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Description
Dispositif et procédé pour le traitement superficiel d'un matériau
L'invention concerne un dispositif pour le traitement superficiel d'un
matériau par un jet
sous pression d'azote liquide, d'azote cryogénique supercritique ou d'azote
cryogénique
hypercritique pouvant être chargé de particules. Le dispositif comprend une
chambre de
mélange fermée par une paroi aval dans laquelle est réalisé un orifice de
sortie, ainsi qu'un
canon de focalisation présentant une ouverture d'entrée et une ouverture de
sortie et servant
de conduite de sortie. L'ouverture d'entrée du canon est conçue pour être
fixée à la chambre
io de mélange de sorte à être en contact fluidique avec l'orifice de sortie de
la chambre de
mélange, le jet sous pression d'azote liquide, d'azote cryogénique
supercritique ou d'azote
cryogénique hypercritique devant traverser le canon de focalisation de
l'ouverture d'entrée à
l'ouverture de sortie. L'invention concerne également un procédé pour le
traitement superficiel
d'un matériau par un jet sous pression d'azote liquide, d'azote cryogénique
supercritique ou
d'azote cryogénique hypercritique pouvant être chargé en particules, notamment
en utilisant
le dispositif de l'invention, par exemple pour le décapage, la texturation, le
nettoyage, la
structuration et la préparation de surface d'une pièce.
On connait différentes méthodes pour le traitement superficiel d'un matériau,
notamment pour son décapage.
Le sablage ou grenaillage utilise la projection par air comprimé très basse
pression
(entre 5 et 20 bars) de particules abrasives de sable (sablage), de céramiques
(par exemple
le corindon) ou de grenailles métalliques (grenaillage) en utilisant un outil
appelé pistolet .
Les abrasifs sont ajoutés au flux d'air comprimé dans la chambre de mélange
située dans le
pistolet de projection en utilisant un effet Venturi créé par la vitesse de
l'air. Le mélange
particules-air est ensuite accéléré par la détente de l'air qui se produit
dans un conduit appelé
buse dont la forme géométrique varie selon les applications. Les buses de
projection
peuvent avoir une section transversale circulaire ou rectangulaire et leur
longueur est
variable. Elle peut atteindre 300 mm pour certaines applications.
Le sablage ou grenaillage est utilisé notamment pour le décapage de peintures
ou de
rouille, ou pour préparer une surface avant dépôt d'un revêtement ou de
peinture. Elle permet
le travail en voie sèche et son pouvoir érosif est très intéressant pour des
dépôts à faible force
d'adhésion métallurgique ou chimique, comme les peintures ou les oxydes non
diffusés dans
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les substrats. Il est possible de traiter de grandes surfaces et les machines
de sablage ou de
grenaillages peuvent être facilement transportées sur des chantiers.
L'inconvénient de cette méthode réside notamment dans le fait qu'elle produit
un grand
volume de déchets toxiques qu'il faut ensuite traiter ou stocker. De plus, les
poussières
générées par les projections d'abrasifs rendent le travail difficile dans ce
milieu. Par ailleurs,
cette technique est inopérante pour des dépôts très adhérents (forte adhésion
métallurgique
ou chimique) tels que les oxydes formés par diffusion d'oxygène dans les
matériaux à base de
titane par exemple. De plus, elle n'est pas automatisable et elle présente des
risques pour
l'opérateur, d'où l'obligation pour celui-ci de porter un équipement de
protection individuelle.
On connait également des techniques chimiques utilisant des acides ou des
solvants
pour enlever des couches de peintures ou d'oxydes, y compris des oxydes durs
diffusés dans
des substrats métalliques. Quand il s'agit du décapage d'oxydes très
résistants diffusés dans
les substrats, tels que le TiO2 (alpha-case) diffusé dans le titane ou les
alliages de titane, tels
que le TA6V (Ti-6A1-4V), on utilise habituellement des acides forts, tels que
le HNO3 et le HF.
Cette méthode chimique est utilisée pour le décapage de revêtements organiques
du
type peinture, résine, etc. ou pour enlever des oxydes métalliques. Elle
permet de traiter des
pièces de formes complexes dans des bains d'acides ou de solvants.
Cependant, s'agissant d'un procédé par l'immersion à chaud, il présente des
dangers
liés à la présence d'acides chauds. Les installations sont classées ICPE
(installation classée
pour la protection de l'environnement) et nécessitent au moins une
autorisation. Les bains
d'acides ou de solvants demandent un réglage fin et quotidien. Le retraitement
des bains,
notamment ceux d'acide fluorhydrique, constitue un inconvénient supplémentaire
de ce
procédé. L'installation d'une ligne de traitement est spécifique à chaque
opération : une ligne
de décapage de la couche d'oxyde n'est pas compatible avec une ligne de
décapage de
peinture sur des substrats sensibles.
Une troisième technique connue est la technique de décapage qui consiste à
projeter
sur le matériau à traiter un jet d'azote dense supercritique cryogénique sous
haute pression.
Le principe de ce procédé réside dans l'impact à grande vitesse (de 500 à 800
m/s) du jet
résultant de la détente de l'azote initialement présent sous haute pression
(jusqu'à 3 800
bars) et basse température (jusqu'à -180 C).
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Le dispositif nécessaire pour la mise en oeuvre de cette technique comprend
une
chambre de mélange cylindrique munie d'un conduit d'entrée pour les particules
et d'un orifice
de sortie pour le jet chargé de particules. La chambre est serrée contre
l'ouverture d'entrée
d'un tube ou canon de focalisation en carbure de tungstène. Celui-ci est
traversé par une
conduite divisée en deux parties : une partie amont convergente de forme
tronconique qui se
poursuit par une partie aval de forme cylindrique formant un long orifice
cylindrique de
dimension de l'ordre du millimètre par lequel le gaz s'échappe pour se
détendre à l'air libre et
former le jet venant impacter le matériau à traiter.
io Cette technique permet le décapage de peintures, de dépôts à base de
polymères, de
vernis ou de graisse, d'oxydes, y compris les oxydes à forte adhésion au
substrat. Elle est
également utilisée pour la préparation de surfaces avant le dépôt de peinture.
Elle permet un travail en voie sèche et en milieu sensible, elle ne crée pas
de déchets
additionnels et ne présente pas de danger pour les opérateurs ou pour
l'environnement. Le
pouvoir érosif élevé de cette technique permet d'enlever des dépôts à forte
adhésion
métallurgique ou chimique, comme les peintures ou les oxydes dans le substrat.
Dans le
même process, il est possible de prévoir une étape d'ébavurage ou de découpe.
Avec un
même générateur d'azote et un même robot, il est possible, grâce à des
programmes et des
réglages spécifiques, de traiter le titane ou ses alliages tels que le TA6V et
de réaliser un
décapage de peinture sur des substrats ou sur des pièces métalliques ou
composites. De
grandes surfaces peuvent être traitées de cette manière et il est possible de
transporter la
machine sur des chantiers.
