FR3098423A1 - Process for treating a metallic material by laser shock and using the metallic material obtained by such a process - Google Patents
Process for treating a metallic material by laser shock and using the metallic material obtained by such a process Download PDFInfo
- Publication number
- FR3098423A1 FR3098423A1 FR1907841A FR1907841A FR3098423A1 FR 3098423 A1 FR3098423 A1 FR 3098423A1 FR 1907841 A FR1907841 A FR 1907841A FR 1907841 A FR1907841 A FR 1907841A FR 3098423 A1 FR3098423 A1 FR 3098423A1
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- metallic material
- treated
- impact zone
- laser
- zone
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D10/00—Modifying the physical properties by methods other than heat treatment or deformation
- C21D10/005—Modifying the physical properties by methods other than heat treatment or deformation by laser shock processing
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
- B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
- B23K26/062—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam
- B23K26/0622—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam by shaping pulses
- B23K26/0624—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam by shaping pulses using ultrashort pulses, i.e. pulses of 1ns or less
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/08—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
- B23K26/082—Scanning systems, i.e. devices involving movement of the laser beam relative to the laser head
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/12—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in a special atmosphere, e.g. in an enclosure
- B23K26/122—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in a special atmosphere, e.g. in an enclosure in a liquid, e.g. underwater
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/352—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring for surface treatment
- B23K26/356—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring for surface treatment by shock processing
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/60—Preliminary treatment
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
- C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
- C22F1/04—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
- C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
- C22F1/16—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of other metals or alloys based thereon
- C22F1/18—High-melting or refractory metals or alloys based thereon
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
- C22F3/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by special physical methods, e.g. treatment with neutrons
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
Abstract
« Procédé de traitement d’un matériau métallique par choc laser et utilisation du matériau métallique obtenu par un tel procédé » L’invention se rapporte au traitement de matériaux métalliques par émission d’impulsions laser se propageant à travers un média de confinement et impactant, au niveau d’une zone d’impact, la surface du matériau métallique ou un film de couplage en contact avec la surface du matériau métallique ; le média de confinement étant en contact avec la surface du matériau métallique ou un film de couplage. Les impulsions laser présentent une durée comprise entre 1 et 100 ns, une longueur d’onde comprise entre 300 et 1200 nm, une irradiance comprise entre 0,1 et 50 GW/cm² et un diamètre, au niveau de la zone d’impact, compris entre 1 µm et 10 mm. L’invention comprend une mise en mouvement relatif du faisceau laser et/ou de la zone d’impact l’un par rapport à l’autre de sorte qu’un taux de recouvrement, au sein d’une zone à traiter du matériau métallique destiné à être traité, entre une aire d’une zone d’impact et une aire d’une zone d’impact adjacente qui est supérieur à 5 % et/ou inférieur à 95%. Figure pour l’abrégé : Fig.1"Method for treating a metallic material by laser shock and use of the metallic material obtained by such a method" The invention relates to the treatment of metallic materials by emission of laser pulses propagating through a confinement and impacting medium, at an impact zone, the surface of the metallic material or a coupling film in contact with the surface of the metallic material; the containment media being in contact with the surface of the metallic material or a coupling film. The laser pulses have a duration of between 1 and 100 ns, a wavelength of between 300 and 1200 nm, an irradiance of between 0.1 and 50 GW / cm² and a diameter, at the level of the impact zone, between 1 µm and 10 mm. The invention comprises a relative movement of the laser beam and / or of the impact zone with respect to each other so that a coverage rate, within a zone to be treated of the metallic material intended to be treated, between an area of an impact zone and an area of an adjacent impact zone that is greater than 5% and / or less than 95%. Figure for the abstract: Fig. 1
Description
La présente invention se rapporte aux matériaux métalliques et aux alliages utilisés pour leurs propriétés mécaniques.The present invention relates to metallic materials and alloys used for their mechanical properties.
La présente invention vise, en particulier, des matériaux métalliques et des alliages utilisés dans le domaine de l’aéronautique ou du nucléaire.The present invention relates, in particular, to metallic materials and alloys used in the aeronautical or nuclear field.
Plus particulièrement, la présente invention concerne des matériaux métalliques et des alliages utilisés sous contraintes mécaniques dans des milieux corrosifs et/ou à hautes températures.More particularly, the present invention relates to metallic materials and alloys used under mechanical stress in corrosive environments and/or at high temperatures.
Etat de la technique antérieureState of the prior art
On connait dans l’état de la technique antérieure des procédés de traitement par choc laser pour l’amélioration de la tenue mécanique des matériaux métalliques. Les procédés de l’état de l’art utilisent des dispositifs laser à faibles cadences de tir associés à des générateurs électriques puissants et encombrants.In the state of the prior art, laser shock treatment processes are known for improving the mechanical strength of metallic materials. State-of-the-art methods use laser devices with low firing rates associated with powerful and bulky electrical generators.
Un but de l’invention est notamment de :
- proposer un procédé améliorant les propriétés de résistance à l’oxydation à haute température d’une pièce métallique ou d’un alliage, et/ou
- proposer un procédé améliorant la résistance à l’oxydation haute température des propriétés mécaniques, et/ou
- proposer un procédé améliorant les propriétés mécaniques d’une pièce métallique ou d’un alliage, et/ou
- proposer un procédé compatible avec les contraintes industrielles, et/ou
- proposer un procédé permettant de traiter des échantillons de toutes géométries, et/ou
- diminuer le temps de traitement par choc laser, et/ou
- proposer un procédé permettant à un échantillon métallique de conserver ses propriétés mécaniques lors de son utilisation en milieu corrosif et/ou à hautes températures, et/ou
- proposer un procédé permettant à un échantillon métallique de conserver ses propriétés mécaniques lors de son utilisation prolongée en milieu corrosif et/ou à hautes températures, et/ou
- proposer un procédé permettant à un échantillon métallique de conserver ses propriétés mécaniques lors de son utilisation sous contraintes mécaniques en milieu corrosif et/ou à hautes températures.An object of the invention is in particular to:
- propose a method improving the properties of resistance to oxidation at high temperature of a metal part or an alloy, and/or
- propose a process improving the resistance to high temperature oxidation of the mechanical properties, and/or
- propose a process improving the mechanical properties of a metal part or an alloy, and/or
- propose a process compatible with industrial constraints, and/or
- propose a process for processing samples of all geometries, and/or
- reduce the laser shock treatment time, and/or
- propose a process allowing a metal sample to retain its mechanical properties when used in a corrosive environment and/or at high temperatures, and/or
- propose a process allowing a metal sample to retain its mechanical properties during prolonged use in a corrosive environment and/or at high temperatures, and/or
- propose a method allowing a metal sample to retain its mechanical properties when used under mechanical stress in a corrosive environment and/or at high temperatures.
