Dr. Prepper — Édition 11
LE BRISTLE BLASTING EN PROJECTION THERMIQUE : AMÉLIORER L’ADHÉRENCE DES REVÊTEMENTS
Dans cette 11e édition de Dr. Prepper, nous nous penchons sur une étude de cas menée par l’Université de technologie de Pékin et le Collège des sciences et de l’ingénierie des matériaux de Pékin, sous la direction de Yingying Ding, Hui Li et Yingliang Tian. L’étude porte sur la force d’adhérence des revêtements obtenus par projection thermique, un facteur déterminant pour leurs performances. Elle présente le Bristle Blasting comme un prétraitement de surface innovant et compare son efficacité à celle du sablage abrasif sur l’acier doux et les alliages d’aluminium.
Le Bristle Blasting s’avère être une solution pratique, en particulier dans les situations où le sablage abrasif sur site est difficile. En outre, l’étude souligne l’importance de tenir compte du matériau du substrat, un point crucial pour optimiser l’adhérence du revêtement avec le Bristle Blasting comme méthode de préparation de surface.
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Les revêtements obtenus par projection thermique sont largement utilisés dans de nombreux secteurs industriels pour des solutions d’ingénierie des surfaces. Garantir une force d’adhérence suffisante entre le revêtement et le substrat est impératif et constitue une exigence de service fondamentale. En général, la surface du substrat fait l’objet d’une préparation minutieuse avant la projection afin d’obtenir une surface propre et rugueuse, favorisant une liaison adéquate du revêtement déposé. Cette étape est essentielle et influe de manière significative sur les performances globales du revêtement.
Les matériaux de substrat tendres comme les alliages d’aluminium, le cuivre, etc., se heurtent à des difficultés importantes en raison de la présence de particules d’abrasif incrustées à l’interface substrat/revêtement. De plus, lors de certaines interventions sur site, l’emploi de machines de sablage traditionnelles s’avère difficile, compte tenu de leur dépendance aux compresseurs d’air et de leur forte consommation d’abrasif. Par ailleurs, le bruit et les poussières dangereuses générés par ces machines soulèvent des préoccupations environnementales. Un prétraitement de surface faisant appel à des équipements mobiles simples à utiliser s’avère plus avantageux pour ces applications industrielles.
Cette étude vise à évaluer la faisabilité de l’utilisation du Bristle Blasting en projection thermique, en se concentrant sur des revêtements métalliques (Ni5Al) et céramiques (Al2O3) sur des substrats tels que l’acier doux (A283) et l’alliage d’aluminium (7075). Les revêtements seront appliqués sur des surfaces préparées selon trois méthodes : Bristle Blasting, sablage abrasif et meulage mécanique.
L’objectif principal était de comparer le sablage abrasif et le Bristle Blasting en tant que prétraitements de surface, le meulage mécanique servant de groupe témoin pour évaluer l’influence de la rugosité de surface. Pour le sablage abrasif, des particules de corindon de 20 mesh (Pigeon Group) ont été employées avec une pression d’air de sablage de 0,6 MPa et une distance de sablage de 60 mm. Le meulage mécanique a consisté à utiliser manuellement du papier abrasif SiC 800# sur une machine de meulage automatique. Le Bristle Blasting a été réalisé avec un appareil du commerce (Monti SE-677-BMC) à une vitesse de rotation de roue fixe de 2150 rpm, la profondeur de pénétration étant considérée comme un paramètre clé.
Pendant le fonctionnement, les pointes des fils en rotation frappent la surface cible avec une énergie cinétique similaire à celle de l’impact de l’abrasif de sablage. Ce processus, répété en continu, se traduit par des milliers d’impacts localisés, de rebonds et la formation de cratères, laissant ainsi une surface propre et rugueuse. Le principal avantage de cette technologie est sa simplicité et sa facilité d’utilisation. Le Bristle Blaster® mesure un demi-mètre de long et plusieurs dizaines de centimètres de haut ; il peut facilement être entraîné par un moteur sur batterie, électrique ou pneumatique. Il peut être monté sur un positionneur automatisé ou manipulé à la main, de sorte que l’opération ne nécessite qu’un très petit espace, contrairement au sablage abrasif, qui requiert généralement une grande cabine insonorisée ou une protection.
ESSAI : Certains chercheurs ont tenté d’utiliser le Bristle Blasting comme prétraitement de surface avant peinture et ont montré qu’il était possible de générer une surface rugueuse, dont la rugosité moyenne (Ra) était d’environ 3,35µ.
Le principal avantage de cette technologie est sa simplicité et sa facilité d’utilisation.
Ces dernières années, le Bristle Blasting s’est imposé comme une nouvelle approche de la préparation de surface qui a suscité l’intérêt de l’industrie. Ce procédé est fondamentalement un procédé d’abrasion mécanique utilisant une roue rotative semblable à une brosse. La roue est constituée de nombreux fils d’acier haute résistance aiguisés, dont les pointes sont spécialement conçues avec une courbure vers l’avant, c’est-à-dire que la tige du fil est courbée dans le sens de rotation (fig. 1). Pendant le fonctionnement, les pointes des fils en rotation frappent la surface cible avec une énergie cinétique similaire à celle de l’impact de l’abrasif de sablage. Ce processus, répété en continu, se traduit par des milliers d’impacts localisés, de rebonds et la formation de cratères, laissant ainsi une surface propre et rugueuse.
