Frittage et Lasers : Applications, Innovation et Recherche (FLAIR)
Cette plateforme est issue de la fusion de deux plate-formes existantes, la plate-forme Lasers au Creusot et la plateforme de Frittage à Dijon qui mettent en œuvre des procédés impliquant une source de chaleur intense (laser et courant électrique) dont les phénomènes physiques impliqués sont très proches. Cette plate-forme permettra par une mise en commun des compétences et des outils (expérimentaux, simulations) de répondre par l’innovation à des travaux de recherche, de R&D et de transfert dans le domaine de la métallurgie incluant la métallurgie des poudres, les applications des lasers de puissance et la science des matériaux. Les principaux secteurs d’activités sont le nucléaire (PNB), la défense (DGA), l’aéronautique, les transports.
Frédéric BERNARD
Responsable
frederic.bernard[at]u-bourgogne.fr
Tél : 03 80 39 61 25
Plateau frittage / Dijon
SPS
Nous disposons de deux machines de frittage flash ou SPS (Spark Plasma Sintering). Ce procédé pertinent permet la densification de tout type de matériaux pulvérulents (métaux, céramiques, composites, …). Nos machines permettent de soumettre l’échantillon à un courant électrique de forte intensité (typiquement 0-10V, 1-30 kA) tout en appliquant une pression de plusieurs dizaines de MPa et, ceci, dans une gamme de température variant de l’ambiante jusqu’à 2400°C.
- HPD-125 (Fabricant : FCT Systeme GMbH) ø = 30mm – 160mm, h = 60 – 80mm, 2400°C, 1250kN, 600°C/min, vide, atmosphère neutre (argon, azote), atmosphère réductrice (hydrogène)
- HPD-10 (Fabricant : FCT Systeme GmbH, Modèle : HPD 10) ø = 8mm-40mm, h=30-50mm, 2400°C, 100kN, 400°C/min, vide, atmosphère neutre (argon, azote)
Contact : S. Le Gallet, F. Bernard
CIC
Nous disposons également d’une machine de compression isostatique à chaud (CIC) qui permet d’obtenir des matériaux massifs de formes complexes à partir de poudres métalliques ou céramiques en appliquant une forte pression d’argon. Ce dispositif permet aussi d’assembler des parties massives de nature différente par soudage diffusion. Les rampes en pression et en température peuvent être sélectionnées de manière indépendante
HIPress : QIH 15L (Avure), dimensions de l’enceinte : ø = 186 mm, h = 500 mm, montée en température jusqu’à 2000°C (vitesse de montée jusqu’à 50°C/min), en pression jusqu’à 2000 bars.
Contact : J-P. Chateau-Cornu, F. Bernard
Broyeur planétaire
La mécano-synthèse est l’opération qui permet de réaliser la synthèse d’un alliage au sein d’un broyeur grâce à une succession d’opérations de fractures et de soudures. Malheureusement, ce broyage mécanique nécessite des temps de broyage élevés conduisant à la contamination de la poudre par les outils de broyage. Toutefois, il est possible de réaliser une activation mécanique via l’utilisation de broyages de haute énergie de courte durée (P4, Fritsch), elle permet de produire des agrégats ou des agglomérats nanostructurés. Ainsi, pour obtenir l’alliage désiré, il conviendra d’appliquer un traitement thermique au mélange de poudres mécaniquement activées. Cette activation mécanique permettra de réduire les températures de recuit et de frittage en raison de la diminution de la taille des grains mais aussi de l’accumulation de défauts.
- Broyeur Planetaire P4 (Fritsch), Jarres de 12 mL à 500 mL, Vitesse de rotation de 0 rpm à 400 rpm
Contact : F. Bernard
Plateau technique lasers et assemblages / Le Creusot
La halle laser de l’ICB localisée au Creusot met en œuvre des procédés laser (soudage, découpe, marquage), ainsi que des procédés de soudage à l’arc plus conventionnels.
Le savoir-faire acquis depuis 25 ans a permis de développer une approche pluridisciplinaire (thermique, hydrodynamique, mécanique, métallurgique, physico-chimique) et multi-échelle, permettant d’appréhender les phénomènes qui interviennent lors de l’interaction du faisceau énergétique avec la matière, et les effets induits par cette interaction.
L’activité couple les aspects expérimentaux :
- optimisation des procédés (plans d’expériences)
- instrumentation du procédé (imagerie rapide, thermométrie, thermographie, corrélation d’images DIC, caractérisations physico-chimiques et mécaniques)
avec des simulations numériques multi-physiques :
- thermo-hydraulique : modélisation du soudage laser en mode keyhole (formation du capillaire, etc.) / modélisation des couplages électromagnétiques en soudage à l’arc
- thermomécanique : modélisation de la formation des contraintes dans les assemblages
afin de comprendre les phénomènes et de maîtriser leurs conséquences, pour répondre aux interrogations scientifiques mais aussi aux problématiques industrielles.
Le plateau dispose de plusieurs sources lasers dont :
- TRUMPF TRUDISK 6001 : laser Yb-YAG (1030 nm) continu d’une puissance maximale de 6 kW (fibre de 100 µm au minimum), utilisé en soudage
- TRUMPF HL304P : laser Nd-YAG (1064 nm) pulsé d’une puissance moyenne maximale de 330 W (9 kW crête), notamment utilisé pour la découpe
- ROFIN SLM40D : laser Nd-YAG (1064 nm) pulsé d’une puissance moyenne maximale de 40 W (61 kW crête), utilisé pour le marquage
ainsi que de procédés de soudage conventionnels : dont TIG, MIG et CMT (Cold Metal Transfer).
Au niveau calcul numérique, il s’appuie principalement sur les logiciels commerciaux COMSOL, ABAQUS et ANSYS.
L’articulation avec le monde socio-économique se fait via la SATT SAYENS.
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