Présentation de l’inventionPresentation of the invention
A cet effet, il est proposé un procédé de traitement d’un matériau métallique comprenant :
- une mise en contact d’un média de confinement avec :
● une partie d’une surface du matériau métallique destiné à être traité, ou
● une partie d’un film de couplage en contact avec la partie de la surface du matériau métallique destiné à être traité,
- une émission d’un faisceau laser, sous forme d’impulsions laser, impactant, au niveau d’une zone d’impact :
● la partie de la surface du matériau métallique destiné à être traité, ou
● la partie du film de couplage en contact avec la partie de la surface du matériau métallique destiné à être traité, lesdites impulsions laser présentant :
■ une durée comprise entre 1 et 100 ns,
■ une longueur d’onde comprise entre 300 et 1200 nm,
■ une irradiance comprise entre 0,1 et 50 GW/cm²,
■ un diamètre, au niveau de la zone d’impact, compris entre 1 µm et 10 mm,
- une mise en mouvement relatif du faisceau laser et/ou de la zone d’impact l’un par rapport à l’autre,
- un taux de recouvrement, au sein d’une zone à traiter du matériau métallique destiné à être traité, entre une aire d’une zone d’impact et une aire d’une zone d’impact adjacente qui est supérieur à 5 % et/ou inférieur à 95%.To this end, there is proposed a method for treating a metallic material comprising:
- bringing a containment medium into contact with:
● part of a surface of the metallic material intended to be treated, or
● a part of a coupling film in contact with the part of the surface of the metallic material intended to be treated,
- an emission of a laser beam, in the form of laser pulses, impacting, at the level of an impact zone:
● the part of the surface of the metallic material intended to be treated, or
● the part of the coupling film in contact with the part of the surface of the metallic material intended to be treated, said laser pulses having:
■ a duration between 1 and 100 ns,
■ a wavelength between 300 and 1200 nm,
■ an irradiance between 0.1 and 50 GW/cm²,
■ a diameter, at the level of the impact zone, of between 1 µm and 10 mm,
- relative movement of the laser beam and/or of the impact zone with respect to each other,
- a rate of coverage, within a zone to be treated of the metallic material intended to be treated, between an area of an impact zone and an area of an adjacent impact zone which is greater than 5% and /or less than 95%.
Le faisceau laser émis peut se propager à travers le média de confinement avant d’impacter, le matériau métallique ou le film de couplage, au niveau de la zone d’impact.
De préférence, le média de couplage est choisi de sorte que le faisceau laser n’interagit pas, ou interagit de manière négligeable, avec le média de confinement. De préférence encore, le média de couplage est choisi de sorte que le faisceau laser subisse une diminution de puissance de 5 % au maximum lors de la traversée du média de confinement.The emitted laser beam can propagate through the confinement medium before impacting, the metallic material or the coupling film, at the level of the impact zone.
Preferably, the coupling medium is chosen so that the laser beam does not interact, or interacts in a negligible manner, with the confinement medium. Preferably again, the coupling medium is chosen so that the laser beam undergoes a reduction in power of at most 5% when passing through the confinement medium.
L’impact du faisceau laser au niveau de la zone d’impact avec le matériau métallique ou le film de couplage génère un plasma laser. Le confinement du plasma laser généré, par le média de confinement, provoque l’apparition d’une onde de choc se propageant dans le matériau métallique.The impact of the laser beam at the impact zone with the metallic material or the coupling film generates a laser plasma. The confinement of the generated laser plasma, by the confinement medium, causes the appearance of a shock wave propagating in the metallic material.
Le matériau métallique peut être du titane et/ou de l’aluminium.
Le matériau métallique peut être un alliage. Le matériau peut être un alliage de nickel, de zirconium, et de fer.The metallic material can be titanium and/or aluminum.
The metallic material may be an alloy. The material can be an alloy of nickel, zirconium, and iron.
La surface du matériau métallique destiné à être traité peut comprendre un revêtement ou une couche de surface.The surface of the metallic material to be treated may comprise a coating or a surface layer.
Le procédé peut comprendre une étape de traitement du matériau métallique destiné à être traité. L’étape de traitement peut être mise en œuvre concomitamment ou préalablement à l’étape d’émission d’impulsions laser. De préférence, l’étape de traitement peut être mise en œuvre préalablement à l’étape d’émission d’impulsions laser.
L’étape de traitement du matériau métallique peut être un traitement de surface.
L’étape de traitement du matériau métallique peut être un traitement d’ablation laser.The method may include a step of treating the metallic material intended to be treated. The processing step can be implemented concomitantly or prior to the step of emitting laser pulses. Preferably, the processing step can be implemented prior to the laser pulse emission step.
The metallic material treatment step can be a surface treatment.
The metallic material treatment step can be a laser ablation treatment.
De préférence, l’irradiance des impulsions laser est supérieure à 1 GW/cm² et inférieure à 20 GW/cm². De manière d’avantage préférée, l’irradiance des impulsions laser est comprise entre 1 GW/cm² et 10 GW/cm².Preferably, the irradiance of the laser pulses is greater than 1 GW/cm² and less than 20 GW/cm². More preferably, the irradiance of the laser pulses is between 1 GW/cm² and 10 GW/cm².
De préférence, la zone à traiter du matériau métallique est l’ensemble de la surface du matériau métallique. Dans ce cas, le système de mise ne mouvement peut être agencé de manière que des zones d’impact successives des émissions laser recouvrent l’ensemble de la surface du matériau métallique. Le faisceau laser peut être mis en mouvement par rapport à la surface du matériau métallique. Le traitement de l’ensemble de la surface du matériau métallique permet d’améliorer la conservation des propriétés mécaniques du matériau métallique.Preferably, the area to be treated of the metallic material is the entire surface of the metallic material. In this case, the movement system can be arranged so that successive impact zones of the laser emissions cover the entire surface of the metallic material. The laser beam can be set in motion relative to the surface of the metallic material. The treatment of the entire surface of the metallic material makes it possible to improve the conservation of the mechanical properties of the metallic material.
Le film de couplage, lorsqu’il est utilisé, peut recouvrir simultanément la totalité de la zone à traiter du matériau métallique ou peut recouvrir successivement différentes parties de la zone à traiter du matériau métallique.The coupling film, when used, may simultaneously cover the entire area to be treated with the metallic material or may successively cover different parts of the area to be treated with the metallic material.
Une diminution de l’irradiance des impulsions laser peut être compensée par une augmentation de l’aire de recouvrement.A decrease in the irradiance of the laser pulses can be compensated by an increase in the coverage area.
Il peut être entendu par propriété mécanique d’un matériau, une résistance à la fatigue, une résistance au fluage, une conservation d’une limite élastique du matériau ou une résistance élastique.It can be understood by mechanical property of a material, resistance to fatigue, resistance to creep, conservation of an elastic limit of the material or elastic resistance.
Les impulsions laser peuvent être émises à une fréquence supérieure à 1 Hz.
De préférence, la fréquence de tir est supérieure ou égale à 10 Hz.Laser pulses can be emitted at a frequency greater than 1 Hz.
Preferably, the firing frequency is greater than or equal to 10 Hz.
Le procédé peut comprendre une étape de chauffage du matériau métallique.
