La projection thermique est un procédé établi de la technique des surfaces, utilisé dans de nombreux secteurs industriels. L’application de couches fonctionnelles permet d’améliorer ou de rétablir de manière ciblée les propriétés des surfaces de composants – que ce soit en termes de résistance à l’usure, de protection contre la corrosion ou de propriétés fonctionnelles telles que l’isolation électrique et thermique. Pour ce faire, il existe une multitude de procédés de pulvérisation et de matériaux qui peuvent être combinés individuellement en fonction des exigences. 

Principes et avantages des procédés de projection thermique 

La projection thermique désigne un groupe de procédés de revêtement dans lesquels un matériau d’apport est fondu par un apport de chaleur externe et appliqué à grande vitesse sur une surface préparée. Les couches ainsi obtenues adhèrent en premier lieu mécaniquement et permettent de modifier ou d’optimiser de manière ciblée les propriétés des surfaces de pièces – sans imposer de fortes contraintes thermiques au matériau de base. 

La caractéristique de tous les procédés de projection thermique est le faible apport de chaleur, qui permet de revêtir également des matériaux sensibles à la température. Contrairement au soudage, le matériau de base n’est pas fondu, ce qui évite les déformations et les modifications de la structure. De plus, il est possible d’appliquer des couches par projection thermique d’une grande précision dimensionnelle et d’une épaisseur variable, allant de fines couches fonctionnelles à des systèmes de couches de plusieurs millimètres d’épaisseur.  

Un avantage central réside dans la diversité des matériaux : du métal pur aux céramiques et aux matériaux composites en passant par les alliages, les matériaux les plus divers peuvent être traités. Cette diversité ouvre un large éventail d’applications – de la protection contre l’usure et la corrosion à la barrière thermique en passant par l’isolation électrique. Une application partielle ou totale est également possible, ce qui permet une adaptation ciblée aux exigences spécifiques des pièces.  

En outre, la projection thermique permet de remettre à neuf des composants usés ou endommagés. Au lieu d’une nouvelle fabrication, les composants existants peuvent être remis en état grâce à des revêtements appropriés et continuer à être utilisés. Le procédé est donc non seulement techniquement efficace, mais il contribue également à la préservation des ressources. 

Vue d’ensemble des procédés de projection thermique

En fonction des exigences en matière de propriétés des couches, de matériau du substrat et de géométrie des composants, différents procédés sont disponibles dans la projection thermique. Ceux-ci se distinguent par la source d’énergie utilisée, le degré d’accélération des particules et l’influence thermique sur le substrat. Le choix du procédé approprié est décisif pour la qualité et la fonctionnalité du revêtement. 

Projection à la flamme et variantes

Dans la projection à la flamme classique, le matériau à projeter – généralement sous forme de poudre ou de fil – est injecté dans une flamme de gaz combustible et d’oxygène, où il est fondu et appliqué sur le composant par de l’air comprimé ou un jet de gaz. La température de la flamme est inférieure à la température de fusion de nombreuses céramiques, ce qui rend ce procédé particulièrement adapté aux matériaux métalliques et à faible point de fusion.  

Des variantes telles que la projection à la flamme de fil ou la projection à la flamme de poudre avec fusion sont souvent utilisées pour des tâches de réparation ou pour la correction des dimensions. La fusion après la projection produit des couches étanches aux gaz et aux liquides avec une grande résistance mécanique.  

La projection de métal à la flamme, par exemple avec du fil d’aluminium, est également répandue et utilisée dans la protection contre la corrosion – en particulier dans l’environnement maritime, car l’aluminium offre une protection cathodique par rapport au matériau de base. 

Projection à la flamme à haute vitesse (HVOF)

La projection à la flamme à haute vitesse (High Velocity Oxy Fuel, HVOF) utilise une combustion contrôlée de gaz ou de kérosène pour générer des vitesses de jet extrêmement élevées. Le matériau projeté n’est pas complètement fondu, mais appliqué à l’état plastique sur le substrat avec une énergie cinétique élevée.  

