TRAVAIL PLUS EFFICACE ET PLUS VERT
AVEC UNE LAQUE POUDREUSE ATMOSPHÉRIQUE

Une nouvelle forme de pulvérisation plasma procure de beaux résultats

La pulvérisation thermique, aussi connue comme pulvérisation à la flamme, la pulvérisation de métal, la métallisation et le procédé de métallisation Schoop, est un processus connu depuis tout un temps et souvent appliqué. Dans cet article, nous approfondissons l’une des applications de la pulvérisation thermique, à savoir le recouvrement d’alésages de cylindre avec une laque poudreuse atmosphérique ou spray de poudre. Cette exécution offre de nombreux avantages, comme la dimi­nution de l’émission de CO2, et ce revêtement spécifique est aussi moins cher que les autres processus de pulvérisation.

Laurens Penninck - 10 octobre 2018

PULVÉRISATION THERMIQUE

Mais nous commençons d’abord par une brève explication de ce qu’est la pulvérisation thermique à la flamme. La pulvérisation thermique est une technique par laquelle un métal est fondu et pulvérisé au moyen d’un pistolet de pulvérisation thermique sur une surface pour obtenir une couche de couverture. Cette couche de couverture procure des propriétés améliorées pour la fonction de l’élément. La pulvérisation thermique est un processus rela­tivement froid. Cela veut dire que la pièce reçoit seulement une hausse de température minime par le transfert de chaleur des gouttes fondues lors de la précipitation, ceci quelle que soit la source de chaleur du pistolet dans lequel le métal est fondu et pulvérisé. A la température de pulvérisation usuelle de 50 à 200 °C, une déformation, un changement structurel ou un mélange ne peut pas se produire. Dans la pulvérisation thermique, la pièce pulvérisée résiste notamment mieux aux températures plus élevées et l’usure est nettement moindre. Une nouvelle application de la pulvérisation thermique qui semble très avantageuse pour l’alésage de cylindre, est le recouvrement avec la pulvérisation plasma atmos­phérique (APS). Ceci est possible avec aussi bien la poudre que le fil comme matière première.

PULVÉRISATION PLASMA ATMOSPHÉRIQUE

Avantages

Le processus de pulvérisation de poudre at­mosphérique (APS) se déroule dans l’air ambiant et sous pression, sans nécessiter une chambre de processus (p.ex. vide).

Le principal avantage par rapport aux autres techniques de recouvrement est l’utilisation d’une poudre comme matière première pour le revêtement. Ceci signifie que les revêtements peuvent être fabriqués à partir de presque chaque matériau pouvant être livré en poudre et ayant un intervalle de fusion ou un point de fusion déterminé. Il peut s’agir de métaux purs, de céramique pure, d’alliages ou de composites de matrice métallique (MMC). Ce dernier est un mélange de métal et de céramique. Ceci permet d’adapter les revêtements aux applications spécifiques. Les processus chimiques (par exemple, électrolytiques) ou basés sur un fil (la matière première est un fil) sont très limités dans leur composition et n’offrent pas une grande diversité comme les processus à base de poudre. Un autre avantage est que les compositions des revêtements plasma à base de poudres de revêtement plasma peuvent donner des surfaces ayant une grande résistance à la corrosion. Dans les autres technologies (de pulvérisation), cela ne peut souvent pas être combiné. Pour terminer, la dimension de l’alésage pouvant être recouverte avec l’APS est considérablement plus petite que les revêtements à base de fil. Les revêtements APS ont un diamètre allant jusqu’à 50 millimètres, tandis que les revêtements de diamètre intérieur à base de fil ont un diamètre allant jusqu’à 65 millimètres. Cela peut offrir des possibilités sur le marché, car des produits plus petits, comme de petites motos, peuvent être recouverts.

Difficultés

Le revêtement APS avec un pulvérisateur at­mosphérique à base de poudre pose aussi quelques difficultés. Les poudres sont généralement un peu plus chères que les fils ou les matières premières chimiques, mais grâce aux meilleures propriétés des revêtements APS, le coût supérieur est souvent accepté et récupéré par les propriétés des revêtements et les prestations des éléments recouverts. Le traitement des poudres peut aussi être plus difficile quand on projette avec des fils.

Quand utiliser?

Les revêtements réalisés par APS peuvent être appliqués sur quasi toute surface droite interne en aluminium, magnésium, fonte, acier ou autres (p.ex. plastique) matériaux contenant du métal. D’autres applications sont le recouvrement d’alésages céramiques. La principale application de cette technologie se situe dans les alésages de cylindre dans les moteurs à combustion, qui sont utilisés dans les voitures particulières, les petits avions, les motos et autres véhicules récréatifs, les camions, la marine, la production d’énergie, etc.