L’étape de chauffage du matériau métallique peut être un chauffage homogène du matériau métallique. L’étape de chauffage du matériau métallique peut être un chauffage du matériau métallique dans son ensemble. L’étape de chauffage du matériau métallique peut être réalisée de manière contrôlée dans une enceinte de chauffage régulée en température.
L’étape de chauffage du matériau métallique peut être réalisée concomitamment à l’étape d’émission du faisceau laser.
De préférence, l’étape de chauffage du matériau métallique est réalisée subséquemment à l’étape d’émission du faisceau laser. De préférence encore, l’étape de chauffage du matériau métallique est réalisée subséquemment au traitement par choc laser du matériau métallique. L’étape de chauffage du matériau métallique peut être réalisée indépendamment de l’étape d’émission du faisceau laser.The method may include a step of heating the metallic material.
The step of heating the metallic material can be a homogeneous heating of the metallic material. The step of heating the metallic material may be heating the metallic material as a whole. The step of heating the metallic material can be carried out in a controlled manner in a temperature-regulated heating enclosure.
The step of heating the metallic material can be carried out concomitantly with the step of emitting the laser beam.
Preferably, the step of heating the metallic material is carried out subsequent to the step of emitting the laser beam. Preferably again, the step of heating the metallic material is carried out subsequent to the laser shock treatment of the metallic material. The step of heating the metallic material can be carried out independently of the step of emitting the laser beam.
L’étape de chauffage peut comprendre un chauffage du matériau métallique à une température supérieure à 200°C.
De préférence, le matériau métallique est chauffé à une température supérieure à 400°C, de préférence encore, à une température supérieure à 500°C. De manière d’avantage préférée, le matériau métallique est chauffé à une température supérieure à 550°C. De manière encore d’avantage préférée, le matériau métallique est chauffé à une température supérieure à 600°C. De manière d’avantage préférée entre toutes, le matériau métallique est chauffé à une température supérieure à 700°C.The heating step may include heating the metallic material to a temperature above 200°C.
Preferably the metallic material is heated to a temperature above 400°C, more preferably to a temperature above 500°C. More preferably, the metallic material is heated to a temperature above 550°C. Even more preferably, the metallic material is heated to a temperature above 600°C. Most preferably, the metallic material is heated to a temperature above 700°C.
L’étape de chauffage du matériau métallique peut être réalisée sous air sec.
Il est entendu par air sec, un air contenant moins de 5% d’eau gazeuse en volume.
L’étape de chauffage du matériau métallique peut être réalisée sous atmosphère inerte, telle que par exemple sous azote ou sous un gaz noble.
L’étape de chauffage du matériau métallique peut être réalisée dans une atmosphère comprenant majoritairement, en pourcentage volumique, un gaz oxydant, tel que par exemple l’oxygène.
L’étape de chauffage peut être réalisée aussi dans l’air ambiant.The step of heating the metallic material can be carried out in dry air.
It is understood by dry air, an air containing less than 5% gaseous water by volume.
The step of heating the metallic material can be carried out under an inert atmosphere, such as for example under nitrogen or under a noble gas.
The step of heating the metallic material can be carried out in an atmosphere mainly comprising, in percentage by volume, an oxidizing gas, such as for example oxygen.
The heating step can also be carried out in ambient air.
L’étape de chauffage du matériau métallique peut comprendre un gradient de température inférieur à 100°C/min.
Autrement dit, l’étape de chauffage peut comprendre une montée en température selon un gradient de température inférieur à 100°C/min. De préférence, l’étape de chauffage du matériau métallique comprend un gradient de température inférieur à 50°C/min.The step of heating the metallic material may comprise a temperature gradient of less than 100° C./min.
In other words, the heating step can include a temperature rise according to a temperature gradient of less than 100° C./min. Preferably, the step of heating the metallic material comprises a temperature gradient of less than 50° C./min.
Le procédé peut comprendre une étape consistant à fournir le matériau métallique destiné à être traité sous forme d’un échantillon présentant une épaisseur à traiter supérieure à 500 µm.
The method may comprise a step consisting in supplying the metallic material intended to be treated in the form of a sample having a thickness to be treated greater than 500 μm.
Le procédé peut comprendre une étape consistant à fournir le matériau métallique destiné à être traité sous forme d’un échantillon présentant une épaisseur à traiter inférieure à 20 mm.
Le procédé est particulièrement efficace sur les échantillons présentant une épaisseur inférieure à 10 mm. Le procédé est plus efficace sur les échantillons présentant une épaisseur inférieure à 5 mm. De manière préférée, le procédé est tout particulièrement efficace sur les échantillons présentant une épaisseur inférieure à 3 mm.
The method may comprise a step consisting in supplying the metallic material intended to be treated in the form of a sample having a thickness to be treated of less than 20 mm.
The process is particularly effective on samples with a thickness of less than 10 mm. The process is more effective on samples with a thickness of less than 5 mm. Preferably, the method is most particularly effective on samples having a thickness of less than 3 mm.
La mise en mouvement relatif du faisceau laser et/ou de la zone d’impact, l’un par rapport à l’autre, peut être réalisée à une vitesse moyenne supérieure à 1 mm/s.The relative movement of the laser beam and/or the impact zone, one with respect to the other, can be achieved at an average speed greater than 1 mm/s.
La mise en mouvement relatif du faisceau laser et/ou de la zone d’impact, l’un par rapport à l’autre, peut être réalisée à une vitesse moyenne inférieure à 1000 mm/s.The relative movement of the laser beam and/or the impact zone, one with respect to the other, can be achieved at an average speed of less than 1000 mm/s.
Selon l’invention, il est également proposé un dispositif de traitement par choc laser d’un matériau métallique comprenant :
- une source laser agencée :
● pour émettre des impulsions laser :
■ dont une durée est comprise entre 1 et 100 ns,
■ dont une longueur d’onde est comprise entre 300 et 1200 nm,
■ dont une irradiance est comprise entre 0,1 et 50 GW/cm²,
■ dont un diamètre, au niveau d’une zone d’impact, est compris entre 1 µm et 10 mm,
- un média de confinement destiné à être porté en contact avec une zone d’impact des impulsions laser avec :
● une partie d’une surface du matériau métallique destiné à être traité, ou
● une partie d’un film de couplage en contact avec la partie de la surface du matériau métallique destiné à être traité,
- un dispositif de mise en mouvement agencé pour :
● que le faisceau laser et/ou la zone d’impact puissent être mis en mouvement relatif l’un par rapport à l’autre,
● qu’un taux de recouvrement, au sein d’une zone à traiter du matériau métallique destiné à être traité, entre une aire d’une zone d’impact et une aire d’une zone d’impact adjacente soit supérieur à 5 % et/ou inférieur à 95%.According to the invention, there is also proposed a device for treatment by laser shock of a metallic material comprising:
- a laser source arranged:
● to emit laser pulses:
■ whose duration is between 1 and 100 ns,
■ whose wavelength is between 300 and 1200 nm,
■ whose irradiance is between 0.1 and 50 GW/cm²,
■ whose diameter, at an impact zone, is between 1 µm and 10 mm,
- a containment medium intended to be brought into contact with a zone of impact of the laser pulses with:
● part of a surface of the metallic material intended to be treated, or
● a part of a coupling film in contact with the part of the surface of the metallic material intended to be treated,
- a moving device arranged for:
● that the laser beam and/or the impact zone can be moved relative to each other,
● that a degree of overlap, within a zone to be treated of the metallic material intended to be treated, between an area of an impact zone and an area of an adjacent impact zone is greater than 5% and/or less than 95%.