La machine a cependant pour inconvénient que le canon de focalisation s'obture
souvent de façon aléatoire. Cette tendance à se boucher ou à se colmater rend
inefficace le
système de traitement ou de décapage. Il arrive également que la conduite
d'arrivée des
particules abrasives se bouche par la formation de glace qui résulte du reflux
dans cette
conduite d'une partie du gaz cryogénique au lieu de s'écouler intégralement en
aval dans le
canon de focalisation. De plus, il faut attendre plusieurs minutes (5 min
environ) avant
l'aspiration des particules. En effet, au début du processus, le jet de gaz
étant chaud, il
occupe le volume de la chambre et empêche la formation du Venturi nécessaire à
l'aspiration
des particules. Il faut attendre un certain temps (plusieurs minutes) avant
que le gaz devienne
dense ou supercritique pour que le diamètre de son jet s'affine et se réduise
en proportion
avec le diamètre du tube ou canon de focalisation. Ce laps de temps est
incompressible, car il
correspond au refroidissement du jet d'azote dans la chambre de mélange pour
former un flux
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dense cylindrique dont le diamètre est au plus égal au diamètre de la conduite
cylindrique de
sortie du canon de focalisation. Il arrive souvent que les particules ne
soient pas aspirées
dans la chambre de mélange même après écoulement de la période de
refroidissement du jet
de gaz. Cela est dû à l'insuffisance de la dépression (Venturi) dans la
chambre de mélange.
Un autre inconvénient réside dans le fait que la majeure partie des particules
abrasives n'est
pas aspirée au coeur du jet d'azote et de sorte que ces particules ne sont pas
suffisamment
accélérées par celui-ci : elles restent majoritairement dans une couche de gaz
non dense qui
enveloppe le jet de gaz dense ou supercritique. Il en résulte une performance
très faible du
traitement ou du décapage avec une faible largeur d'impact du jet sur la
surface à traiter ou à
décaper. En fait, l'énergie du jet est concentrée au centre de l'impact et
provoque un
traitement ou un décapage non homogène : une première zone de sur-traitement
ou de sur-
décapage avec une dégradation du matériau substrat dans l'axe du jet et une
deuxième zone
périphérique de sous-traitement ou de sous-décapage, donc de traitement ou de
décapage
partiels. Enfin, le diamètre du jet libre d'azote chargé de particules
abrasives est petit (entre 1
et 2 mm), il est proche du diamètre de l'orifice de sortie du canon de
focalisation. Pour
optimiser la zone de décapage, il faut augmenter la distance de tir qui peut
atteindre entre 20
et 200 mm, ce qui conduit à la projection latérale de particules et à la
pollution du poste de
travail. L'augmentation de la distance de tir peut également réduire l'énergie
du jet et son
efficacité de traitement. Il en résulte un mauvais contrôle de la qualité de
traitement et une
faible productivité. L'autre problème avec ce système utilisant le canon
traditionnel à conduite
de sortie cylindrique, réside dans l'augmentation de la densité d'énergie du
jet en son centre
et provoque un écrasement de la matière sous le jet. Cette déformation
provoque un stress
mécanique important sur la matière impactée et induit des contraintes
résiduelles de
compression dans la couche supérieure du matériau substrat traité. Le
durcissement
superficiel qui en résulte est un problème dans certains processus industriels
de finition par
usinage mécanique par exemple.
L'objectif de la présente invention est d'améliorer la technique de traitement
de surface
par jet sous pression d'azote liquide, d'azote cryogénique supercritique ou
d'azote
cryogénique hypercritique pouvant être chargé en particules, et d'éviter les
inconvénients
évoqués ci-dessus.
Cet objectif est atteint par un dispositif selon le préambule dans lequel le
canon de
focalisation est un canon de focalisation diffusion constitué d'un tube creux
présentant trois
parties successives placées les unes derrière les autres, à savoir
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- une partie convergente située du côté de l'ouverture d'entrée du canon de
focalisation
diffusion et dont la face interne, considérée dans le sens d'écoulement du jet
sous pression
d'azote liquide, d'azote cryogénique supercritique ou d'azote cryogénique
hypercritique, est
convergente,
5 - un col dont la face interne est cylindrique, et
- une partie divergente se terminant par l'ouverture de sortie du canon de
focalisation
diffusion et dont la face interne, considérée dans le sens d'écoulement du jet
sous pression
d'azote liquide, d'azote cryogénique supercritique ou d'azote cryogénique
hypercritique, est
divergente.
La partie divergente permet la détente rapide du jet et une accélération des
particules
contenues dans celui-ci. Grâce au dispositif de l'invention, la vitesse de
décapage ou de
traitement de surface est multipliée par deux ou plus par rapport au procédé
de l'état de la
technique, ce qui réduit le temps de cycle et le coût de production. De plus,
la qualité du
décapage ou du traitement est améliorée. L'angle de divergence de la partie
divergente est
adapté en fonction des besoins de sorte à plus ou moins augmenter la largeur
d'empreinte ou
d'impact du jet sur la surface à traiter ou à décaper. Comparé au jet d'azote
provenant d'un
canon de focalisation sans partie divergente, la largeur de l'empreinte ou
d'impact du jet sur la
surface à traiter ou à décaper peut être multipliée par trois ou plus pour
l'enlèvement de
couches dures ou diffusées chimiquement dans le substrat, comme l'alpha-case
dans de
l'alliage de titane TA6V, ou multipliée par cinq ou plus pour l'enlèvement des
couches
d'oxydes non diffusés dans le substrat, dont l'oxyde de fer (corrosion). Par
ailleurs, les
problèmes de bouchage et de colmatage du jet, tels qu'on les connait avec les
dispositifs de
l'état de la technique, sont supprimés. Le dispositif mécanique est
interchangeable et il peut
être facilement monté sur les machines actuelles de jet d'azote cryogénique
supercritique
sous pression. Ainsi avec ce dispositif, il est possible de contrôler l'effort
appliqué sur la
surface et, en fonction des besoins souhaités, de moduler l'énergie de
l'impact du jet sur le
matériau à traiter pour modifier ou non ses propriétés mécaniques de surface.
Pour cela, on
pourra adapter la vitesse du jet et/ou la taille et les propriétés mécaniques
des particules. Le
jet a une structure homogène sur sa surface d'impact. Par exemple on peut
réduire
considérablement l'écrasement de la matière impactée, ce qui induit peu ou pas
de
déformation de la surface impactée, et les contraintes résiduelles de
compression sur la
couche superficielle du matériau substrat traité, sont très faibles voire
nulles. Ce résultat est
intéressant, car le durcissement superficiel est maîtrisé et les opérations de
finition par
usinage sont facilitées. Au contraire, il est également possible de réaliser
par exemple un
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martelage de la surface à traiter en choisissant des particules de gros
diamètre et/ou une
grande vitesse de jet.
