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Auteur(s)
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Dimitris PANTELIS : Ingénieur de l’École Polytechnique d’Athènes - Docteur Ingénieur de l’École Centrale de Paris - Responsable de l’Équipe Laser du Laboratoire Matériaux de l’École Centrale de Paris
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Lire l’articleINTRODUCTION
Dans l’évolution des matériaux modernes, les multimatériaux tiennent une place privilégiée car ils permettent de concilier des propriétés incompatibles dans un matériau unique. Ils sont aussi maintes fois la source de substantielles économies. Or, c’est fréquemment par les traitements localisés ou superficiels que l’on peut réaliser des multimatériaux performants.
Dans l’ensemble des traitements thermiques des aciers, la part des traitements thermiques superficiels ne cesse d’augmenter au fil des années par rapport à celle des traitements dans la masse (40 % prévu en 2000 contre 10 % estimé en 1975).
Les densités de puissance (ou intensités laser) disponibles par les sources utilisées pour les traitements superficiels des matériaux sont les suivantes :
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Chalumeau : 1,5 × 10 3 W/cm 2
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Induction : 2,5 × 10 4 W/cm 2
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Fusion à l’arc : 5 × 10 4à 10 6W/cm 2
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Plasma : 5 × 10 4à 10 8W/cm 2
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Faisceau laser et faisceau d’électrons : 10 8à 10 10W/cm 2
Parmi les techniques utilisées pour les traitements thermiques superficiels, la plus récente met en œuvre des faisceaux à haute densité d’énergie FHDE (faisceaux laser et faisceau d’électrons).
Les possibilités d’utilisation de ces sources foisonnent car leur utilisation réduit les risques de déformations et permet une bonne productivité et une grande flexibilité, notamment pour le laser, où la conduite du faisceau par des systèmes optiques appropriés rend possible le traitement de zones difficilement accessibles par d’autres procédés.
La brièveté des cycles thermiques, grâce à l’extrême puissance mise en jeu, permet l’obtention de structures originales et nouvelles, difficiles ou impossibles à obtenir par d’autres moyens.
Cependant, si beaucoup de travaux de recherche sont entrepris, les applications industrielles sont plus rares .
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Effets thermiques, métallurgiques et mécaniques
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2. Faisceau d’électrons
Le traitement superficiel par faisceau d’électrons est une technologie parmi les plus avancées pour l’amélioration des propriétés superficielles des matériaux métalliques.
À l’aide de cette technique, on peut réaliser presque toute la gamme des traitements superficiels, c’est-à-dire aussi bien les traitements en phase solide (durcissement, revenu, trempe, traitements réactifs) qu’en phase liquide (refusion, densification des matériaux poreux, revêtements et alliages de surface, glaçage, traitements réactifs).
Les résultats positifs des recherches de base et des applications industrielles ont considérablement contribué au développement ultérieur de cette technique, déjà confirmée par le nombre très important des travaux s’y rapportant.
Ces travaux concernent :
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le développement du procédé ;
-
l’élaboration des méthodes spécifiques pour la manipulation du faisceau ;
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l’optimisation des paramètres du procédé du point de vue technique et économique, en relation avec des applications nouvelles ;
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l’utilisation des différents traitements physiques et chimiques et leurs effets sur les matériaux traités.
2.1 Production des faisceaux d’électrons
Les canons à électrons habituellement utilisés peuvent délivrer une puissance maximale de plusieurs kilowatts (50 kW ou plus), en travaillant sous un voltage d’accélération de plusieurs dizaines de kilovolts (jusqu’à 150 kV).
L’énergie des électrons est de l’ordre de 30 keV et la densité de puissance délivrée est supérieure à 107 W/cm2.
La technique du faisceau d’électrons a besoin nécessairement d’un vide, habituellement de 10– 4 torr (10–2 Pa), parce que les électrons peuvent être ralentis et absorbés par l’air.
Les caractéristiques typiques d’une installation à faisceau d’électrons sont :
-
la modulation et le contrôle très précis de la puissance et de l’intensité du faisceau ;
-
la faible inertie et les faibles pertes lors de la déviation et de la modification de la forme du faisceau, à l’aide de moyens électriques et de fréquences supérieures...
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Faisceau d’électrons
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - MAILLET (H.) - Le laser. Principes et techniques d’application - . Technique et Documentation Lavoisier 1986.
-
(2) - VANNES (A.B.) - Laser et industrie de transformation. - Technique et Documentation Lavoisier 1986.
-
(3) - SOARES (O.D.D.) et PEREZ-AMOR (M.) - Applied laser tooling. - Martinus Nijhoff Publishers 1987.
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(4) - ELLOY (J.F.) - Les lasers de puissance. Applications. - Masson 1985.
-
(5) - ORSFAG (A.) et HEPNER (G.) - Les lasers et leurs applications. - Masson 1980.
-
(6) - SIEGMAN (A.E.) - Lasers. - University Science Books 1976.
-
(7) - HARRY (J.E.) - Industrial...
Club laser de puissance CLP Association pour la promotion des applications des lasers de puissance
Auprès de cet organisme, on trouve :
-
les centres de recherche et les laboratoires qui travaillent dans ce domaine,
-
les normes et les réglementations diverses,
-
les utilisateurs des systèmes laser,
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les données du marché des lasers industriels,
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2 Fabricants. Constructeurs. Distributeurs
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