La source laser peut être agencée pour émettre les impulsions laser, destinées à impacter la zone d’impact, à une fréquence supérieure à 1 Hz.The laser source can be arranged to emit the laser pulses, intended to impact the impact zone, at a frequency greater than 1 Hz.
Le media de couplage peut être en mouvement par rapport à la face du matériau métallique à traiter avec laquelle il est en contact.The coupling medium can be in motion relative to the face of the metallic material to be treated with which it is in contact.
Selon l’invention, il est également proposé un matériau métallique susceptible d’être obtenu par un procédé comprenant un traitement par choc laser et un chauffage du matériau métallique.
De préférence, le matériau métallique est susceptible d’être obtenu par un procédé comprenant le traitement par choc laser selon l’invention.
Le matériau métallique susceptible d’être obtenu selon l’invention peut présenter une couche protectrice continue et homogène située en dessous d’une couche d’oxyde superficielle de surface du matériau métallique.
La couche protectrice continue et homogène située en dessous d’une couche d’oxyde superficielle de surface du matériau métallique peut présenter une épaisseur supérieure à 2 nm, de préférence supérieure à 3 nm, de préférence encore supérieure à 4 nm. La couche protectrice peut présenter une épaisseur d’une centaine de nanomètres. La couche protectrice peut présenter une épaisseur de quelques centaines de nanomètres.According to the invention, there is also proposed a metallic material capable of being obtained by a method comprising treatment by laser shock and heating of the metallic material.
Preferably, the metallic material is capable of being obtained by a process comprising laser shock treatment according to the invention.
The metallic material capable of being obtained according to the invention may have a continuous and homogeneous protective layer located below a superficial surface oxide layer of the metallic material.
The continuous and homogeneous protective layer located below a superficial surface oxide layer of the metallic material may have a thickness greater than 2 nm, preferably greater than 3 nm, more preferably greater than 4 nm. The protective layer may have a thickness of around one hundred nanometers. The protective layer may have a thickness of a few hundred nanometers.
Selon l’invention, il est également proposé une utilisation d’un matériau métallique susceptible d’être obtenu selon l’invention ou d’un matériau métallique traité par le procédé selon l’invention dans un milieu corrosif pour ses propriétés mécaniques.
Selon l’invention, il peut être entendu par milieu corrosif, un milieu gazeux, par exemple de l’air, par exemple à une température supérieure à 200°C, de préférence à 400°C, de préférence encore à 500°C. De manière d’avantage préférée, selon l’invention, il peut être entendu par milieu corrosif, un milieu gazeux, par exemple de l’air, à une température supérieure à 550°C. De manière encore d’avantage préférée, selon l’invention, il peut être entendu par milieu corrosif, un milieu gazeux, par exemple de l’air, à une température supérieure à 600°C. De manière d’avantage préférée entre toutes, selon l’invention, il peut être entendu par milieu corrosif, un milieu gazeux, par exemple de l’air, à une température supérieure à 700°C.
L’aspect « corrosif » du milieu est apprécié par rapport au matériau métallique ou à l’alliage considéré. L’homme du métier saura déterminer si un milieu donné est susceptible d’engendrer une corrosion du matériau métallique lorsque ce dernier est porté au contact du milieu donné considéré dans des conditions de pressions et de températures données.
Selon l’invention, à titre d’exemple non limitatif, il peut être entendu par milieu corrosif :
- une mélange gazeux comprenant de l’oxygène à un pourcentage supérieur à 5% en volume, par exemple de l’air, et chauffé à une température supérieure à 200°C, ou
- un gaz ou un mélange gazeux, chauffé ou non, comprenant des composés oxydants connus de l’homme du métier, à titre d’exemple non limitatif du monoxyde de carbone, du dioxyde de carbone, du soufre, du dioxyde de soufre, du trioxyde de soufre ou de l’acide sulfurique, ou
- un liquide présentant un caractère corrosif connu de l’homme du métier, par exemple une phase aqueuse.According to the invention, use is also proposed of a metallic material capable of being obtained according to the invention or of a metallic material treated by the method according to the invention in a corrosive medium for its mechanical properties.
According to the invention, the term “corrosive medium” may be understood to mean a gaseous medium, for example air, for example at a temperature above 200° C., preferably at 400° C., more preferably at 500° C. As a preferred advantage, according to the invention, the term “corrosive medium” may be understood to mean a gaseous medium, for example air, at a temperature above 550° C. Even more preferably, according to the invention, the term “corrosive medium” may be understood to mean a gaseous medium, for example air, at a temperature above 600° C. Advantageously among all, according to the invention, it can be understood by corrosive medium, a gaseous medium, for example air, at a temperature higher than 700°C.
The “corrosive” aspect of the medium is assessed with respect to the metallic material or the alloy considered. A person skilled in the art will be able to determine whether a given medium is capable of causing corrosion of the metallic material when the latter is brought into contact with the given medium considered under given pressure and temperature conditions.
According to the invention, by way of non-limiting example, it can be understood by corrosive medium:
- a gaseous mixture comprising oxygen at a percentage greater than 5% by volume, for example air, and heated to a temperature greater than 200°C, or
- a gas or a gas mixture, heated or not, comprising oxidizing compounds known to those skilled in the art, by way of non-limiting example of carbon monoxide, carbon dioxide, sulfur, sulfur dioxide, sulfur trioxide or sulfuric acid, or
- A liquid having a corrosive nature known to those skilled in the art, for example an aqueous phase.
Selon l’invention, il est également proposé une utilisation d’un matériau métallique susceptible d’être obtenu selon l’invention ou d’un matériau métallique traité par le procédé selon l’invention destiné à être utilisé pour ses propriétés mécaniques, pour son aptitude à conserver ses propriétés mécaniques lorsqu’il est utilisé en milieu corrosif.
According to the invention, there is also proposed a use of a metallic material capable of being obtained according to the invention or of a metallic material treated by the method according to the invention intended to be used for its mechanical properties, for its ability to retain its mechanical properties when used in a corrosive environment.
Selon l’invention, il est également proposé une utilisation d’un matériau métallique susceptible d’être obtenu selon l’invention ou d’un matériau métallique traité par le procédé selon l’invention, pour son aptitude à conserver ses propriétés mécaniques lorsqu’il est soumis à des contraintes mécaniques dans un milieu corrosif.According to the invention, a use is also proposed of a metallic material capable of being obtained according to the invention or of a metallic material treated by the method according to the invention, for its ability to retain its mechanical properties when it is subjected to mechanical stresses in a corrosive environment.
