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Développement de nouveaux matériaux de protection pour outils de coupe lors d’usinage cryogénique d’alliages pour l’aéronautique

Authors
  • Zhang, Yutao
Publication Date
Jan 26, 2022
Source
HAL
Keywords
Language
French
License
Unknown
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Abstract

Des préoccupations environnementales et la réduction des coûts de liquides de lubrification utilisés en usinage ont conduit à l’accroissement de l’intérêt industriel dans le remplacement de ces liquides avec des liquides cryogéniques écologiques comme l'azote liquide (LN2). Cependant, la recherche en usinage dans des conditions cryogéniques (aussi appelé « usinage cryogénique ») a montré une grande dispersion d’usure et de vie des outils. Ceci s’expliquerait par la faible performance des outils utilisés actuellement à des températures cryogéniques.L’objectif de ce projet est d’améliorer la performance des outils de coupe lors du tournage d’alliage de Ti sous atmosphère cryogénique en améliorant leurs propriétés chimiques/mécaniques/physiques. Une solution est l’application de traitements de surface, comme les dépôts PVD. Beaucoup d'études ont été faites quant à l’application de dépôts sur des outils de coupe en usinage mais jusqu'ici l'objectif principal était d'obtenir des couches présentant une stabilité thermique à de hautes températures (plus de 1000°C). Ceci est typiquement le cas de TiAlN. Notre étude va donc consister à optimiser des dépôts stables thermiquement à de très basses températures (e.g. sous azote liquide à -196°C) tout en supportant des chocs thermiques. En effet, pendant l'usinage cryogénique, même sous une atmosphère à -196°C, la température locale au contact outil/copeau peut être extrêmement élevée.Cette étude peut être divisée selon les tâches suivantes :- Optimisation de monocouches telles que CrN et AlCrN, en faisant varier 2 paramètres : la température de dépôt et la tension de polarisation du substrat.- Développer des multicouches comme Cr / CrN / AlCrN, en faisant varier 2 paramètres : l'épaisseur de chaque monocouche et le nombre d'interfaces ou le nombre de chaque monocouche.- Caractériser ces différents revêtements (MEB + EDS, DRX, contraintes, dureté, adhérence, XPS, propriétés thermiques etc) pour déterminer les mono et multicouches optimales à appliquer sur les pions pour les tests de frottement.- Réaliser de essais tribologiques sur des pions en carbure de tungstène non revêtus et revêtus avec l’alliage de Titane Ti6Al4V, sous assistance cryogénique (LN2) et émulsion.- Les meilleurs revêtements seront ensuite appliqués sur des outils en carbure de tungstène pour réaliser des essais d’usure en tournage de l’alliage de Titane Ti6Al4V sous assistance cryogénique (LN2) et émulsion.L'effet de l'assistance cryogénique sera comparé à l'émulsion et la faisabilité des revêtements PVD développés pendant la thèse sera déterminée après tous ces essais.Mots-clefs : Revêtements PVD, Usinage cryogénique, Tribologie, Mécanismes d’usure, Modélisation et simulation, Alliages aéronautiques

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