Retour

Principe général

La projection thermique est un traitement de surface par voie sèche visant à améliorer les propriétés du matériau. La résistance à l’usure et au frottement, les propriétés thermiques, la protection contre la corrosion, la biocompatibilité, les propriétés thermiques sont recherchées par ces traitements.

Tous les systèmes de projection thermique utilisent un gaz vecteur servant à accélérer et transporter de fines particules (typiquement 5 à 100 micromètres) d’un matériau fondu sur une surface à recouvrir. Les gouttelettes se déposent à la surface et se solidifient. C’est l’accumulation des particules sur le substrat qui crée le revêtement. Les liaisons entre le substrat et la couche déposée sont donc entièrement mécaniques. Le matériau à déposer peut être sous forme de poudre, fil ou baguette. L’apport d’énergie se fait de deux façons : la flamme et l’arc électrique.

Préparation de surface

Les pièces à revêtir sont préparées de façon à assurer la bonne tenue du dépôt.

Elles sont nettoyées des graisses, huile, poussières, etc. par immersion dans des solvants ou des lessives, par ultrasons ou par élévation de température. La rugosité de surface qui permet aux particules de s’ancrer dans les irrégularités de la surface et donc donner à l’interface un bon accrochage mécanique est réalisée par sablage ou par tournage suivi de sablage.

Enfin sont masquées les parties qui ne doivent pas être traitées sur la pièce par des adhésifs ou des caches métalliques.

La structure du dépôt dépend de multiples facteurs provenant du substrat et de la matière à déposer.

Le choix entre les différents procédés se fait selon les caractéristiques du substrat : sa résistance à la chaleur en particulier, de la matière à déposer, sous forme de poudre, de fil, son caractère conducteur, sa température de fusion, etc et les caractéristiques du dépôt à obtenir : épaisseur, porosité, dureté, etc.

Les procédés flamme fil et flamme poudre

La source de chaleur est ici la combustion des gaz. La température de la flamme va de 2800°C à 3150°C. Cette méthode est adaptée à la projection de matériaux à bas point de fusion.

Pour les deux premiers procédés, une poudre est introduite dans la flamme et est véhiculée par l’énergie cinétique transmise par les gaz en combustion.


Le moins onéreux et le plus facile d’emploi est la torche à gaz. La poudre tombe puis est entraînée par les gaz de combustion vers la flamme qui fait fondre la poudre et chauffe le substrat.

La torche à gaz est utilisée pour rattraper des cotes, pour les problèmes d’abrasion et de corrosion.

Les poudres utilisées sont des alliages autofusibles c’est à dire à base de Ni ou de Co avec du chrome, du bore ou du silicium et parfois des carbures.

Le pistolet flamme poudre réalise des dépôts de quelques dixièmes de millimètres d’épaisseur.

L’intérêt de cette méthode par rapport à la précédente est qu’elle se passe sans échauffement du substrat par la flamme. Le matériau d’apport est le même que précédemment mais la projection d’aciers, d’alliages à bas point de fusion, de céramiques ou de polymères est aussi possible.

Le procédé flamme poudre est utilisé pour l’isolation thermique, l’usure ou encore la corrosion.

Pour le procédé flamme fil, le fil, cordon ou baguette est fondu par la flamme puis est projeté sur le substrat par un courant d’air comprimé. Cette technique permet de réaliser des dépôts de métaux, d’alliages de base zinc, cuivre, nickel ou étain et de céramiques sous forme de baguettes. L’épaisseur des dépôts va de quelques dixièmes de millimètres à quelques millimètres. Ce procédé est utilisé par tous les domaines industriels.

Il est possible de réaliser une refusion du dépôt après projection pour le densifier et assurer une liaison de type brasage pour des alliages autofusibles. Pour ceci il faut s’assurer que la température de fusion du substrat soit supérieure à celle du dépôt et que les vitesses de préchauffage et de refroidissement ne créent pas de fissuration.

La refusion n’est pas utile dans le cas de la torche à gaz puisque celle-ci crée déjà une liaison de type brasure.