L'angle de divergence de la face interne de la partie divergente est défini
entre la
tangente à la surface et l'axe de révolution du canon de focalisation
diffusion. Il peut être
constant sur toute la longueur du canon. Il peut également varier. Dans ce
cas, plus on
s'écarte du col, plus l'angle de divergence diminue et l'effet de divergence
est faible. La
divergence est adoucie pour préparer le jet à quitter le canon de focalisation
diffusion en
formant un jet conique proche d'un cylindre. Cela peut se faire de façon
continue ou de façon
io graduelle.
Par conséquent, il se présente deux cas distincts :
- soit la divergence de la face interne de la partie divergente est continue
entre le col et
l'ouverture de sortie du canon de focalisation diffusion,
- soit la divergence de la face interne de la partie divergente est
discontinue entre le col et
l'ouverture de sortie du canon de focalisation diffusion.
Dans le premier cas, la divergence de la face interne de la partie divergente
peut être
constante entre le col et l'ouverture de sortie du canon de focalisation
diffusion de sorte que la
face interne de la partie divergente est de forme tronconique. La géométrie
conique de la face
interne est inscrite dans un cylindre formant sur toute sa longueur la face
externe du canon de
focalisation diffusion.
La divergence peut être continue sans pour autant être constante. La face
interne de la
partie divergente peut être par exemple parabolique de sorte qu'au sortir du
col, la divergence
est maximale et diminue progressivement pour atteindre sa valeur minimale à la
sortie du
canon.
Dans la solution discontinue, la face interne de la partie divergente peut
être divisée en
au moins deux tronçons successifs chacun de forme tronconique, l'angle de
conicité de
chaque tronçon, formé entre la génératrice du cône et l'axe de révolution,
diminuant de plus
en plus d'un tronçon à l'autre entre le premier tronçon adjacent au col et le
dernier tronçon
adjacent à la sortie du canon de focalisation diffusion. Dans un exemple de
réalisation simple,
il y a deux tronçons. Les tronçons n'ont pas nécessairement la même longueur.
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Pour faciliter la fabrication du canon de focalisation diffusion, il est
possible de diviser le
canon de focalisation diffusion en deux pièces distinctes pouvant être
assemblées ensemble.
La première pièce comprend par exemple la partie convergente, le col et la
partie amont de la
partie divergente tandis que la deuxième pièce comprend la partie aval de la
partie
divergente.
La divergence de la partie amont située dans la première pièce est de
préférence
supérieure ou égale à la divergence de la partie aval située dans la deuxième
pièce. Ici aussi,
la face interne de chaque partie peut être tronconique ou avoir une divergence
non constante.
Conformément à l'invention, il est préférable que la chambre de mélange soit
constituée
par une paroi tubulaire, de préférence cylindrique ou elliptique, fermée d'un
côté par une paroi
amont munie d'un orifice d'entrée du jet et de l'autre côté par la paroi aval
munie de l'orifice
de sortie du jet, l'orifice d'entrée du jet, l'orifice de sortie du jet, la
partie convergente, le col et
la partie divergente du canon étant alignés sur un axe commun traversant la
chambre de
mélange. Une telle chambre de mélange, avec toutes les caractéristiques qui
suivent, peut
être utilisée aussi bien avec un canon de focalisation diffusion selon
l'invention, qu'avec un
canon de focalisation classique.
Dans un mode de réalisation privilégié de l'invention, la plus grande largeur
perpendiculaire à l'axe de la chambre de mélange est de préférence supérieure
ou égale à la
hauteur parallèle à l'axe de la chambre de mélange. Quand la chambre de
mélange est
cylindrique, la grande largeur correspond au diamètre du cylindre. Quand la
chambre de
mélange est elliptique, elle correspond au grand axe de l'ellipse. Dans
certaines applications,
la hauteur de la chambre peut être supérieure à sa grande largeur. L'axe est
de préférence
décentré par rapport au centre de la paroi tubulaire. Cette configuration
permet de créer une
dépression en ambiance extrême avec présence de gaz sous une forme duplex : un
jet dense
ou supercritique cryogénique et un flux de gaz détendu en périphérie du jet
dense. La
chambre de mélange est assimilable à une bague d'injection de jet de gaz et de
particules. La
forme géométrique de la bague d'injection permet de gérer l'état dual complexe
de
compression/détente provoqué par la détente rapide du jet d'azote, à la sortie
de la buse,
dans le volume de la chambre de mélange.
Quand le dispositif de l'invention doit être utilisé avec de l'azote liquide,
de l'azote
cryogénique supercritique ou de l'azote cryogénique hypercritique sous
pression chargé de
particules, un conduit d'amenée pour les particules peut traverser la paroi
tubulaire et
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déboucher dans la chambre de mélange par un orifice d'entrée de particules.
Afin d'éloigner
l'entrée du flux de particules du jet sous pression d'azote liquide, d'azote
cryogénique
supercritique ou d'azote cryogénique hypercritique, il est préférable que la
distance entre
l'orifice d'entrée de particules et l'axe soit supérieure à la distance entre
l'axe et la partie de la
paroi tubulaire opposée à l'orifice d'entrée de particules. Afin que les
particules n'entrent pas
en collision de façon perpendiculaire avec le jet sous pression d'azote
liquide, d'azote
cryogénique supercritique ou d'azote cryogénique hypercritique, il est
préférable que le
conduit d'amenée de particules soit incliné en direction de la partie aval de
la chambre de
mélange.
Dans un développement de l'invention, un conduit d'entrée du jet traverse la
paroi
amont et débouche dans la chambre de mélange par l'orifice d'entrée du jet, le
conduit
d'entrée du jet étant aligné sur l'axe du jet. L'extrémité amont du conduit
d'entrée du jet est
munie d'une buse traversée par un orifice de section inférieure à la section
du conduit
d'entrée du jet. La surface amont de la buse est de préférence plane et
perpendiculaire à l'axe
du jet. La buse est disposée à la jonction entre un conduit, appelé tube de
collimation faisant
généralement partie du générateur d'azote liquide, d'azote cryogénique
supercritique ou
d'azote cryogénique hypercritique sous pression, et le conduit d'entrée du jet
de telle manière
que la face supérieure de la buse forme un fond plat par rapport à la paroi du
tube de
collimation. L'assemblage de la buse avec le tube de focalisation est réalisé
avec un
changement de section à angle droit. L'azote liquide, l'azote cryogénique
supercritique ou
l'azote cryogénique hypercritique sous pression doit passer dans le tube de
collimation,
traverser l'orifice de la buse et se détendre dans la chambre de mélange avant
de se
refocaliser dans le canon de focalisation diffusion. Il est à noter que la
buse avec sa surface
amont plane et perpendiculaire à l'axe du jet peut être utilisée également
dans les dispositifs
classiques, avec au sans chambre de mélange selon l'invention, avec ou sans
canon de
focalisation diffusion de l'invention.
L'invention concerne également le canon de focalisation pour dispositif pour
le
traitement superficiel d'un matériau par un jet sous pression d'azote liquide,
d'azote
cryogénique supercritique ou d'azote cryogénique hypercritique pouvant être
chargé de
particules, ledit canon présentant une ouverture d'entrée et une ouverture de
sortie.