Selon l’invention, il est également proposé une utilisation d’un matériau métallique susceptible d’être obtenu selon l’invention ou d’un matériau métallique traité par le procédé selon l’invention, pour son aptitude à conserver ses propriétés mécaniques lorsqu’il est soumis à des contraintes mécaniques dans un milieu corrosif pendant une durée supérieure à 10 heures.
De préférence, un matériau métallique susceptible d’être obtenu selon l’invention ou un matériau métallique traité par le procédé selon l’invention, peut être utilisé pour son aptitude à conserver ses propriétés mécaniques lorsqu’il est soumis à des contraintes mécaniques dans un milieu corrosif pendant une durée supérieure à 20 heures, de préférence supérieure à 50 heures, de préférence encore supérieure à 100 heures.According to the invention, a use is also proposed of a metallic material capable of being obtained according to the invention or of a metallic material treated by the method according to the invention, for its ability to retain its mechanical properties when it is subjected to mechanical stresses in a corrosive environment for a period of more than 10 hours.
Preferably, a metallic material capable of being obtained according to the invention or a metallic material treated by the process according to the invention, can be used for its ability to retain its mechanical properties when it is subjected to mechanical stresses in a corrosive medium for a period greater than 20 hours, preferably greater than 50 hours, more preferably greater than 100 hours.
L’étape de chauffage du matériau métallique du procédé selon l’invention peut être une utilisation, selon l’invention ou non, du matériau à une température supérieure à 200°C, de préférence supérieure à 400°C, de préférence encore supérieure à 500°C. De manière d’avantage préférée, l’étape de chauffage du matériau métallique du procédé selon l’invention peut être une utilisation, selon l’invention ou non, du matériau à une température supérieure à 550°C. De manière encore d’avantage préférée, l’étape de chauffage du matériau métallique du procédé selon l’invention peut être une utilisation, selon l’invention ou non, du matériau à une température supérieure à 600°C. De manière d’avantage préférée entre toutes, l’étape de chauffage du matériau métallique du procédé selon l’invention peut être une utilisation, selon l’invention ou non, du matériau à une température supérieure à 700°C.
L’étape de chauffage du matériau métallique du procédé selon l’invention peut être une étape mise en œuvre dans des conditions spécifiques et/ou dans une enceinte spécifique préalablement à l’utilisation, selon l’invention ou non, du matériau métallique.
Les conditions spécifiques peuvent être celles selon l’invention décrites ci-dessus.The step of heating the metallic material of the process according to the invention can be a use, according to the invention or not, of the material at a temperature above 200° C., preferably above 400° C., even more preferably above 500°C. As a preferred advantage, the step of heating the metallic material of the method according to the invention can be a use, according to the invention or not, of the material at a temperature above 550°C. Even more preferably, the step of heating the metallic material of the method according to the invention can be a use, according to the invention or not, of the material at a temperature above 600°C. In a way that is most preferably advantageous, the step of heating the metallic material of the method according to the invention can be a use, according to the invention or not, of the material at a temperature above 700°C.
The step of heating the metallic material of the method according to the invention can be a step implemented under specific conditions and/or in a specific enclosure prior to the use, according to the invention or not, of the metallic material.
The specific conditions may be those according to the invention described above.
Description des figuresDescription of figures
D’autres avantages et particularités de l’invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée de mises en œuvre et de modes de réalisation nullement limitatifs, et des dessins annexés suivants :Other advantages and particularities of the invention will appear on reading the detailed description of implementations and non-limiting embodiments, and of the following appended drawings:
Les modes de réalisation décrits ci-après étant nullement limitatifs, on pourra notamment considérer des variantes de l'invention ne comprenant qu'une sélection de caractéristiques décrites, isolées des autres caractéristiques décrites (même si cette sélection est isolée au sein d'une phrase comprenant ces autres caractéristiques), si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l'invention par rapport à l'état de la technique antérieure. Cette sélection comprend au moins une caractéristique, de préférence fonctionnelle sans détails structurels, ou avec seulement une partie des détails structurels si cette partie uniquement est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l'invention par rapport à l'état de la technique antérieure.The embodiments described below being in no way limiting, variants of the invention may in particular be considered comprising only a selection of characteristics described, isolated from the other characteristics described (even if this selection is isolated within a sentence including these other features), if this selection of features is sufficient to confer a technical advantage or to differentiate the invention from the state of the prior art. This selection includes at least one feature, preferably functional without structural details, or with only part of the structural details if only this part is sufficient to confer a technical advantage or to differentiate the invention from the state of the prior art .
En référence à la
Le dispositif de traitement par choc laser 1 comprend, en outre, un média de confinement 6 destiné à être porté en contact avec un film de couplage 7 ou avec le matériau métallique 2 (non représenté) selon le cas. Le film de couplage 7 est en contact avec une partie de la surface 8 du matériau métallique 2 destiné à être traité. Le faisceau laser 4 impacte le film de couplage 7 au niveau de la zone d’impact 5. L’utilisation d’un film de couplage 7 permet d’éviter la dégradation, par ablation laser, de la surface 8 du matériau métallique 2 provoquée par l’impact du faisceau laser 4.
Le film de couplage 7 a pour effet de protéger la surface 8 du matériau métallique 2 des dégradations induites par l’effet d’ablation provoqué par le faisceau laser 4 au niveau de la zone d’impact 5.
En pratique, le film de couplage 7 est un film d’aluminium 7 d’une épaisseur de 20 à 30 µm et le média de confinement 6 est de l’eau 6. Le film d’aluminium 7 est généralement appliqué par collage sur la surface 8 du matériau métallique 2 puis le matériau métallique 2 est immergé dans de un bain 61 d’eau 6.
Le bain 61 d’eau 6 a également pour effet de maintenir le matériau métallique 2 à la température de l’eau 6 afin de contrer l’échauffement du matériau métallique 2 et du film de couplage 7 induit par le choc laser.The laser shock treatment device 1 further comprises a confinement medium 6 intended to be brought into contact with a coupling film 7 or with the metallic material 2 (not shown) as the case may be. The coupling film 7 is in contact with part of the surface 8 of the metallic material 2 intended to be treated. The laser beam 4 impacts the coupling film 7 at the level of the impact zone 5. The use of a coupling film 7 makes it possible to avoid the degradation, by laser ablation, of the surface 8 of the metallic material 2 caused by the impact of the laser beam 4.
The coupling film 7 has the effect of protecting the surface 8 of the metallic material 2 from damage induced by the ablation effect caused by the laser beam 4 at the level of the impact zone 5.
In practice, the coupling film 7 is an aluminum film 7 with a thickness of 20 to 30 μm and the confinement medium 6 is water 6. The aluminum film 7 is generally applied by gluing on the surface 8 of the metallic material 2 then the metallic material 2 is immersed in a bath 61 of water 6.
The bath 61 of water 6 also has the effect of maintaining the metallic material 2 at the temperature of the water 6 in order to counter the heating of the metallic material 2 and of the coupling film 7 induced by the laser shock.
