L'Université de Technologie - Pékin, et le Collège des Matériaux
Science et Ingénierie - Pékin, dirigé par Yingying Ding, Hui Li et
Yingliang Tian. L'étude se concentre sur la résistance adhésive dans les
revêtements thermiquement pulvérisés, un facteur critique pour la performance. Elle introduit
le Bristle Blasting comme un prétraitement de surface innovant et compare
son efficacité à celle du grenaillage sur de l'acier doux et des alliages d'aluminium.
Le Bristle Blasting s'avère être une solution pratique, notamment dans
des situations où le grenaillage sur site est difficile. De plus, l'
étude souligne l'importance de prendre en compte le matériau du substrat,
crucial pour optimiser l'adhérence du revêtement avec le Bristle Blasting en tant que
méthode de préparation de surface.

1. PRÉPARATION DE SURFACE : REVÊTEMENTS THERMIQUES

Les revêtements thermiquement pulvérisés trouvent une application étendue à travers divers
secteurs industriels pour des solutions d'ingénierie de surface. Assurer une adhérence suffisante
entre le revêtement et le substrat est impératif,
constituant une exigence de service fondamentale. En général, la
surface du substrat subit une préparation méticuleuse avant la pulvérisation
pour fournir une surface nettoyée et rugueuse, facilitant une
liaison adéquate pour le revêtement déposé. Cette étape procédurale est essentielle
et influence considérablement la performance globale du revêtement.
Les matériaux de substrat doux comme les alliages d'aluminium, le cuivre, etc., rencontrent
des défis significatifs en raison de la présence de particules de grit intégrées
à l'interface substrat/revêtement. De plus, dans certaines opérations sur site,
l'utilisation de machines de grenaillage traditionnelles s'avère
difficile, étant donné leur dépendance à des compresseurs d'air et à une consommation
substantielle de grit. En outre, des préoccupations environnementales se posent en raison du
bruit et des poussières dangereuses générées par de telles machines. Un prétraitement de surface utilisant des installations mobiles avec
une opération simple s'avère plus avantageux pour ces
applications industrielles.

2. BRISTLE BLASTING VS. GRIT BLASTING & MEULAGE MÉCANIQUE

Cette étude vise à évaluer la faisabilité de l'utilisation du Bristle Blasting dans le pulvérisation thermique, en se concentrant sur des revêtements métalliques (Ni5Al) et céramiques (Al2O3) sur des substrats comme l'acier doux (A283) et l'alliage d'aluminium (7075). Les revêtements seront appliqués sur des surfaces préparées par trois méthodes : Bristle Blasting, grenaillage et
meulage mécanique.

Préparation du substrat :

L'objectif principal était de comparer le grenaillage et le Bristle Blasting en tant que prétraitements de surface, le meulage mécanique servant de groupe témoin pour évaluer l'impact de la rugosité de surface. Dans le grenaillage, des particules de corindon de 20 mesh (Groupe Pigeon) ont été utilisées avec une pression d'air de 0,6 MPa et une distance de grenaillage de 60 mm. Le meulage mécanique a impliqué l'utilisation manuelle de papier de verre SiC 800# sur une machine de meulage automatique. Le Bristle Blasting a utilisé un blaster commercial (Monti SE-677-BMC) avec une vitesse de rotation de roue fixe de 2150 rpm, en tenant compte
de la profondeur de pénétration comme un paramètre clé.

Au cours de l'opération, les pointes de brosse tournantes frappent la surface cible avec une énergie cinétique similaire à l'impact du grit de grenaillage. Ce processus répété continuellement entraîne des milliers d'impacts localisés, de rebonds et la formation de cratères, laissant ainsi une surface nettoyée 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 alimenté par une batterie, un moteur électrique et pneumatique. Il peut être monté sur un positionneur automatisé ou manipulé manuellement, de sorte que l'opération nécessite uniquement un très petit espace, contrairement au grenaillage qui nécessite généralement une grande cabine insonorisée ou une protection.

TEST : Certains travailleurs ont essayé d'utiliser le Bristle Blasting en tant que prétraitement de surface pour la peinture et ont montré qu'il était possible de générer une surface rugueuse, dont la rugosité moyenne (Ra) était d'environ 3,35μ.

Ces dernières années, le Bristle Blasting a émergé comme une nouvelle approche dans la préparation de surface qui a attiré l'attention de l'industrie. Ce processus est fondamentalement un processus d'abrasion mécanique utilisant une roue en forme de brosse rotative. La roue est composée de nombreux fils d'acier de haute résistance aiguisés dont les pointes sont spécialement conçues avec un angle de flexion vers l'avant, c'est-à-dire que le fût du
fil est plié dans le sens de la rotation (fig. 1). Pendant l'opération, les pointes de la brosse tournante frappent la surface cible avec une énergie cinétique similaire à l'impact du grit de grenaillage. Ce processus répété continuellement génère des milliers d'impacts localisés, des rebonds et la formation de cratères, laissant ainsi une surface nettoyée et rugueuse.