Conformément à l'invention, le canon de focalisation est un canon de
focalisation diffusion
constitué d'un tube creux présentant trois parties successives placées les
unes derrière les
autres, à savoir :
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- une partie convergente située du côté de l'ouverture d'entrée du canon de
focalisation
diffusion et dont la face interne, considérée dans le sens d'écoulement du jet
sous pression
d'azote liquide, d'azote cryogénique supercritique ou d'azote cryogénique
hypercritique, est
convergente,
- un col dont la face interne est cylindrique, et
- une partie divergente se terminant par l'ouverture de sortie du canon de
focalisation
diffusion et dont la face interne, considérée dans le sens d'écoulement du jet
sous pression
d'azote liquide, d'azote cryogénique supercritique ou d'azote cryogénique
hypercritique, est
divergente.
Ce canon de focalisation diffusion peut être utilisé avec une chambre de
mélange. Il
peut cependant être également utilisé directement sur le tube de collimation
d'un générateur
d'azote liquide, d'azote cryogénique supercritique ou d'azote cryogénique
hypercritique sous
pression si le jet n'est pas chargé de particules. Dans ce cas, il est
préférable de placer dans
la course du jet une buse, par exemple à l'interface entre le tube de
collimation et le canon de
focalisation diffusion. Selon les besoins, l'ouverture d'entrée du canon peut
être conçue pour
être fixée à une chambre de mélange de sorte à être en contact fluidique avec
l'orifice de
sortie de la chambre de mélange ou pour être fixée au tube de collimation du
générateur
d'azote liquide, d'azote cryogénique supercritique ou d'azote cryogénique
hypercritique sous
pression de sorte à être en contact fluidique avec l'orifice de sortie dudit
tube de collimation.
Comme indiqué précédemment, la divergence de la face interne de la partie
divergente
peut être continue ou discontinue entre le col et l'ouverture de sortie du
canon de focalisation
diffusion.
La divergence de la face interne de la partie divergente peut être constante
entre le col
et l'ouverture de sortie du canon de focalisation diffusion de sorte que la
face interne de la
partie divergente est de forme tronconique. La divergence peut être continue
sans pour autant
être constante.
Dans la solution discontinue, la face interne de la partie divergente peut
être divisée en
au moins deux tronçons successifs chacun de forme tronconique, l'angle de
conicité de
chaque tronçon, formé entre la génératrice du cône et l'axe de révolution,
diminuant de plus
en plus d'un tronçon à l'autre entre le premier tronçon adjacent au col et le
dernier tronçon
adjacent à la sortie du canon de focalisation diffusion.
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Il est possible de diviser le canon de focalisation diffusion en deux pièces
distinctes
pouvant être assemblées ensemble. La première pièce comprend par exemple la
partie
convergente, le col et la partie amont de la partie divergente tandis que la
deuxième pièce
comprend la partie aval de la partie divergente. La divergence de la partie
amont située dans
5 la première pièce est de préférence supérieure ou égale à la divergence de
la partie aval
située dans la deuxième pièce. Ici aussi, la face interne de chaque partie
peut être
tronconique ou avoir une divergence non constante.
L'objectif de l'invention est également atteint par un procédé pour le
traitement
10 superficiel d'un matériau par un jet sous pression d'azote liquide, d'azote
cryogénique
supercritique ou d'azote cryogénique hypercritique pouvant être chargé de
particules.
Conformément à l'invention, le procédé prévoit les étapes suivantes consistant
- à introduire dans une chambre de mélange un jet sous pression d'azote
liquide, d'azote
cryogénique supercritique ou d'azote cryogénique hypercritique,
- à faire sortir le jet sous pression d'azote liquide, d'azote cryogénique
supercritique ou
d'azote cryogénique hypercritique de la chambre de mélange en le faisant
passer dans un
conduit de section convergente, puis dans un conduit de section constante, et
ensuite dans
un conduit de section divergente. Ces différents conduits assemblés, dans cet
ordre,
forment le canon de focalisation diffusion.
Il est à noter que si le jet sous pression d'azote liquide, d'azote
cryogénique
supercritique ou d'azote cryogénique hypercritique n'a pas besoin d'être
chargé en particules,
le procédé de focalisation diffusion de l'invention peut être utilisé
directement, sans forcément
passer par une chambre de mélange, notamment en focalisant diffusant un jet
sous pression
d'azote liquide, d'azote cryogénique supercritique ou d'azote cryogénique
hypercritique
sortant directement d'un générateur d'azote liquide, d'azote cryogénique
supercritique ou
d'azote cryogénique hypercritique sous pression. On pourra faire passer le jet
dans une buse
avant de le faire passer dans le conduit de section convergente.
L'azote liquide, l'azote cryogénique supercritique ou l'azote cryogénique
hypercritique,
éventuellement chargé en particules dans la chambre de mélange, est focalisé
et comprimé
dans la partie convergente du canon, puis il passe par le col cylindrique dans
lequel il est
homogénéisé et stabilisé avant d'être détendu rapidement et de façon contrôlée
dans la partie
divergente dont l'extrémité aval constitue l'outil d'application.
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Des particules peuvent être introduites dans la chambre de mélange de sorte
qu'elles se
mélangent dans la chambre de mélange avec au moins une partie du jet sous
pression
d'azote liquide, d'azote cryogénique supercritique ou d'azote cryogénique
hypercritique en
formant un mélange jet de gaz / particules. Les particules sont de préférence
aspirées dans la
chambre de mélange par un effet Venturi créé par le passage du jet sous
pression d'azote
liquide, d'azote cryogénique supercritique ou d'azote cryogénique
hypercritique dans la
chambre de mélange. Elles peuvent également être introduites par propulsion.
Le jet sous
pression d'azote liquide, d'azote cryogénique supercritique ou d'azote
cryogénique
hypercritique peut être injecté dans la chambre de mélange en passant à
travers une buse
io d'un orifice calibré.
Selon les applications envisagées,
les particules peuvent être de forme sphérique ou non sphérique ; et/ou
les particules peuvent être nano-structurées ; et/ou
les particules peuvent être à base de verre, de céramique, de métal, de
polymère, de
bois, de matières biologiques, ou composite ; et/ou
les particules peuvent être constituées d'un seul matériau ou d'au moins deux
matériaux
différents ; et/ou
les particules peuvent être d'une forme hybride, notamment une enveloppe d'un
matériau enrobant totalement ou partiellement un noyau constitué d'un autre
matériau.