Le dispositif de traitement par choc laser 1 comprend, en outre, un dispositif de mise en mouvement, constitué d’une table de guidage 3 axes (non représentée), agencé pour :
● mettre la zone d’impact 5 en mouvement relatif par rapport au faisceau laser 4, et,
● qu’un taux de recouvrement, au sein d’une zone à traiter du matériau métallique 2, entre une aire d’une zone d’impact 5 et une aire d’une zone d’impact 5 adjacente soit de 30 %.
Le déplacement du matériau métallique 2 par rapport au faisceau laser 4 est réalisé à une vitesse de 1 mm/seconde. La zone à traiter par choc laser est constituée de l’ensemble de la surface 8 du matériau métallique 2. Autrement dit, l’intégralité de la surface 8 du matériau métallique 2 est impactée au cours du traitement par choc laser.The laser shock treatment device 1 further comprises a device for setting in motion, consisting of a 3-axis guide table (not shown), arranged to:
● put the impact zone 5 in relative motion with respect to the laser beam 4, and,
● that a degree of overlap, within a zone to be treated of metallic material 2, between an area of an impact zone 5 and an area of an adjacent impact zone 5 is 30%.
The displacement of the metallic material 2 relative to the laser beam 4 is carried out at a speed of 1 mm/second. The zone to be treated by laser shock consists of the entire surface 8 of the metallic material 2. In other words, the entire surface 8 of the metallic material 2 is impacted during the treatment by laser shock.
Le dispositif de traitement par choc laser 1 comprend des moyens de focalisations et de mise en forme 9 du faisceau laser 4. Les moyens de focalisations et de mise en forme 9 comprennent, entre autres, un miroir 91 et des lentilles 92.The laser shock treatment device 1 comprises focusing and shaping means 9 of the laser beam 4. The focusing and shaping means 9 comprise, among other things, a mirror 91 and lenses 92.
En pratique, il existe une température au-delà de laquelle le matériau métallique 2 va perdre ses propriétés mécaniques. Ainsi, tout matériau métallique 2 ou alliage 2 possède une température au-dessus de laquelle ses propriétés mécaniques vont se dégrader rapidement.
Aussi, lors de son utilisation, un matériau métallique 2 donné ne sera pas soumis à une température supérieure à une température seuil. A titre d’exemple, cette température est de 200°C pour l’aluminium et de 550°C pour le titane pur, de 600°C pour un alliage de titane béta, de 1000°C pour le nickel pur et de 1200°C pour les alliages à base de nickel. Le titane est un cas particulier en ce qu’il possède une couche d’oxyde native en surface de quelques nanomètres. Il est possible de faire croître cette couche protectrice jusqu’à une épaisseur d’une centaine de nanomètres afin qu’elle joue le rôle de média de couplage. Dans ce cas, la couche protectrice se substitue au film d’aluminium. Concernant le titane, en dépit d’une masse faible et de bonnes propriétés mécaniques intrinsèques, cette température seuil de 550°C constitue un frein pour certaines applications telles que l’aéronautique ou le nucléaire.
Les inventeurs ont observé avec surprise qu’un chauffage du matériau métallique 2 réalisé subséquemment au traitement par choc laser permet de conférer au matériau métallique 2 traité par choc laser une résistance accrue de ses propriétés mécaniques à la température. S’agissant du titane 2, il est chauffé à une température de 700°C pendant 100h dans un four de chauffage. Un gradient de température de 10°C/min est appliqué lors de la montée en température. Les inventeurs ont observés que cette étape de chauffage permet au titane 2 d’être utilisé pendant plus de 3000h sans perte significative de ses propriétés mécaniques.
Aussi, le titane obtenu par le procédé selon l’invention peut ainsi être utilisé pour son aptitude à conserver ses propriétés mécaniques lorsqu’il est soumis à des contraintes mécaniques dans un milieu corrosif.
Le procédé selon l’invention permet de conserver la texture du matériau probablement par l’intermédiaire d’une recristallisation dynamique. Le procédé selon l’invention permet également de former une couche protectrice dense et continue, vraisemblablement de nitrure, sous la surface de l’échantillon métallique. Cette couche présente typiquement une épaisseur comprise entre 1 et 5 µm selon les conditions appliquées durant l’étape de chauffage.In practice, there is a temperature beyond which the metallic material 2 will lose its mechanical properties. Thus, any metallic material 2 or alloy 2 has a temperature above which its mechanical properties will deteriorate rapidly.
Also, during its use, a given metallic material 2 will not be subjected to a temperature above a threshold temperature. For example, this temperature is 200°C for aluminum and 550°C for pure titanium, 600°C for a beta titanium alloy, 1000°C for pure nickel and 1200°C C for nickel base alloys. Titanium is a special case in that it has a native oxide layer on the surface of a few nanometers. It is possible to grow this protective layer to a thickness of a hundred nanometers so that it acts as a coupling medium. In this case, the protective layer replaces the aluminum film. Concerning titanium, in spite of a low mass and good intrinsic mechanical properties, this threshold temperature of 550°C constitutes a brake for certain applications such as aeronautics or nuclear.
The inventors observed with surprise that a heating of the metallic material 2 carried out subsequent to the treatment by laser shock makes it possible to confer on the metallic material 2 treated by laser shock an increased resistance of its mechanical properties to temperature. As regards titanium 2, it is heated at a temperature of 700° C. for 100 hours in a heating furnace. A temperature gradient of 10° C./min is applied during the temperature rise. The inventors have observed that this heating step allows titanium 2 to be used for more than 3000 hours without significant loss of its mechanical properties.
Also, the titanium obtained by the process according to the invention can thus be used for its ability to retain its mechanical properties when it is subjected to mechanical stresses in a corrosive medium.
The method according to the invention makes it possible to preserve the texture of the material, probably via dynamic recrystallization. The process according to the invention also makes it possible to form a dense and continuous protective layer, probably of nitride, under the surface of the metallic sample. This layer typically has a thickness of between 1 and 5 μm depending on the conditions applied during the heating step.
En référence aux FIGURES 2 et 3, il est présenté un dispositif de mise en contact dynamique 10 du film de couplage 7 avec le matériau métallique 2. Le dispositif comprend des roulements d’entrainement et de guidage 11 agencés pour mettre en contact dynamique le film de couplage 7 avec le matériau métallique 2. Le film de couplage 7 est ainsi progressivement déroulé depuis un rouleau 72 de film de couplage 7 « neuf » vers un rouleau 73 de film de couplage 7 « dégradé » par l’impact des faisceaux laser successifs.
Le déroulement du film de couplage 7 permet qu’un film de couplage 7 non dégradé ou faiblement dégradé soit continuellement porté au contact de la zone d’impact 5 afin de protéger de manière optimale la surface 8 du matériau métallique 2 tout au long du traitement par choc laser.