Deux types de projection : à tir continu ou à tirs discontinus

Lors de la projection à tirs discontinus, la poudre est introduite dans un canon à détonation avec le gaz de combustion. Le mélange explose grâce à une étincelle, ce qui chauffe la poudre et l’éjecte avec une grande vitesse par l’onde de choc. Un gaz neutre balaye le canon entre chaque tir.

Les poudres utilisées sont les carbures de chrome ou de tungstène liés par du nickel ou du cobalt, l’alumine ou l’oxyde de chrome.


Les dépôts obtenus ont l’avantage d’être très compacts (porosité inférieure à 1%), d‘avoir une bonne adhérence et une bonne rugosité. L’épaisseur du dépôt reste en général inférieure à 0,2 mm.

Les domaines de l’aéronautique, la sidérurgie, la chimie ou le textile utilisent ce procédé assez contraignant par ses dimensions et ses nuisances sonores principalement.

La projection hypersonique à tir continu s’est développée selon deux procédés :
l’HVOF (High Velocity Oxygene Fuel)
et l’HVAF (High Velocity Air Fuel).

Ce qui les différentie est la nature des gaz de combustion : dioxygène et propane, propylène, tétrène ou hydrogène pour l’HVOF et kérosène – air comprimé pour l’HVAF.

Les dépôts possèdent une faible porosité (inférieure à 2%), une bonne adhérence et une bonne densité ainsi qu’une faible rugosité. Les poudres utilisées sont des métaux et des alliages à base de nickel et cobalt surtout, des carbures, et des oxydes dans une moindre mesure.

L’aéronautique est le principal utilisateur de ce procédé.

Le choix des gaz de projection est important dans le rendement et la qualité du dépôt et dépend de nombreux paramètres comme le coût, le stockage, la sécurité ou leurs caractéristiques physiques (température de flamme, pression de travail).

L’oxygène est utilisé comme comburant, les gaz combustibles sont l’acétylène le propylène des mélanges ou des hydrocarbures comme le propane.

L'usage du court-circuit

Un arc électrique entre deux fils dégageant une énergie thermique importante (environ 6000°C variant selon le matériau utilisé et l’intensité choisie) fait fondre le métal des fils, un jet d’air comprimé pulvérise alors le métal fondu sur le substrat.
Les dépôts ont une épaisseur de 0,2 à 3 mm avec une porosité de 5 à 10%.


Son développement est axé sur les deux caractéristiques à améliorer que sont la taille des particules qui jusque là possédaient une structure grossière et l’oxydation des dépôts dû au transport des particules par de l’air, remplacé par un gaz neutre.

Les matériaux projetés doivent être conducteurs. Les plus fréquemment utilisés sont le zinc, l’aluminium, le cuivre, le molybdène et les aciers. Le développement des fils fourrés avec des alliages tels que NiCrAl ou NiMoAl, des fils chargés en carbure de chrome ou des composites permet de nouveaux types de dépôts.

Un état de la matière spécifique

Un plasma gazeux est initié par un arc électrique confiné (12 000 à 20 000 °K). Il est étranglé dans une tuyère d’où il s’échappe avec une vitesse élevée. On injecte alors la poudre dans ce jet de plasma grâce à un gaz porteur en général de l’argon. Les particules fondent et sont projetées sur le substrat par ce jet de gaz.


Un intérêt de cette technique réside dans la diversité de substances projetables. Ainsi les métaux, les alliages, les céramiques, les carbures et les cermets peuvent être utilisés.

La projection plasma nécessite un équipement important : une torche de projection, une armoire de commande et de régulation, un générateur de courant continu et un distributeur de poudre; les installations sont en général entièrement automatisées ou robotisées.

L’industrie automobile et l’industrie aéronautique utilisent ce procédé pour lutter contre l’usure, la corrosion, l’oxydation, les chocs thermiques ou les frottements.

La projection peut être effectuée sous vide ou atmosphère contrôlée ce qui permet des dépôts très épais jusqu’à plusieurs millimètres avec une température plus basse.

Mais le coût d’une telle installation est très élevé et limite son utilisation à des applications très pointues comme le dépôt de carbure de bore dans le domaine nucléaire.