Le procédé de l'invention peut être utilisé pour le décapage d'oxydes,
métalliques ou
céramiques, notamment à forte adhésion au substrat, qu'ils soient diffusés
dans le substrat,
comme l'alpha-case dans l'alliage de titane TA6V ou l'alumine A1203 dans
l'aluminium, ou non
diffusés. Il peut également servir pour le traitement ou la préparation de
surfaces avant
usinage ou avant le dépôt de couches fonctionnelles, telles que des
revêtements métalliques
ou non métalliques ou encore des peintures ou des polymères, ou encore pour le
décapage
de revêtement, en particulier des peintures, de dépôts de base polymères, de
vernis ou de
graisses. Il peut également servir pour la modification de la structure de la
surface en
imprimant une texturation, pour créer une rugosité ou une topographie de
surface particulière,
ou encore pour le criblage de surfaces, notamment le martelage et
l'écrouissage. Le procédé
peut par ailleurs être utilisé pour la création d'une couche superficielle sur
un substrat,
notamment par incrustation de particules sur le substrat. Il est notamment
possible en
introduisant des particules métalliques (tels que des particules de cuivre,
d'argent
d'aluminium, de fer ou d'alliages, comme des particules d'acier) ou non
métalliques (tels que
des particules de polymères, de bois ou de verre, voire des particules
biologiques comme des
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antibiotiques ou des produits pharmaceutiques) dans le jet sous pression
d'azote liquide,
d'azote cryogénique supercritique ou d'azote cryogénique hypercritique
d'incruster
mécaniquement ces particules dans un substrat métallique ou non métallique
(par exemple en
matière polymère, en matière élastomère, en bois ou en matière textile). De
cette manière,
des particules peuvent être incrustées dans un substrat sans distorsion de la
surface traitée et
avec une répartition uniforme du dépôt sans surconcentration à certains
endroits.
Une application particulièrement intéressante de cette incrustation est la
métallisation de
substrats polymères, composites à matrices polymères, élastomères, en bois ou
textiles qui
io leur confère une conductivité électrique, thermique, d'ondes
électromagnétiques et/ou un
aspect métallique. La couche de particules ainsi créée peut également servir
de base pour un
futur dépôt, par exemple par cold spray ou un autre procédé de dépôt de
matières
métalliques.
Une autre application intéressante est le dépôt de particules antibactériennes
sur du
bois ou des matières textiles conférant à ces substrats des propriétés
antibactériennes.
Des exemples de réalisation de l'invention sont décrits ci-dessous en
référence aux
dessins qui montrent de façon schématique :
Fig. la une vue éclatée du dispositif de l'invention,
Fig. lb une coupe du dispositif de l'invention avec le canon de la figure
2a.
Fig. 2a une coupe d'un canon de focalisation diffusion monobloc avec une
face intérieure
divergente continue,
Fig. 2b une coupe d'un canon de focalisation diffusion monobloc avec une
face intérieure
divergente discontinue à deux étages,
Fig. 2c une coupe d'un canon de focalisation diffusion multi-bloc avec une
face intérieure
divergente discontinue à deux étages,
Fig. 3a une vue en perspective d'une chambre de mélange selon l'invention,
Fig. 3b la chambre de mélange de la figure 3a vue en coupe longitudinale
selon la coupe
E-E de la figure 3c,
Fig. 3c la chambre de mélange de la figure 3a vue en coupe transversale
selon la coupe
D-D de la figure 3b.
L'invention concerne un dispositif et un procédé pour le traitement
superficiel d'un
matériau par un jet sous pression d'azote liquide, d'azote cryogénique
supercritique ou
d'azote cryogénique hypercritique. Selon les applications recherchées, le jet
sous pression
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d'azote liquide, d'azote cryogénique supercritique ou d'azote cryogénique
hypercritique peut
être chargé de particules. La description qui suit est faite à l'exemple d'une
utilisation d'un jet
d'azote liquide, d'azote cryogénique supercritique ou d'azote cryogénique
hypercritique
chargé en particules. Cet exemple n'a pas d'effet limitatif.
Le dispositif montré sur les figures la et lb se compose essentiellement des
pièces
suivantes :
- d'une chambre de mélange (10),
- d'un canon de focalisation diffusion (20),
- d'une buse (60),
- d'un écrou de serrage (50) permettant de fixer le canon de focalisation
diffusion à la
chambre de mélange.
La chambre de mélange (10) est raccordée à un générateur d'azote liquide,
d'azote
cryogénique supercritique ou d'azote cryogénique hypercritique sous pression
par le biais
d'un tube de collimation (30). Quand le dispositif est utilisé avec de l'azote
liquide, de l'azote
cryogénique supercritique ou de l'azote cryogénique hypercritique sous
pression chargé de
particules, un tube d'amenée de particules (40) est raccordé à la chambre de
mélange (10).
Le jet d'azote traverse le dispositif en passant successivement à travers le
tube de
collimation (30), la buse (60), la chambre de mélange (10) et le canon de
focalisation diffusion
(20). Par convention, on utilise le terme amont pour les parties de ces
pièces par
lesquelles le jet d'azote entre dans ladite pièce, et le terme aval pour
les parties par
lesquelles le jet d'azote quitte la pièce.
Les figures 3a, 3b et 3c montrent la chambre de mélange (10) de forme
tubulaire. Dans
l'exemple présenté ici, cette chambre est cylindrique. Elle est constituée
d'une paroi tubulaire
(11) dont la face axiale interne est cylindrique. La paroi tubulaire est
fermée à ses extrémités
amont et aval par une paroi amont (12) et une paroi aval (13) respectivement,
de préférence
radiales.
Un conduit d'entrée du jet (14) traverse de part en part la paroi amont (12).
Le conduit
d'entrée du jet (14) débouche dans la chambre de mélange par un orifice
d'entrée de
chambre (141). Le tube de collimation (30) est fixé de façon étanche
perpendiculairement à la
surface plane supérieure de la buse (60) reçue dans un logement (142) prévu à
l'extrémité
extérieure du conduit d'entrée du jet (14).
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Un conduit de sortie du jet (15) traverse de part en part la paroi aval (13).
Il débouche
dans la chambre de mélange par un orifice de sortie de chambre (151) de
diamètre (dl)
inférieur au diamètre (d2) du conduit de sortie du jet (15). Le conduit de
sortie du jet (15) sert
de guide et de logement pour le canon de focalisation diffusion (20).
De la face extérieure de la paroi aval (13) saille vers l'extérieur de la
chambre un
embout de fixation (17) traversé par un conduit (171) coaxial et de même
diamètre que le
conduit de sortie du jet (15) : les deux conduits (15, 171) sont dans
l'alignement et la
continuité l'un de l'autre. L'embout de fixation (17) sert à fixer le canon de
focalisation
io diffusion (20) à la chambre de mélange (10) par le biais de l'écrou de
serrage (50). Le conduit
de sortie de jet (15) et le conduit (171) de l'embout de fixation (17) forment
ainsi ensemble un
conduit porte-canon (15, 171). La face externe de l'extrémité amont du canon
de focalisation
diffusion (20) pénètre dans les conduits (15, 171) et vient en butée en appui
contre la paroi
entourant l'ouverture de sortie (151).