3. RÉSULTATS DES TESTS Observation de la Morphologie de Surface du Substrat

Le microscope à balayage laser confocal LEXT OLS4100 a été utilisé pour caractériser la topographie de surface avec une résolution optique améliorée.
Cette méthode offre une combinaison équilibrée de
précision élevée et de rapidité, évaluant à la fois la morphologie de surface 3D
et 2D.

RUGOSITÉ DE SURFACE

Dans le cas du 7075, la rugosité moyenne de surface Ra a brutalement augmenté 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 que davantage de matériaux de substrat ont été décrochés.
Cependant, il n'y avait pas de différence distincte entre les échantillons traités avec une profondeur de pénétration de 2 et 3 mm en termes de rugosité moyenne (Ra) et de pente de profil (Rdq). Cela est probablement dû à la déformation plastique du substrat 7075 lorsque les poils continument frappaient le substrat, comme observé à la fig.2. À mesure que la profondeur de pénétration augmentait, on pouvait observer une tendance à une diminution progressive de l'asymétrie de surface (Rsk), indiquant que les aspérités du profil étaient peu marquées et déprimées. Pour l'A283, lorsque la profondeur de pénétration augmentait, la rugosité augmentait de manière linéaire, comme le montre la fig. 2.

 PROFIL 2D

L'étude a comparé les surfaces traitées par Bristle Blasting et celles traitées par grenaillage. Bien que les surfaces traitées par Bristle Blasting apparaissent visuellement plus brillantes, elles sont moins rugueuses que celles traitées par grenaillage. Pour le 7075, une augmentation de la profondeur de pénétration de 1 à 2 mm a entraîné une augmentation significative de la rugosité moyenne (Ra), indiquant plus de décrochage de matériau de substrat. Une déformation plastique s'est produite à des profondeurs plus importantes. Pour A283, une augmentation de la pénétration a entraîné une augmentation linéaire de la rugosité. A283 a atteint une rugosité équivalente à celle du grenaillage à 3 mm, limitée par une énergie cinétique insuffisante. Malgré des valeurs Ra similaires, les surfaces traitées par Bristle Blasting étaient moins uniformes en raison de l'espacement des fils de brosse, résultant en des pics et des vallées plus grands comparés aux surfaces traitées par grenaillage fig. 3.

RÉSISTANCE ADHÉRENT

Le principal inconvénient de l'utilisation du grenaillage pour la préparation de surface est la présence de résidus de grit à l'interface, ce qui pose un problème, surtout pour les matériaux doux. Bien que le nettoyage ultrasonique ultérieur puisse éliminer ces résidus, son application sur site est délicate. Ce problème est entièrement évité lors de l'utilisation du Bristle Blasting pour la préparation de surface. L'aspect le plus attrayant du Bristle Blasting réside dans sa simplicité et son efficacité économique, particulièrement pour des opérations sur site.
Contrairement au grenaillage, où la collecte et le recyclage de grandes particules abrasives rebondies dans des espaces ouverts sont difficiles, le Bristle Blasting offre flexibilité et efficacité de traitement comparables à celles du grenaillage standard et du rugosage mécanique. D'après l'expérience en laboratoire, la vitesse de traitement lors du Bristle Blasting peut atteindre environ 1 mètre carré de surface en 1 heure, ce qui est significativement plus rapide que le traitement par texture au laser.
Dans le Bristle Blasting, l'abrasion de surface se produit par l'excavation extensive de la surface métallique par les pointes de brosse, entraînant la formation de nombreux cratères localisés.

 CONCLUSION

Cette étude a examiné la faisabilité d'appliquer le Bristle Blasting en relation avec les revêtements thermiquement pulvérisés. Les principaux résultats préliminaires sont les suivants :

• La résistance adhésive des revêtements thermiquement pulvérisés sur des substrats soumis à différentes méthodes de prétraitement a montré une augmentation progressive du meulage, du Bristle Blasting au grenaillage. Dans le cas du revêtement Ni5Al, la préparation de surface avec le Bristle Blasting a donné environ 60% de la résistance adhésive par rapport à la méthode de grenaillage.
• Le Bristle Blasting semble être une solution prometteuse pour les substrats en acier et en alliage d'aluminium lorsque le grenaillage n'est pas applicable. Cependant, il est essentiel de prendre en compte le matériau du substrat dans le choix des paramètres de grenaillage.