Les revêtements HVOF se caractérisent par des couches très denses et adhérentes, d’une grande dureté et d’une faible teneur en pores. Ils sont particulièrement résistants à l’usure et constituent une excellente alternative au chrome dur – notamment en ce qui concerne les exigences en matière d’environnement et de sécurité au travail. L’énergie élevée du processus permet en outre une meilleure adhérence sur les matériaux de base métalliques.

Projection au plasma – également appelée projection au plasma atmosphérique

La projection au plasma utilise un arc électrique qui ionise un gaz de processus qui le traverse et génère ainsi un plasma dont la température peut atteindre 20 000°C. Cela permet de traiter des matériaux à point de fusion élevé comme les céramiques d’oxyde ou les métaux durs.  

Dans le cas de la projection plasma atmosphérique (APS), le processus se déroule sous pression ambiante et est souvent utilisé pour la fabrication de couches fonctionnelles en céramique. Les applications typiques sont les couches d’isolation électrique, les couches d’isolation thermique ou les couches de protection contre l’usure. Les brûleurs internes sont également utilisés ici, par exemple pour le revêtement de surfaces internes ou de cylindres creux. 

Projection à l’arc électrique à fil, projection à la flamme à fil et projection à la flamme à poudre

La projection à l’arc électrique est basée sur un arc électrique entre deux électrodes à fil. Le métal fondu est pulvérisé par de l’air comprimé et déposé sur le substrat. Ce procédé offre un taux de dépôt de matériau élevé et est souvent utilisé pour des couches de protection anticorrosion de grande surface – par exemple dans la construction métallique ou la construction de ponts.  

La projection de poudre à la flamme est utilisée lorsque des matériaux en poudre doivent être traités. Elle est économique et polyvalente et convient à la restauration rapide des fonctions de surface.  

La projection à la flamme de fils, une variante de la projection à la flamme classique, utilise des fils métalliques comme matériau de départ. Ce procédé est relativement peu coûteux et convient bien à l’application de couches de protection et de réparation simples.  

Matériaux pour le revêtement thermique

Le choix du matériau de revêtement est un facteur central pour la performance des couches projetées par voie thermique. En fonction de la fonction souhaitée – protection contre l’usure, résistance à la corrosion ou isolation thermique – on utilise des métaux, des alliages, des métaux durs ou des céramiques. Des combinaisons de différents matériaux, appelées pseudo-alliages, sont également possibles.

Revêtements métalliques : Métaux purs, alliages et pseudo-alliages

Les revêtements métalliques comptent parmi les matériaux les plus fréquemment utilisés dans la projection thermique. Les métaux purs comme l’aluminium ou le zinc sont utilisés en premier lieu pour la protection cathodique contre la corrosion – par exemple dans la construction navale ou le secteur offshore. L’aluminium est particulièrement adapté à la projection à la flamme, car il se distingue par sa résistance à l’oxydation et ses bonnes propriétés de fonctionnement en cas d’urgence.  

Les aciers et les alliages de même type sont surtout utilisés pour les couches de réparation. La construction se fait couche par couche, tout en conservant les propriétés mécaniques du matériau d’origine. Les alliages auto-coulants – par exemple les alliages à base de nickel – permettent de fondre la couche appliquée, ce qui donne une surface particulièrement dense et résistante à l’usure.  

Les pseudo-alliages sont constitués d’une combinaison de plusieurs matériaux aux propriétés complémentaires. Il s’agit par exemple de revêtements en Ni-graphite aux propriétés autolubrifiantes ou de couches composites céramique-métal qui offrent une résistance à l’usure particulièrement élevée. Il est également possible de combiner le métal et le plastique pour obtenir des propriétés anti-adhérentes. 

Matériaux céramiques : Projection thermique avec céramique

Dans la projection thermique, les céramiques sont principalement traitées sous forme d’oxyde, comme l’oxyde d’aluminium, l’oxyde de chrome ou l’oxyde de zirconium. En raison de leur point de fusion élevé, elles sont principalement utilisées dans le procédé de projection au plasma.  