Le microscope confocal à balayage laser LEXT OLS4100 a été utilisé pour caractériser la topographie de surface avec une résolution optique accrue. Cette méthode offre une combinaison équilibrée de haute précision de mesure et de rapidité, en évaluant la morphologie de surface en 3D comme en 2D.
La morphologie de surface du substrat
en acier traité selon différentes méthodes :
(a) Meulage
(b) Sablage abrasif
(c) Bristle Blasting (3 mm)La morphologie de surface du substrat
en acier traité selon différentes méthodes :
(a) Meulage
(b) Sablage abrasif
(c) Bristle Blasting (2 mm)
Dans le cas du 7075, la rugosité moyenne de surface Ra a augmenté brusquement de 0.834 ± 0.185 à 2.450 ± 0.606 μ lorsque la profondeur de pénétration est passée de 1 à 2 mm, ce qui implique qu’une plus grande quantité de matériau du substrat a été arrachée. Cependant, il n’y avait pas de différence nette entre les échantillons traités avec une profondeur de pénétration de 2 et de 3 mm en termes de rugosité moyenne (Ra) et de pente du profil (Rdq). Cela est probablement dû à la déformation plastique du substrat 7075 sous l’impact continu des fils, comme on l’observe sur la fig. 2. À mesure que la profondeur de pénétration augmentait, on observait une tendance à une diminution progressive de l’asymétrie de surface (Rsk), indiquant que les aspérités du profil étaient peu profondes et aplaties. Pour l’A283, lorsque la profondeur de pénétration augmentait, la rugosité augmentait de façon linéaire, comme le montre la fig. 2.
fig. 2
Rugosité de surface du substrat selon les différents traitements. (a) Ra, (b) Rdq, (c) Rsk ; G meulage, GB sablage abrasif, BB Bristle Blasting.
L’étude a comparé des surfaces traitées par Bristle Blasting et par sablage abrasif. Bien que les surfaces traitées par Bristle Blasting paraissent visuellement plus brillantes, elles étaient moins rugueuses que celles traitées par sablage abrasif. Pour le 7075, une augmentation de la profondeur de pénétration de 1 à 2 mm a entraîné une hausse significative de la rugosité moyenne (Ra), signe d’un arrachement plus important de matériau du substrat. Une déformation plastique s’est produite aux profondeurs plus importantes. Pour l’A283, l’augmentation de la pénétration a accru la rugosité de façon linéaire. L’A283 a atteint la rugosité obtenue par sablage abrasif à 3 mm, limité par une énergie cinétique insuffisante. Malgré des valeurs de Ra similaires, les surfaces traitées par Bristle Blasting étaient moins uniformes en raison de l’espacement des fils, ce qui se traduit par des pics et des creux plus marqués que sur les surfaces traitées par sablage abrasif fig. 3.
fig. 3
Profil 2D de la surface du substrat en acier (A283) selon différents traitements : (a) après meulage, (b) après sablage abrasif, (c) après Bristle Blasting avec une pénétration de 3 mm.
Le principal inconvénient du sablage abrasif pour la préparation de surface est la présence de résidus d’abrasif à l’interface, particulièrement problématique pour les matériaux tendres. Si un nettoyage ultérieur par ultrasons peut éliminer ces résidus, son application sur site est difficile. Ce problème est entièrement évité lorsque l’on utilise le Bristle Blasting pour la préparation de surface. L’aspect le plus intéressant du Bristle Blasting réside dans sa simplicité et sa rentabilité, en particulier pour les interventions sur site.
Contrairement au sablage abrasif, pour lequel il est difficile de collecter et de recycler en espace ouvert les grandes quantités de particules d’abrasif qui rebondissent, le Bristle Blasting offre une flexibilité et une efficacité de traitement comparables à celles du sablage abrasif standard et de la rugosification mécanique. D’après l’expérience en laboratoire, la vitesse de traitement par Bristle Blasting peut atteindre environ 1 mètre carré de surface en 1 heure, ce qui est nettement plus rapide que la texturation laser.
Dans le Bristle Blasting, l’abrasion de surface résulte de l’excavation intensive de la surface métallique par les pointes des fils, produisant de nombreux cratères localisés creusés comme à la pelle..
fig. 4
Dépendance de l’adhérence du revêtement Ni5Al vis-à-vis de différents paramètres de rugosité de surface : (A) Ra, (b) Rdq, (c) Rsk
Cette étude a examiné la faisabilité de l’application du Bristle Blasting aux revêtements obtenus par projection thermique. Les principaux résultats préliminaires sont les suivants :
La force d’adhérence des revêtements obtenus par projection thermique sur des substrats soumis à différentes méthodes de prétraitement a montré une augmentation progressive du meulage au Bristle Blasting, puis au sablage abrasif. Dans le cas du revêtement Ni5Al, la préparation de surface par Bristle Blasting a permis d’obtenir environ 60% de la force d’adhérence obtenue avec la méthode de sablage abrasif.
Le Bristle Blasting semble être une solution prometteuse pour les substrats en acier et en alliage d’aluminium lorsque le sablage abrasif n’est pas applicable. Il est toutefois essentiel de tenir compte du matériau du substrat dans le choix des paramètres de sablage.
NOUS CROYONS AU POUVOIR DE L’INNOVATION
En préparant des surfaces optimales, nous rendons les revêtements plus performants. Montipower® innove depuis 1987 en concevant des machines originales de préparation de surface, d’une qualité fabriquée en Allemagne.
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