Le conduit d'entrée du jet (14) et le conduit de sortie du jet (15) sont de
préférence
cylindriques. Ils sont alignés, ainsi que les orifices d'entrée de chambre
(141) et de sortie de
chambre (151), le tube de collimation (30) et le conduit (171) de l'embout de
fixation (17), sur
un même axe (A) qui traverse la chambre de mélange. L'axe (A) correspond au
parcours du
jet d'azote liquide, d'azote cryogénique supercritique ou d'azote cryogénique
hypercritique. La
face interne axiale de la paroi tubulaire (11) est de préférence parallèle à
l'axe (A).
La paroi cylindrique (11) est traversée de part en part par un conduit
d'amenée de
particules (16) servant à introduire les particules solides dans le jet
d'azote. Le conduit
d'amenée de particules (16) est de préférence incliné, par rapport au plan
perpendiculaire à
l'axe (A), en direction de la partie aval de la chambre de mélange. Les
particules abrasives
sont aspirées dans la chambre de mélange par exemple par effet Venturi du fait
de la
circulation de l'azote traversant la chambre de mélange (10), ce qui provoque
l'entrée dans la
chambre d'un flux d'air à travers le conduit (16). Les particules peuvent
également être
poussées à l'intérieur de la chambre de mélange par un système d'injection
d'air.
La buse (60) est placée à l'entrée (142) du conduit d'entrée du jet (14). Elle
est percée
d'un orifice (61) calibré. Elle est disposée à la jonction entre le tube de
collimation (30) et le
conduit d'entrée du jet (14). Sa face amont est plane et perpendiculaire à
l'axe (A) du tube de
collimation (30), de telle manière que cette face amont de la buse et
l'extrémité aval du tube
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de collimation forment un fond plat. La chambre de mélange est vissée serrée
contre le tube
de collimation (30).
La chambre de mélange (10), qui joue le rôle d'une bague d'injection, présente
une
5 géométrie particulière conçue pour permettre de créer une dépression
suffisante en ambiance
extrême avec présence de gaz périphérique détendu entourant le jet d'azote
liquide, d'azote
cryogénique supercritique ou d'azote cryogénique hypercritique dense sortant
de la buse (60).
La forme géométrique de la chambre de mélange (10) doit être capable de gérer
de façon
optimale l'état dual complexe formé d'une part par le gaz périphérique détendu
et d'autre part
io par le jet de gaz dense sous pression dans le volume intérieur de la
chambre de mélange.
Cette chambre de mélange (10) se caractérise par son diamètre (D) et sa
hauteur (H). Le
diamètre est mesuré perpendiculairement à l'axe (A) tandis que la hauteur est
mesurée
parallèlement à l'axe (A). Le conduit d'amenée des particules (16) débouche
dans la chambre
de mélange en un point où la paroi cylindrique (11) est la plus éloignée de
l'axe (A), à savoir à
15 une distance (D1). Là où la paroi cylindrique (11) est la plus proche de
l'axe (A), en
l'occurrence à l'opposé du conduit d'amenée des particules (16), elle se
trouve à une distance
(D2) de l'axe (A). Le diamètre (D) est donc égal à la somme de ces deux
distances (D1, D2).
Le diamètre (D) est de préférence égal ou supérieur à la hauteur (H), mais le
diamètre (D)
peut également dans certains cas être inférieur à la hauteur (H). La chambre
se caractérise
également par le diamètre (dl) de son ouverture de sortie (151).
Grâce à la position excentrée de l'axe (A) du jet d'azote, éloignée de
l'orifice d'entrée
(161) du conduit d'amenée de particules (16), on diminue considérablement
l'effet
perturbateur sur le jet d'azote et son alignement sur l'axe (A), provoqué par
le flux de
particules associé à l'air entrant latéralement dans la chambre. En effet,
grâce à cette
excentricité de l'axe (A), la vitesse du flux de particules et d'air est
ralentie convenablement,
ce qui permet aux particules et à l'air entrant de pénétrer tout d'abord dans
la couche
extérieure d'azote détendu (enveloppe de mélange) qui entoure le jet dense
supersonique
supercritique dans la chambre de mélange qu'il traverse. Il y a donc formation
d'un mélange
complexe composé des particules, du gaz détendu périphérique et du jet de gaz
supercritique. Le mélange obtenu dans les conditions de l'invention suit un
processus
progressif vers l'axe du jet en aval en conservant les propriétés
thermomécaniques du jet. Cet
effet est amplifié, car favorisé par l'inclinaison du conduit d'amenée de
particules (16) en
direction de la partie aval du jet et de la chambre de mélange, les particules
entrant en
contact avec le jet d'azote selon un angle d'incidence orienté qui converge
vers l'aval de la
chambre. La position excentrée de l'axe (A) du jet par rapport à l'orifice
d'amenée des
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particules (161) évite également le problème de formation de glace dans la
conduite
d'amenée des particules.
L'orifice (61) de la buse (60) sert à accélérer le jet sous pression d'azote
liquide, d'azote
cryogénique supercritique ou d'azote cryogénique hypercritique avant son
entrée dans la
chambre de mélange. Généralement, les faces amont des buses de l'état de la
technique sont
coniques en se rétrécissant dans le sens de circulation du gaz pour finir par
l'orifice. Au
contraire, dans l'invention, la face amont de la buse forme une surface plane
perpendiculaire
à l'axe (A) du jet de gaz. De plus, elle est disposée au plus près possible de
la paroi interne
io cylindrique du tube de collimation (30). Idéalement, la surface amont de la
buse doit être dans
le prolongement direct de la partie cylindrique du tube de collimation. En
pratique, il peut être
nécessaire, pour une bonne étanchéité, que la surface de contact entre le tube
de collimation
et la chambre de mélange soit conique de sorte que la face amont de la buse,
tout en étant au
plus près possible de la partie cylindrique aval du tube de collimation, ne
soit pas tout à fait en
contact avec celle-ci. On a constaté un meilleur résultat en termes
d'aspiration de particules et
d'énergie avec un tel jet mieux maîtrisé et présentant moins de perturbations.
Le canon de focalisation diffusion (20) est conçu pour jouer deux rôles :
d'une part
garantir l'équilibre mécanique dans la chambre de mélange (10) en créant à
l'intérieur de
celle-ci une dépression constante et suffisante, et d'autre part former un jet
d'azote chargé de
particules à densité d'énergie répartie de façon homogène à la sortie du canon
de focalisation
diffusion (20). Pour cela, le canon (20) est constitué d'un tube creux
présentant, placées les
unes derrière les autres dans le sens de circulation du jet d'azote, trois
parties successives, à
savoir une partie convergente (21), un col (22) et une partie divergente (23).
Dans la partie
convergente, le jet de gaz et de particules est focalisé et re-comprimé
partiellement.