Les revêtements céramiques se caractérisent par une excellente résistance à la corrosion et à l’usure. Ils servent de couches de protection dans des environnements abrasifs ou chimiquement agressifs, d’isolants électriques ou de couches d’isolation thermique – par exemple dans la technique des turbines. Elles sont également utilisées dans le revêtement des creusets, car elles ne sont pratiquement pas mouillées par les métaux en fusion.  

La projection thermique avec de la céramique permet d’appliquer des couches fonctionnelles aux propriétés définies avec précision, sans que le substrat sous-jacent ne soit modifié par l’action de la chaleur. Ainsi, même les matériaux sensibles à la température peuvent être revêtus de manière fiable.  

Revêtements en métal dur et alternatives au chrome dur

Les métaux durs tels que le carbure de tungstène (WC) ou le carbure de chrome (Cr₃C₂) offrent une résistance à l’usure extrêmement élevée face aux sollicitations mécaniques – notamment en cas d’attaque abrasive ou érosive. En combinaison avec des liants métalliques (par ex. cobalt), on obtient des couches denses et dures qui résistent même à des températures élevées et à des milieux corrosifs. 

Les revêtements en carbure sont souvent utilisés comme alternative écologique et performante au chromage dur galvanique. Appliqués selon le procédé HVOF, ils convainquent par leur faible porosité, leur grande adhérence et leur excellente durée de vie – même dans les applications industrielles exigeantes, comme dans l’industrie du papier, de l’impression ou du pétrole et du gaz.

Applications typiques de la projection thermique

Les couches projetées thermiquement sont utilisées dans tous les secteurs lorsque les composants doivent résister à des contraintes particulières ou nécessitent des propriétés fonctionnelles ciblées :  

Protection contre l’usure : 

• Utilisation de métaux durs, de céramiques et de matériaux composites.  
• Protection contre l’abrasion, l’érosion et l’usure par adhérence.  
• Composants typiques : Rouleaux, arbres, paliers, pistons. 

Protection contre la corrosion : 

• Revêtements métalliques en aluminium, zinc ou alliages de nickel.  
• Convient aux milieux agressifs (par ex. eau de mer, produits chimiques).  
• Applications dans la technique offshore, l’industrie chimique, la construction de centrales électriques. 

Couches de réparation : 

• Remise en état de composants usés ou endommagés.  
• Alternative à la fabrication neuve, préservant les ressources.  
• Particulièrement pertinent pour les composants à prix élevé ou difficilement remplaçables. 

Fonctions électriques et thermiques : 

• Couches isolantes en céramique ou couches conductrices en métal. 
• Couches d’isolation thermique dans des environnements à haute température. 

Domaines d’application : 

• Construction mécanique et industrielle, industrie du papier et de l’imprimerie 
• Aéronautique et aérospatiale, industrie automobile, technologie énergétique 

Normes et assurance qualité pour la projection thermique

La norme européenne DIN EN 657 ainsi que la norme internationale ISO 14917 constituent la base pour la classification des procédés de projection thermique. Elles distinguent les procédés selon la source d’énergie utilisée – par exemple, l’arc électrique, le gaz combustible ou le plasma – et définissent les termes et classifications fondamentaux. 

En plus de la réalisation conforme aux normes du processus de revêtement, l’assurance qualité est également essentielle. Cela inclut les contrôles de l’épaisseur du revêtement, de l’adhérence, de la porosité, de la dureté ou de la rugosité de surface. À cela s’ajoutent des méthodes de contrôle non destructives, par exemple pour détecter des fissures ou des inclusions. 

De plus, la préparation appropriée du substrat – notamment le nettoyage et la rugosification de la surface – est déterminante pour l’adhérence du revêtement. Ce n’est que sous des conditions contrôlées que des résultats reproductibles répondant aux spécifications techniques exigées peuvent être obtenus. 

Le respect de ces normes garantit non seulement la fonction technique des revêtements, mais permet également leur utilisation économique et sécurisée dans les processus industriels.