Le dispositif de mise en contact dynamique 10 peut être mis en mouvement relativement ou indépendamment du faisceau laser 4 et/ou relativement ou indépendamment du matériau métallique 2. En particulier, la position des roulements de guidage 111 l’un par rapport à l’autre et par rapport au matériau métallique 2 et/ou par rapport au faisceau laser 4 peut être contrôlée et adaptée de manière dynamique ou être fixe selon les cas.With reference to FIGURES 2 and 3, there is shown a device 10 for bringing the coupling film 7 into dynamic contact with the metallic material 2. The device comprises drive and guide bearings 11 arranged to bring the film into dynamic contact. coupling film 7 with the metallic material 2. The coupling film 7 is thus gradually unrolled from a roll 72 of "new" coupling film 7 towards a roll 73 of coupling film 7 "degraded" by the impact of the successive laser beams .
The unwinding of the coupling film 7 allows an undegraded or slightly degraded coupling film 7 to be continuously brought into contact with the impact zone 5 in order to optimally protect the surface 8 of the metallic material 2 throughout the treatment. by laser shock.
The dynamic contacting device 10 can be set in motion relatively or independently of the laser beam 4 and/or relatively or independently of the metallic material 2. In particular, the position of the guide bearings 111 relative to each other and relative to the metallic material 2 and/or relative to the laser beam 4 can be controlled and adapted dynamically or be fixed depending on the case.
En référence à la
En référence à la
Bien sûr, l’invention n’est pas limitée aux exemples qui viennent d’être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l’invention.Of course, the invention is not limited to the examples which have just been described and many adjustments can be made to these examples without departing from the scope of the invention.
Ainsi, dans des variantes combinables entre elles des modes de réalisation précédemment décrits :
- le matériau métallique est de l’aluminium et/ou un alliage comprenant du titane ou de l’aluminium, et/ou
- lorsque le média de confinement 6 est mis en contact en contact directement avec le matériau métallique 2, le faisceau laser 4 impacte le film de couplage 7 au niveau de la zone d’impact 5., et/ou
- lorsque le média de confinement 6 est mis en contact en contact directement avec le matériau métallique 2, les caractéristiques des impulsions laser 4 et/ou de la source laser 3 sont adaptées aux propriétés du matériau métallique, et/ou
- lorsque le média de confinement 6 est mis en contact en contact directement avec le matériau métallique 2, le matériau métallique 2 comprend un revêtement ou une couche de surface mise en œuvre au cours d’une étape de dépôt, par exemple par évaporation ou dépôt physique ou chimique en phase vapeur, ou au cours d’une étape de traitement du matériau, par exemple par traitement chimique ou traitement thermique ou de préférence par ablation laser, et/ou
- le revêtement ou la couche de surface du matériau métallique 2 est une couche d’oxyde de base métallique identique à celle du matériau métallique, par exemple un oxyde métallique natif ou non, anodisé par exemple, ou une couche dont la base, ou l’élément chimique majoritaire, est différent de l’élément de base du matériau métallique, et/ou - le dispositif de traitement par choc laser 1 comprend, en outre, un dispositif de mise en mouvement, constitué d’un dispositif optique (non représentée), agencé pour mettre le faisceau laser 4 en mouvement relatif par rapport à la zone d’impact 5,
- l’utilisation du matériau métallique 2 à une température supérieure à 200°C subséquemment au traitement par choc laser constitue l’étape de chauffage, et/ou
- de préférence, lorsque l’utilisation du matériau métallique 2 constitue l’étape de chauffage, le matériau métallique 2 est utilisé à une température supérieure à 550°C, et/ou, et/ou
- subséquemment au traitement par choc laser, un chauffage du matériau métallique 2 permet de conférer au matériau métallique 2 traité par choc laser une résistance accrue de ses propriétés mécaniques à la corrosion en milieu gazeux et/ou liquide, et/ou
- la température de chauffage appliquée pendant l’étape de chauffage est supérieure à la température au-dessus de laquelle le matériau métallique 2 observe une perte significative de ses propriétés métalliques.Thus, in combinable variants of the embodiments previously described:
- the metallic material is aluminum and/or an alloy comprising titanium or aluminum, and/or
- when the confinement medium 6 is brought into contact in direct contact with the metallic material 2, the laser beam 4 impacts the coupling film 7 at the level of the impact zone 5, and/or
- when the confinement medium 6 is brought into direct contact with the metallic material 2, the characteristics of the laser pulses 4 and/or of the laser source 3 are adapted to the properties of the metallic material, and/or
- when the confinement medium 6 is brought into contact in direct contact with the metallic material 2, the metallic material 2 comprises a coating or a surface layer implemented during a deposition step, for example by evaporation or deposition physical or chemical vapor phase, or during a material processing step, for example by chemical treatment or heat treatment or preferably by laser ablation, and/or
- the coating or the surface layer of the metallic material 2 is a metallic base oxide layer identical to that of the metallic material, for example a native metallic oxide or not, anodized for example, or a layer whose base, or l major chemical element, is different from the base element of the metallic material, and/or - the laser shock treatment device 1 further comprises a device for setting in motion, consisting of an optical device (not shown ), arranged to put the laser beam 4 in relative motion with respect to the impact zone 5,
- the use of the metallic material 2 at a temperature above 200° C. subsequent to the laser shock treatment constitutes the heating step, and/or
- preferably, when the use of the metallic material 2 constitutes the heating step, the metallic material 2 is used at a temperature above 550° C., and/or, and/or
- subsequent to the laser shock treatment, heating the metallic material 2 makes it possible to confer on the metallic material 2 treated by laser shock an increased resistance of its mechanical properties to corrosion in a gaseous and/or liquid medium, and/or
- the heating temperature applied during the heating step is higher than the temperature above which the metallic material 2 observes a significant loss of its metallic properties.
De plus, les différentes caractéristiques, formes, variantes et modes de réalisation de l’invention peuvent être associés les uns avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où ils ne sont pas incompatibles ou exclusifs les uns des autres.
Moreover, the different features, forms, variants and embodiments of the invention may be associated with each other in various combinations insofar as they are not incompatible or exclusive of each other.
Claims (17)
- une mise en contact d’un média de confinement avec :
● une partie d’une surface du matériau métallique destiné à être traité, ou
● une partie d’un film de couplage en contact avec la partie de la surface du matériau métallique destiné à être traité,
- une émission d’un faisceau laser, sous forme d’impulsions laser, impactant, au niveau d’une zone d’impact :
● la partie de la surface du matériau métallique destiné à être traité, ou
● la partie du film de couplage en contact avec la partie de la surface du matériau métallique destiné à être traité, lesdites impulsions laser présentant :
■ une durée comprise entre 1 et 100 ns,
■ une longueur d’onde comprise entre 300 et 1200 nm,
■ une irradiance comprise entre 0,1 et 50 GW/cm²,
■ un diamètre, au niveau de la zone d’impact, compris entre 1 µm et 10 mm,
- une mise en mouvement relatif du faisceau laser et/ou de la zone d’impact l’un par rapport à l’autre,
- un taux de recouvrement, au sein d’une zone à traiter du matériau métallique destiné à être traité, entre une aire d’une zone d’impact et une aire d’une zone d’impact adjacente qui est supérieur à 5 % et/ou inférieur à 95%.A method of treating a metallic material comprising:
- bringing a containment medium into contact with:
● part of a surface of the metallic material intended to be treated, or
● a part of a coupling film in contact with the part of the surface of the metallic material intended to be treated,
- an emission of a laser beam, in the form of laser pulses, impacting, at the level of an impact zone:
● the part of the surface of the metallic material intended to be treated, or
● the part of the coupling film in contact with the part of the surface of the metallic material intended to be treated, said laser pulses having:
■ a duration between 1 and 100 ns,
■ a wavelength between 300 and 1200 nm,
■ an irradiance between 0.1 and 50 GW/cm²,
■ a diameter, at the level of the impact zone, of between 1 µm and 10 mm,
- relative movement of the laser beam and/or of the impact zone with respect to each other,
- a rate of coverage, within a zone to be treated of the metallic material intended to be treated, between an area of an impact zone and an area of an adjacent impact zone which is greater than 5% and /or less than 95%.
