeter des poudres dont chaque particule sera un hybride des deux (ou plus) matériaux. Plus particulièrement, nous nous proposons dans cette thèse d'enrober des particules de polymères par une coquille de particules (métalliques ou oxydes métalliques selon le type de composite visé). Cela peut se faire par un traitement chimique des poudres de polymère utilisées actuellement dans les études cold spray, en forçant la nucléation/croissance à leur surface par des méthodes de précipitation homogène ou sol-gel selon les cas. La quantité de matériau d'écorce est contrôlable par la connaissance de la surface géométrique des particules de polymères. En outre, la quantité du matériau d'écorce étant moindre que celle du polymère qui sert de matrice, les réacteurs et équipements déjà disponibles sont suffisants pour réaliser l'enrobage de quantités de poudres suffisantes pour des essais de projection permettant une preuve de concept. De plus, cette approche permettrait de faire varier la taille des phases dans un dépôt composite, ce qui n'est pas possible en général dans la projection de mélanges. En effet, en cold spray, seulement les particules de tailles supérieures à une taille critique qui dépend de la densité du matériau (située aux environs des 5 µm pour des métalliques) arriveront, pour leur inertie, à dépasser l'onde de choc en face du substrat et atteindre le substrat. Ce phénomène limite donc, dans une coprojection, la taille minimale des particules de l'additif. La solution proposée dans ce projet permettrait d'obtenir des dépôts composites innovants, caractérisés par la présence de particules submicroniques pour une des deux (ou plusieurs) phases présentes. Cela aurait un intérêt élevé pour des applications tribologiques par exemple.

Références

/

Type financement

Concours pour un contrat doctoral

Partenariat/contrat

À la rentrée 2020 le centre des Matériaux engagera 3 contrats doctoraux sur les sujets suivants :
Sujet 1 : Effet de la pré-déformation sur la précipitation dans des alliages à base d'aluminium : étude expérimentale et modélisation. Encadrement : Vladimir Esin, Charbel Moussa (CEMEF)
Sujets 2 et 3 : 2 sujets parmi les 5 sujets ci-dessous seront sélectionnés après concours sur audition des candidats :
- Analyse du couplage transformation de phase et endommagement en conditions anisothermes par la méthode des champs de phase: cas du cyclage thermique dans les revêtements de diffusion. Encadrement Kaïs Ammar, Vincent Maurel, Samuel Forest
- Effet du procédé sur la microstructure et les propriétés de l'acier inoxydable 316L élaboré par fabrication additive. Encadrement : Sylvain Dépinoy, Jérôme Crépin
- Vers une nouvelle génération de poudres pour la projection cold spray: enrobage de particules de polymères par des particules métalliques ou d'oxydes métalliques. Encadrement : Jean-François Hochepied, Francesco Delloro
- Effets polycristallins sur l'interaction entre déformation et endommagement : mesures 4D et calculs EF de micro/structures. Encadrement: Thilo Morgeneyer, Henry Proudhon
- Etude multi-échelles des mécanismes thermo-mécaniques du frottement. Encadrement : Vladislav Yastrebov, Cristian Ovalle

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