1. Introduction à la technologie de rechargement par laser

La technologie du rechargement par laser offre des avantages significatifs par rapport à d'autres techniques d'ingénierie de surface, notamment son large éventail d'applications, sa forte adaptabilité et sa grande souplesse de traitement. Le rechargement par laser peut être utilisé pour créer des revêtements d'alliage ayant des fonctions spécifiques telles que la résistance à l'usure, la résistance à la corrosion et la résistance à l'oxydation sur la surface des composants. Ces revêtements forment des liaisons métallurgiques avec le substrat, créant des couches renforcées denses et performantes qui augmentent considérablement la durée de vie des pièces. En outre, l'épaisseur des couches de revêtement laser peut atteindre 10 mm (comparable au soudage PTA, mais avec une force d'adhérence beaucoup plus élevée). Contrairement à la pulvérisation de plasma et à d'autres procédés, le rechargement par laser permet un contrôle plus précis de l'apport thermique, ce qui se traduit par une déformation minimale de la pièce.

Cependant, le rechargement par laser est un processus de fusion et de solidification rapide, au cours duquel le bain de fusion subit des fluctuations de température rapides en très peu de temps. Il en résulte une concentration de contraintes thermiques qui peut facilement provoquer des fissures dans le revêtement. Les types et les causes de fissuration sont les suivants :

2. Types de fissures et leurs causes

1. Fissuration à froid (formée pendant le refroidissement)

La fissuration à froid se produit principalement pendant la phase de refroidissement du processus de revêtement. Elle est causée par des contraintes thermiques qui dépassent la résistance à la traction du matériau en raison du gradient de température entre le bain de fusion et le substrat. Pour résoudre ce problème, les mesures suivantes sont couramment adoptées :

• Traitement de préchauffage: Le préchauffage du substrat avant le revêtement laser peut réduire efficacement le gradient de température et ralentir le taux de refroidissement, réduisant ainsi les contraintes thermiques et évitant les fissures. Toutefois, la température de préchauffage doit être contrôlée avec précision. Si la température est trop élevée, elle peut entraîner une surchauffe du substrat, un grossissement du grain, voire une déformation de la pièce, ce qui affecte la précision dimensionnelle.
• Conception de la couche de transition: L'ajout d'une couche de transition intermédiaire compatible avec le substrat et la couche de revêtement permet d'atténuer les tensions causées par des coefficients de dilatation thermique inadaptés et de réduire la tendance à la fissuration. Bien que cette méthode soit efficace, elle augmente la complexité du processus et les coûts de fabrication.

2. Fissuration à chaud (formée pendant la solidification)

La fissuration à chaud se produit généralement vers la fin de la phase de solidification du bain de fusion. Les principales causes sont les suivantes :

• Scories et inclusions non métalliques: Si la poudre d'alliage contient une quantité importante de composants non métalliques (tels que le soufre, le phosphore ou des impuretés à bas point de fusion), ceux-ci peuvent ne pas fondre complètement ou flotter hors du bain de fusion. Ils peuvent être piégés dans la structure solidifiée, agissant comme une source de fissuration sous contrainte.
• Inadéquation des paramètres du processus: Si des paramètres tels que la puissance du laser, la vitesse de balayage et le taux d'alimentation en poudre sont mal réglés, le bain de fusion peut ne pas avoir suffisamment de temps pour réagir ou permettre aux composants non métalliques de flotter. Dans ce cas, il convient d'augmenter la puissance du laser ou de réduire la vitesse de balayage afin d'allonger la durée de la phase liquide du bain de fusion. Cela facilitera la remontée des impuretés et l'évacuation des gaz, réduisant ainsi le risque de fissuration à chaud.

3. Fissures d'usinage (formées lors du post-traitement)

Les couches de revêtement laser peuvent également développer des fissures mécaniques lors d'opérations de post-traitement telles que le tournage ou le fraisage. La couche de revêtement contient souvent des phases dures et fragiles (telles que des carbures et des borures) qui, si elles sont soumises à des forces de coupe excessives ou à un outillage inadéquat, peuvent entraîner une concentration de contraintes localisées, ce qui se traduit par des microfissures, voire un écaillage à grande échelle. Pour éviter ce problème, il convient d'optimiser les pratiques d'usinage suivantes :

• Sélectionner les matériaux et les angles géométriques appropriés pour les outils de coupe.
• Contrôle de la profondeur de coupe et des vitesses d'avance.
• Utiliser une lubrification minimale ou des méthodes de refroidissement à basse température pour réduire les températures et les forces de coupe.

3. Résumé et solutions

La fissuration des revêtements de revêtement laser est le résultat des effets combinés des propriétés du matériau, des paramètres du processus et des conditions de contrainte. Greenstone-Tech recommande une approche globale pour contrôler la fissuration pendant l'application, y compris :

• Sélection des poudres d'alliage: Choisir la bonne poudre d'alliage qui correspond aux performances souhaitées et réduit le risque de fissuration.
• Optimisation des paramètres du processus: Réglage des paramètres tels que la puissance du laser, la vitesse de balayage et le taux d'alimentation en poudre pour garantir des revêtements homogènes et de haute qualité.
• Stratégies de préchauffage et de post-traitement: L'utilisation du préchauffage avant le revêtement et les processus de post-traitement comme le traitement thermique pour soulager les contraintes internes et améliorer les propriétés du matériau.
• Coordination de l'usinage: Optimisation des opérations de post-traitement pour réduire les contraintes mécaniques et prévenir les fissures.

En contrôlant systématiquement ces facteurs, il est possible de supprimer efficacement la fissuration et d'obtenir des couches de revêtement complètes, denses et performantes.