Quand ne pas utiliser?

Il existe aussi quelques situations dans lesquelles la pulvérisation thermique avec APS n’est pas applicable. Ainsi, le revêtement n’agit pas avec un diamètre d’alésage inférieur à 50 millimètres. Si les alésages présentent des inter­ruptions visibles, le revêtement ne peut pas non plus être appliqué à ces endroits. Car on ne peut pas travailler ‘dans le coin’. La pulvérisation plasma atmosphérique a aussi une limite en longueur. Si la longueur du foret excède 1,5 mètre, le diamètre intérieur ne peut pas être recouvert, à moins de pouvoir retourner la pièce.

Diminuer l‘émission

La pulvérisation plasma atmosphérique peut aussi diminuer l’émission de CO2. Quelques explications le démontrent. Environ 25% de l’énergie de combustible sur les alésages de cylindre est utilisée pour surmonter la friction dans le moteur et 50% de cette friction se situe dans le groupe de pistons, essentiellement dans le contact entre les ressorts de piston et la paroi du cylindre. Les revêtements APS peuvent être fraisés en un surface très lisse. Plus la surface du cylindre est lisse, plus la friction est faible. Cela se traduit par une consommation d’énergie plus basse et abaisse donc le niveau d’émission. Les revêtements à projeter APS sont poreux, ce qui procure une finition de surface lisse sans le risque que toute l’huile de la surface soit raclée par les ressorts de piston. L’huile peut encore se trouver dans les pores ouverts à la surface et ne peut pas être raclée. Sur une surface non poreuse, comme l’aluminium ou la fonte, l’huile serait bel et bien raclée. Ce manque d’huile peut entraîner des déchirures dans le cylindre. Une surface de cylindre revêtue par la pulvérisation plasma atmosphérique a généralement aussi moins d’huile sur la surface, par rapport à une surface non revêtue, meulée, conventionnelle. Le moteur consomme moins d’huile, ce qui abaisse aussi le niveau d’émission. Une dernière raison pour la diminution de l’émission de CO2 est la grande résistance à l’usure de certains revêtements avec APS. Cela signifie que les prestations se détérioreront moins pendant la durée de vie du moteur. Les émissions au niveau du nouveau moteur se détérioreront moins. Les émissions au niveau du nouveau moteur resteront assez stables.

Puissance maximale du moteur

La friction plus faible peut être utilisée pour augmenter la puissance pour une certaine entrée de carburant (étant donné la plus grande disponibilité d’énergie de carburant pour déplacer effectivement la voiture (dans un moteur à combustion typique, environ 22% de l‘énergie de carburant atteint les roues). En guise d’alternative les pertes de friction plus faibles peuvent être utilisées pour diminuer la consommation de carburant pour une puissance de sortie spécifique. Les moteurs de course utilisent la friction réduite pour augmenter la puissance du moteur.

Matériaux

Le matériau le plus utilisé pour l’PPS à base de poudre est XPT512, un acier carbone faiblement allié utilisé dans les voitures particulières, les bateaux, les avions et les applications de course. Les poudres MMC sont d’autres matériaux utilisés dans les applications de moteur. F2071, par exemple, est un matériau qui résiste à la corrosion, à l’usure, et est essen­tiellement utilisé dans les camions lourds. Les revêtements ont aussi un avenir: la prochaine génération de revêtements pourrait être constituée de pure céramique (comme TiO2), dont certains sont déjà qualifiés par un certain nombre de fabricants, qui appliquent eux-mêmes des revêtements.

Coûts

Bien que les coûts pour les poudres soient un peu plus chers que les fils ou les substances chimiques, comme relevé, les coûts de l’application du revêtement avec APS à base de poudre peuvent être faibles en comparaison. Pour une voiture particulière lambda, les coûts peuvent s’élever à trois euros par alésage. L’amortissement des appareils, des gaz, de la poudre, de l’électricité et du personnel est pris en compte, mais pas les coûts fixes. Ces faibles coûts peuvent concurrencer les manches en fonte qui sont coulées dans des blocs d’aluminium. Aujourd’hui, ceci est la technologie la plus utilisée sur les moteurs en aluminium. Ces coûts concernent une production avec un grand volume et peuvent donc encore varier. Mais en général, les coûts sont relativement bas.

CONCLUSION

Revêtir des alésages de cylindre par aérosols plasma à l’aide d’un revêtement pour pulvérisation plasma atmosphérique à base de poudre semble être la méthode de travail la plus efficace et la plus écologique pour l’avenir. Les coûts de la poudre sont un peu plus élevés, mais ceci est compensé par les nombreux avantages, comme une émission de CO2 réduite et une puissance des moteurs.