Minimisation de la fusion du substrat

Comme on l’a présenté, les campagnes d’expérimentations successives jusqu’à la quatrième campagne ont permis d’obtenir des échantillons sans fissures et un minimum de porosités. L’étape suivante a été de limiter autant que possible la dilution du substrat dans le dépôt. En effet, une fusion trop importante du substrat lors du dépôt de la première couche entraine un apport de fer important dans le matériau déposé, ce qui change la composition globale du revêtement.

Pour ce qui concerne les échantillons de la quatrième campagne, qui correspondent bien à l’obtention de dépôts sains, nous avons vérifié la composition du fer dans le dépôt. Pour le Colmonoy-52, le taux de fer est faible et son augmentation traduit bien une dilution du fer dans le dépôt. Une autre mesure peut être la profondeur de pénétration du dépôt dans le matériau. La Figure II-34 présente une analyse par EDS du taux relatif de Fe, Ni, Si et Cr dans l’épaisseur du dépôt de l’échantillon COL_C4_D2 (voir les paramètres associés plus bas). Comme on peut le constater, si le taux de fer chute (et, par opposition, le taux de nickel augmente) sur environ 1250µm au-dessus de l’interface et se stabilise à environ 8 à 10%, ce qui est bien supérieur au taux de fer nominal dans le Colmonoy-52.

Figure II-34 : Profil des éléments dans le dépôt COL_C4_D2 de quatrième campagne.

On peut également comparer l’effet de la variation des paramètres sur le taux de dilution. La Figure II-39 présente les courbes de la diffusion du fer dans deux échantillons D2 et D3. Ces derniers ont été produits pour une même puissance et une même vitesse mais avec un débit de poudre de D3 deux fois plus élevé que celui de D2. Dans ce cas, la puissance linéique est constante, mais le débit linéique de D3 est deux fois plus élevé que celui de D2. L’énergie est globalement utilisée pour fondre la poudre ajoutée et une partie du substrat, du moins pour la première couche. Ainsi, une augmentation du débit de poudre (cas D3) conduit à une limitation de la fusion du substrat et le taux de fer dans le dépôt est alors plus faible. A noter que la transition entre deux couches reste assez visible (surtout sur D3).

COL_C4_D2 3000 0,1 6 1,8.106 60

COL_C4_D3 3000 0,1 12 1,8.106 120

Figure II-35 : Influence du débit de poudre sur la dilution du dépôt

La Figure II-40 présente une comparaison du taux de fer dans des échantillons pour lesquels on a fait varier la puissance. Dans de cas l’énergie linéique de D3 est plus élevée que celle de D5. Mais, le débit linéique est constant. En conséquent, la pénétration du laser dans le substrat dans le cas D3 plus importante que dans le cas D5.

Figure II-36 : Influence de la puissance sur la dilution du dépôt dans le procédé rechargement laser

Enfin, la Figure II-37 présente l’effet de la variation de vitesse pour deux échantillons D3 et D6. Dans ce cas on peut constater que l’énergie utilisée par unité de matière est constante, fusion du substrat dans le cas D6 sera moins importante que dans le cas D3.

Dépôt P(W) V (m/min) Dp (g/min) P/V (J/m) Dp/V (g/m) P/Dp (J/g) COL_C4_D3 3000 0,1 12 1,8.106 120 250 COL_C4_D6 3000 0,15 12 1,2.106 80 250 Dépôt P(W) V (m/min) Dp (g/min) P/V (J/m) Dp/V (g/m) COL_C4_D3 3000 0,1 12 1,8.106 120 COL_C4_D5 2500 0,1 12 1,5.106 120

Figure II-37 : Influence de la vitesse sur la dilution du dépôt dans le procédé rechargement

Comme on peut le constater, la recherche paramétrique de la quatrième campagne nous a permis d’obtenir des teneurs en fer acceptables dans le dépôt. Cependant, les paramètres retenus dans pour ces conditions présentent un rapport d’aspect Hauteur/Largeur du cordon un peu élevé (voir les cordons présentés dans le Tableau II-15), ce qui peut nuire à la qualité et la stabilité de la fusion de l’alliage lors du recouvrement entre cordons.

Ceci nous a conduit à changer la stratégie de balayage tout en cherche à augmenter le taux de dépôt. Deux campagnes d’essais (campagnes cinq et six) ont été nécessaires afin d’obtenir à la fois une augmentation du taux de dépôt, des cordons dont le rapport d’aspect est tout à fait acceptable. Il reste alors à analyser globalement les échantillons finaux qui seront utilisés pour l’étude tribologique.

Le Figure II-16 présente les paramètres des échantillons retenus parmi l’ensemble de ceux produits dans la 6ème campagne (dernière campagne) sur le Colmonoy-52.

Dépôt P(W) ^V (m/min) ^{Dp (g/min)} Nombre de couche Hauteur (mm) ^{P/V (J/m)} Dp/V (g/m) COL_C6_D16 2000 1 14 3 3,2 2000 14 COL_C6_D30 2000 1 20 4 4,2 2000 20

Tableau II-16 : Donnée paramétrique de 6ème campagne de Colmonoy-52

En comparaison avec les 4ème et 5ème campagnes (citée en annexe), l’énergie linéique a été diminuée entre 10 et 15 fois, le débit linéique a été également diminué entre 4 et 9 fois. La diminution de l’énergie linéique a pour but de limiter la pénétration du laser dans le dépôt, et la diminution du débit linéique va quant à elle assurer une bonne adhésion du dépôt et une fusion totale des poudres ajoutées. Elle va en outre permettre de diminuer la hauteur du cordon facilitant ainsi le rechargement.

Les échantillons réalisés suivant les paramètres opératoires optimisés sont présentés à la Figure II-38 ci-dessous.

COL_C6_D16 COL_C6_D30 10 mm 316 L 10 mm Dépôt : 40 mm x 40 mm 316 L COL. Dépôt : 40 mm x 40 mm COL.

Figure II-38 : Echantillons de 6ème campagne de Colmonoy-52.

A l’analyse macrographique, on remarque que le dépôt présente une surface plate et assez lisse et, qu’en outre, il semble qu’ils aient une bonne adhésion du dépôt avec le substrat et une dilution faible. Il est maintenant important de faire une analyse plus complète de ces échantillons.

II.4.2.4. Analyse des échantillons de Colmonoy-52 obtenus après optimisation