L'enveloppe d'azote détendu avec les particules qu'elle contient et qui
entourent le jet
supercritique est comprimée et dirigée vers le col. Le jet passe ensuite dans
le col (22) de
forme cylindrique dans lequel les particules pénètrent dans le coeur du jet
sous pression
d'azote liquide, d'azote cryogénique supercritique ou d'azote cryogénique
hypercritique afin
d'obtenir un mélange gaz / particules optimal et améliorer le transfert de
quantité de
mouvement du jet de gaz vers les particules en aval, ce qui permet d'accélérer
efficacement
les particules. Le jet ainsi homogénéisé et stabilisé est ensuite détendu
rapidement de façon
contrôlée dans la partie divergente de diffusion (23) de volume et de forme
particuliers
permettant d'obtenir une accélération maximale des particules et leur
répartition de façon
homogène et idéale dans le jet. Cette configuration conduit idéalement à
maximiser l'énergie
thermomécanique du jet de gaz chargé de particules et de la répartir de façon
homogène sur
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la zone d'impact pour obtenir une efficacité améliorée de l'enlèvement de
matière y compris
les matières dures diffusées dans le substrat dont les oxydes de type alpha-
case TiO2 diffusé
dans le titane et ses alliages TA6V et l'alumine A1203 diffusée dans
l'aluminium et ses
alliages. Le jet sortant du canon de focalisation diffusion est très
légèrement conique. Sa
détente, au lieu de se faire à la sortie du canon comme avec les canons de
l'état de la
technique, se fait progressivement et de façon contrôlée dans la partie
divergente. Il en
résulte également une empreinte du jet plus grande et un meilleur contrôle de
sa géométrie
(largeur, profondeur) à l'impact avec la surface du matériau à traiter.
io Les figures 2 montrent trois exemples de réalisation du canon de
focalisation diffusion.
La partie convergente (21) est située dans la section amont du canon de
focalisation
diffusion. Considérée dans le sens d'écoulement du gaz, sa face interne est
convergente.
Cette partie convergente permet de diriger convenablement vers le col (22) le
gaz dense ainsi
que le gaz périphérique et les particules qui entourent le jet supercritique,
et ainsi de favoriser
la dépression dans la chambre de mélange (10). Elle permet également de
focaliser le jet. La
partie convergente (21) est de préférence de forme tronconique.
La partie convergente (21) se poursuit par un col (22) dont la face interne
est
cylindrique. Ce col sert à stabiliser le jet d'azote, à favoriser la
pénétration des particules dans
le jet d'azote, et à homogénéiser la densité d'énergie cinétique du jet
diphasique de gaz
chargé de particules. Il permet d'obtenir un mélange gaz / particules optimal
et de favoriser le
transfert de quantité de mouvement du jet de gaz vers les particules en aval,
ce qui permet
d'accélérer efficacement les particules. Le diamètre et la longueur du col
sont des paramètres
critiques : d'une part le diamètre du col (22) agit directement sur la
dépression obtenue dans
la chambre de mélange (10) et détermine ainsi l'équilibre mécanique du mélange
gaz,
particules, jet d'azote, d'autre part la longueur du col (22) agit à la fois
sur la physique du jet et
sur son énergie thermomécanique à l'entrée de la partie divergente du canon.
Le col cylindrique (22) se poursuit par la partie divergente (23) située dans
la section
aval du canon de focalisation diffusion. Considérée dans le sens d'écoulement
du gaz, sa
face interne est divergente. Il s'agit de la partie terminale du canon de
focalisation diffusion.
Elle définit et détermine l'enveloppe physique de la diffusion du jet et
accompagne sa détente
de manière à obtenir une densité d'énergie maximale répartie de façon homogène
en
direction radiale. Ainsi, le jet de gaz chargé de particules a une géométrie
circulaire de
diamètre maximal et de densité énergétique thermomécanique homogène. Dans les
exemples
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présentés sur les figures 2a à 2c, la face interne de la partie divergente
présente une forme
tronconique.
Comme le montre la figure 2a, le diamètre de la partie divergente (23) peut
diminuer de
façon continue et constante conférant ainsi à cette partie divergente une
forme tronconique. Il
serait possible d'avoir une partie divergente continue mais variable, par
exemple en conférant
à la face interne de la partie divergente une forme parabolique. A titre
d'exemple non limitatif,
un tel canon de focalisation diffusion peut avoir les dimensions suivantes :
Longueur totale : 160 mm
io Longueur de la partie convergente (21) : 35 mm
Longueur du col (22) : 2,6 mm
Longueur de la partie divergente (23) : 122,4 mm
Angle de convergence de la partie convergente (21) : 5,465
Angle de divergence de la partie divergente (23) : 1,57
Diamètre du col (22) : 1,80 mm
Diamètre d'entrée et de sortie du canon : 8,50 mm
Diamètre externe du canon : 10 mm
Il est cependant également possible de diviser la partie divergente (23) en au
moins
deux tronçons successifs de divergence décroissante (23a, 23b). Ici aussi, la
divergence de
chaque tronçon peut être constante, c.-à-d. que la face interne du tronçon est
tronconique, ou
variable. Dans l'exemple présenté ici, l'angle de conicité défini entre la
génératrice du cône et
l'axe de révolution diminue de plus en plus d'un tronçon à l'autre entre le
premier tronçon
(23a) situé juste après le col (22) et le dernier tronçon (23b) situé du côté
de la sortie aval du
canon. Dans l'exemple présenté aux figures 2b et 2c, la partie divergente est
divisée en deux
tronçons tronconiques (23a, 23b). Les tronçons n'ont pas nécessairement la
même longueur.
Dans l'exemple de la figure 2c, le canon de focalisation diffusion (20) est
constitué de
deux pièces distinctes (20a, 20b) assemblées ensemble, de préférence de façon
à pouvoir
être séparée. La première pièce (20a) présente la partie convergente (21), le
col (22) et la
partie amont (23a) de la partie divergente (23). La deuxième pièce (20b) est
fixée sur la
première (20a), par exemple emmanchée, par une section de fixation (23c) qui
entoure au
moins l'extrémité libre de la partie amont (23a). Le diamètre de l'extrémité
aval de la partie
amont (23a) est identique au diamètre amont de la partie aval (23b). La
conicité de la partie
aval (23b) peut être identique à celle de la partie amont (23a), mais elle est
de préférence
inférieure, de sorte à forme un canon semblable à celui de l'exemple de la
figure 2b. Cette
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solution en deux pièces (20a, 20b) a pour intérêt de faciliter la fabrication
du canon de
focalisation diffusion et de permettre d'adapter la conicité en fonction des
besoins de chaque
application.
Le canon de focalisation diffusion peut être utilisé également avec un jet
sous pression
d'azote liquide, d'azote cryogénique supercritique ou d'azote cryogénique
hypercritique sans
apport de particules. Dans ce cas, la chambre de mélange n'a pas besoin
d'avoir de conduit
d'amenée de particules. Il n'est pas non plus nécessaire que l'axe (A) du jet
soit excentré par
rapport à la chambre tubulaire (11). Une autre solution consiste à renoncer
entièrement à la
io chambre de mélange (10) et à fixer le canon de focalisation diffusion (20)
directement à la
sortie du tube de collimation (30) avec de préférence interposition d'une buse
(60).
