Optimisation de la distance de tir en projection cold spray

Optimisation of the standoff distance in the cold spray process

¹ CM2T Ingénierie-LORIUS, ZAC du Petit Breuil, PIA des 3 frontières, 54400 Longwy, France
² SPCTS-Université de Limoges, Centre Européen de la Céramique, 12 rue Atlantis, 87068 Limoges Cedex, France

^a Auteur pour correspondance : francois.raletz@cm2t.com

Reçu : 14 Juin 2011
Accepté : 21 Septembre 2011

Résumé

La projection cold spray utilise principalement l’énergie d’impact des particules pour former des revêtements denses. L’étalement et l’adhésion des particules étant liés à l’énergie cinétique et donc à la vitesse des particules, il est primordial de maximiser leur accélération pour obtenir un rendement de dépôt élevé. Ce transfert de quantité de mouvement peut être optimisé en modifiant les paramètres de fonctionnement du système de projection mais également en choisissant une distance tuyère-substrat adéquate. Cet article décrit un modèle 2D mis en œuvre avec le logiciel de CFD Fluent pour simuler le comportement d’un flux de particules de titane dans un écoulement supersonique. Ses résultats montrent que les particules n’atteignent pas leur vitesse maximale en sortie de tuyère mais environ 90 mm en aval de celle-ci. C’est donc à cette distance que le substrat doit être placé pour optimiser la projection. La précision de ces calculs est confirmée expérimentalement et les variations significatives d’épaisseurs des dépôts montrent l’influence drastique de la distance de tir sur le rendement de dépôt.

Abstract

The cold spray process uses mainly the impact energy of the particles to achieve dense coatings. As the kinetic energy is directly linked to the particles velocity, it is crucial to maximize their acceleration to obtain a high deposition efficiency. The momentum transfert can be optimized by modifying the set of parameters of the spraying system and also by using a correct standoff distance. This paper describes a 2D numerical model used with Fluent software that permits to compute the behavior of a jet of titanium particles inside a supersonic flow. The results show that the maximum velocity is not obtained at the exit of the nozzle but 90 mm downstream. This is the standoff distance that must be used to optimize the spraying process. The accuracy of the numerical computations is checked by an experimental procedure and the variations of the coating thickness clearly show the drastic influence of the standoff distance on the deposition efficiency.