Préparation de revêtements nickel-chrome-carbure de chrome par projection supersonique

La projection supersonique est une technologie de pointe de traitement de surface qui utilise des jets à haute température et à grande vitesse pour fondre ou partiellement fondre les matériaux de revêtement, puis les déposer à grande vitesse sur un substrat afin de former un revêtement haute performance. Parmi ceux-ci, les revêtements nickel-chrome/carbure de chrome préparés par projection de flamme supersonique sont particulièrement répandus dans les applications industrielles.

I. Principes techniques. La technologie de projection thermique supersonique utilise la combustion intense d'un combustible (tel que le kérosène, le propane ou l'hydrogène) avec de l'oxygène sous haute pression dans une chambre de combustion afin de générer un flux de gaz à haute température et haute pression. Ce flux de gaz est accéléré à des vitesses supersoniques lors de son passage à travers une buse Laval spécialement conçue, formant ainsi un jet stable à grande vitesse. La poudre composite d'alliage nickel-chrome et de carbure de chrome utilisée lors de la projection est injectée dans ce jet, rapidement chauffée à l'état fondu ou semi-fondu, puis projetée sur la surface du substrat prétraité (par exemple, sablé) à des vitesses extrêmement élevées (généralement supérieures à 600 m/s). Les particules fondues s'étalent sur le substrat, refroidissent rapidement, s'empilent et se solidifient, formant ainsi un revêtement cermet dense et fortement adhérent.

II. Caractéristiques du revêtement de base Le revêtement nickel-chrome/carbure de chrome préparé selon ce procédé possède les propriétés exceptionnelles suivantes :

Excellentes propriétés mécaniques : Le revêtement allie une dureté élevée à une bonne ténacité. Sa microdureté se situe généralement entre 760 et 995 HV. L’alliage nickel-chrome, servant de liant, confère une excellente ténacité et une forte adhérence, tandis que la phase dure de carbure de chrome dispersé assure la principale résistance à l’usure. La résistance moyenne de l’adhérence entre le revêtement et le substrat dépasse 60 MPa.

Microstructure dense : Grâce à la vitesse extrêmement élevée des particules pulvérisées, celles-ci se déforment complètement à l’impact, assurant une superposition optimale et permettant de contrôler la porosité du revêtement à un niveau extrêmement bas de 1 à 2 %. Cette faible porosité est essentielle à l’excellente résistance du revêtement à la corrosion et à l’oxydation.

Performances supérieures à haute température : ce revêtement conserve des performances stables sur une longue période dans une plage de températures de fonctionnement de 538 °C à 900 °C. Il présente une excellente rétention de dureté à haute température et une résistance remarquable à l’oxydation et à l’érosion gazeuse. Des études montrent qu’à une température de 620 °C, sa résistance à l’érosion par particules solides est plusieurs à dix fois supérieure à celle des substrats en acier réfractaire ordinaires.

Bonne résistance environnementale : La phase liante en alliage nickel-chrome présente une bonne résistance à l’oxydation et à la corrosion. Associée au carbure de chrome, elle confère au revêtement une résistance efficace à l’oxydation à haute température, à la corrosion par le soufre et à l’érosion due à divers brouillards salins et milieux chimiques.

III. Principaux domaines d'application

Aérospatiale : Utilisé pour les joints résistants à l'usure et à l'abrasion sur les composants de la partie chaude tels que les aubes de compresseur de moteur et les carters de turbine.

Énergie et puissance : Largement utilisé pour la protection à haute température et l'allongement de la durée de vie des tuyaux de chaudières dans les centrales électriques au charbon et au gaz, des aubes de turbines à vapeur et des sections de transition des turbines à gaz.

Fabrication industrielle : s’applique à des composants clés tels que les rouleaux métallurgiques, les vannes haute température, les guides de fours de frittage, les arbres de pompes pétrochimiques et les bagues d’étanchéité mécaniques.

IV. Matériaux en carbure de nickel-chrome-chrome adaptés à la projection supersonique.