Dans l'exemple de réalisation présenté ici, la chambre de mélange (10) est de
forme
cylindrique. Il serait possible pour éviter les espaces morts de donner à sa
section
transversale (perpendiculaire à l'axe (A) du jet) une forme plus allongée, par
exemple une
forme elliptique, ou rectangulaire avec les petits côtés arrondis. Les
particules qui ne sont pas
aspirées dans le jet retombent sur la paroi tubulaire (11) de la chambre et
risquent de
s'accumuler. En choisissant une forme allongée pour la section transversale,
on force les
particules à retourner soit vers le jet (si elles s'accumulent dans la partie
D2), soit vers le flux
de particules aspirées (si elles s'accumulent dans la partie D1). Dans le cas
d'une chambre
tubulaire allongée, le conduit d'amenée des particules débouche dans une des
deux
extrémités de la forme allongée et l'axe (A) du jet est décalé vers l'autre
extrémité allongée.
Si l'azote liquide, l'azote cryogénique supercritique ou l'azote cryogénique
hypercritique
sous pression est chargé en particules, on pourra utiliser des particules de
forme sphérique
ou non sphérique ou nano-structurées, qui pourront être à base de verre, de
céramique, de
métal, de polymère ou en composite. Les particules peuvent être constituées
d'un seul
matériau ou d'au moins deux matériaux différents. Sans être limitatif, les
particules peuvent
être d'une forme hybride par exemple une enveloppe d'un matériau enrobant
totalement ou
partiellement un noyau constitué d'un autre matériau.
La chambre de mélange (10) est de préférence réalisée en acier inoxydable, par
exemple en acier inoxydable 316L. Le canon de focalisation diffusion (20) est
de préférence
réalisé en carbure, notamment en carbure de tungstène. La buse (60) est
généralement
réalisée en diamant, en saphir, en carbure de tungstène.
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La buse (60) pourrait être placée dans le tube de collimation (30), de
préférence à son
extrémité aval, plutôt que dans le conduit d'entrée de l'azote liquide, de
l'azote cryogénique
supercritique ou de l'azote cryogénique hypercritique (14).
5 Comme cela a été dit précédemment, le diamètre et la longueur du col (22)
sont des
paramètres importants. Ils sont choisis en fonction du type d'application et
de l'énergie du jet
souhaitée. Le diamètre du col (22) tient également compte, le cas échéant, de
la taille des
particules utilisées. Selon les besoins, la taille des particules peut varier
de 1 à 1 000 pm pour
du décapage ou pour créer une rugosité ou une topographie de surface, ou de la
texturation,
io voire aller jusqu'à 3 mm ou plus pour du martelage ou de l'écrouissage.
Pour du décapage ou
pour créer de la rugosité ou de la texturation de surface, le diamètre du col
peut être choisi
entre 1 et 3 mm avec ou sans particules. Pour une application de martelage ou
d'écrouissage,
le diamètre du col doit être plus grand (jusqu'à 5 mm ou plus). Ces valeurs
sont indiquées à
titre d'exemple et n'ont pas de valeur limitative. La longueur du col a un
effet sur la vitesse
15 des particules, donc sur l'énergie cinétique du jet. Jusqu'à une certaine
longueur, plus le col
est long, meilleure est l'énergie. Par exemple, des longueurs comprises entre
2 et 50 mm ont
donné de bons résultats. Dans le cas d'un col particulièrement long, le modèle
de canon en
deux pièces (cf. fig. 2c) est à privilégier. Dans ce cas, la première pièce
(20a) pourra n'avoir
que la partie convergente (21) et le col (22), tandis que la deuxième pièce
(20b) pourra avoir
20 toute la partie divergente (23).
Le dispositif de l'invention, et notamment la chambre de mélange, peuvent être
utilisés
verticalement comme dans la figure 3b, horizontalement ou de façon plus
générale dans
n'importe quelle orientation spatiale.
Grâce au dispositif de l'invention, la vitesse de décapage ou de traitement de
surface
est multipliée par un facteur supérieur à deux, la surface traitée est
homogène et plus grande
par rapport au procédé de l'état de la technique ce qui réduit le temps de
cycle et le coût de
production. La performance du procédé permet d'enlever les couches des
matières des plus
tendres aux plus dures dont les couches d'oxydes diffusés chimiquement dans
les substrats
tels que l'alpha-case du Titane et de ses alliages ou de l'alumine.
Liste des références :
1 Dispositif
10 Chambre de mélange
11 Paroi tubulaire, de préférence cylindrique ou elliptique
CA 03097619 2020-10-19
WO 2019/211462 PCT/EP2019/061437
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12 Paroi amont
13 Paroi aval
14 Conduit d'entrée de l'azote liquide, de l'azote cryogénique
supercritique ou
de l'azote cryogénique hypercritique sous pression
141 Orifice d'entrée de l'azote liquide, de l'azote cryogénique supercritique
ou de l'azote cryogénique hypercritique sous pression dans la
chambre de mélange
142 Logement de la buse à l'entrée du conduit d'azote liquide, d'azote
cryogénique supercritique ou d'azote cryogénique hypercritique sous
io pression
Conduit de sortie de l'azote liquide, de l'azote cryogénique supercritique ou
de l'azote cryogénique hypercritique sous pression
151 Orifice de sortie de l'azote liquide, de l'azote cryogénique supercritique
ou de l'azote cryogénique hypercritique sous pression de la chambre
15 de mélange
16 Conduit d'amenée des particules
161 Orifice d'entrée des particules dans la chambre de mélange
17 Embout porte-canon
171 Conduit de l'embout porte-canon
D Largeur (diamètre intérieur quand la chambre est cylindrique)
de la chambre
de mélange
D1 Distance entre l'orifice d'entrée des particules et l'axe du
jet sous pression
d'azote liquide, d'azote cryogénique supercritique ou d'azote cryogénique
hypercritique (excentricité d'aspiration du côté arrivée des particules)
D2 Distance de l'axe du jet à la paroi tubulaire à l'opposé de
l'orifice d'entrée
des particules
H Hauteur intérieure de la chambre de mélange
dl Diamètre de l'orifice de sortie de la chambre de mélange
d2 Diamètre du conduit porte-canon
A Axe du jet sous pression d'azote liquide, d'azote cryogénique
supercritique
ou d'azote cryogénique hypercritique
20 Canon de focalisation diffusion
20a Première pièce du canon de focalisation diffusion
20b Deuxième pièce du canon de focalisation diffusion
CA 03097619 2020-10-19
WO 2019/211462
PCT/EP2019/061437
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21 Partie convergente
22 Col
23 Partie divergente
23a Tronçon amont
23b Tronçon aval
23c Embout de fixation de la deuxième pièce
30 Tube de collimation
31 Extrémité aval
40 Tube d'amenée de particules
50 Écrou de serrage
60 Buse
61 Orifice d'injection