- une source laser agencée pour émettre des impulsions laser :
● dont une durée est comprise entre 1 et 100 ns,
● dont une longueur d’onde est comprise entre 300 et 1200 nm,
● dont une irradiance est comprise entre 0,1 et 50 GW/cm²,
● dont un diamètre, au niveau d’une zone d’impact, est compris entre 1 µm et 10 mm,
- un média de confinement destiné à être porté en contact avec une zone d’impact des impulsions laser avec :
● une partie d’une surface du matériau métallique destiné à être traité, ou
● une partie d’un film de couplage en contact avec la partie de la surface du matériau métallique destiné à être traité,
- un dispositif de mise en mouvement agencé pour :
● que le faisceau laser et/ou la zone d’impact puissent être mis en mouvement relatif l’un par rapport à l’autre,
● qu’un taux de recouvrement, au sein d’une zone à traiter du matériau métallique destiné à être traité, entre une aire d’une zone d’impact et une aire d’une zone d’impact adjacente soit supérieur à 5 % et/ou inférieur à 95%.Device for laser shock treatment of a metallic material comprising:
- a laser source arranged to emit laser pulses:
● whose duration is between 1 and 100 ns,
● whose wavelength is between 300 and 1200 nm,
● whose irradiance is between 0.1 and 50 GW/cm²,
● whose diameter, at an impact zone, is between 1 µm and 10 mm,
- a containment medium intended to be brought into contact with a zone of impact of the laser pulses with:
● part of a surface of the metallic material intended to be treated, or
● a part of a coupling film in contact with the part of the surface of the metallic material intended to be treated,
- a moving device arranged for:
● that the laser beam and/or the impact zone can be moved relative to each other,
● that a degree of overlap, within a zone to be treated of the metallic material intended to be treated, between an area of an impact zone and an area of an adjacent impact zone is greater than 5% and/or less than 95%.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR1907841A FR3098423A1 (en) | 2019-07-12 | 2019-07-12 | Process for treating a metallic material by laser shock and using the metallic material obtained by such a process |
| PCT/FR2020/000200 WO2021009417A1 (en) | 2019-07-12 | 2020-07-07 | Method and device for laser shock treatment of a metal material, metal material obtained by such a method and use of the material |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR1907841 | 2019-07-12 | ||
| FR1907841A FR3098423A1 (en) | 2019-07-12 | 2019-07-12 | Process for treating a metallic material by laser shock and using the metallic material obtained by such a process |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR3098423A1 true FR3098423A1 (en) | 2021-01-15 |
Family
ID=72801743
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR1907841A Withdrawn FR3098423A1 (en) | 2019-07-12 | 2019-07-12 | Process for treating a metallic material by laser shock and using the metallic material obtained by such a process |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR3098423A1 (en) |
| WO (1) | WO2021009417A1 (en) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20170087670A1 (en) * | 2015-09-28 | 2017-03-30 | Ecole Polytechnique Federale De Lausanne (Epfl) | Method and Device for Implementing Laser Shock Peening or Warm Laser Shock Peening During Selective Laser Melting |
-
2019
- 2019-07-12 FR FR1907841A patent/FR3098423A1/en not_active Withdrawn
-
2020
- 2020-07-07 WO PCT/FR2020/000200 patent/WO2021009417A1/en active Application Filing
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20170087670A1 (en) * | 2015-09-28 | 2017-03-30 | Ecole Polytechnique Federale De Lausanne (Epfl) | Method and Device for Implementing Laser Shock Peening or Warm Laser Shock Peening During Selective Laser Melting |
Non-Patent Citations (6)
| Title |
|---|
| C MONTROSS: "Laser shock processing and its effects on microstructure and properties of metal alloys: a review", INTERNATIONAL JOURNAL OF FATIGUE, vol. 24, no. 10, 1 October 2002 (2002-10-01), AMSTERDAM, NL, pages 1021 - 1036, XP055749069, ISSN: 0142-1123, DOI: 10.1016/S0142-1123(02)00022-1 * |
| KANJER A ET AL: "Effect of laser shock peening on the high temperature oxidation resistance of titanium", SURFACE AND COATINGS TECHNOLOGY, vol. 326, 20 July 2017 (2017-07-20), pages 146 - 155, XP085169936, ISSN: 0257-8972, DOI: 10.1016/J.SURFCOAT.2017.07.042 * |
| MAAWAD E ET AL: "Investigation of laser shock peening effects on residual stress state and fatigue performance of titanium alloys", MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING: A, ELSEVIER, AMSTERDAM, NL, vol. 536, 28 February 2012 (2012-02-28), pages 82 - 91, XP009524009, ISSN: 0921-5093, DOI: 10.1016/J.MSEA.2011.12.072 * |
| SIHAI LUO ET AL: "Thermal stability of surface nanostructure produced by laser shock peening in a Ni-based superalloy", SURFACE AND COATINGS TECHNOLOGY, ELSEVIER BV, AMSTERDAM, NL, vol. 311, 10 January 2017 (2017-01-10), pages 337 - 343, XP029907496, ISSN: 0257-8972, DOI: 10.1016/J.SURFCOAT.2017.01.031 * |
| YANG TAO ET AL: "Effect of laser shot peening on high temperature property of Ti-6Al-4V titanium alloy", JIGUANG JISHU - LASER TECHNOLOGY, JIGUANGJISHU BIANWEIHUI, CN, vol. 41, no. 4, 25 July 2017 (2017-07-25), pages 526 - 530, XP009524005, ISSN: 1001-3806, DOI: 10.7510/JGJS.ISSN.1001-3806.2017.04.014 * |
| YANG YANG ET AL: "Effect of laser shock peening and annealing temperatures on stability of AA2195 alloy near-surface microstructure", OPTICS AND LASER TECHNOLOGY, ELSEVIER SCIENCE PUBLISHERS BV., AMSTERDAM, NL, vol. 119, 17 May 2019 (2019-05-17), XP085756522, ISSN: 0030-3992, [retrieved on 20190517], DOI: 10.1016/J.OPTLASTEC.2019.105569 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2021009417A1 (en) | 2021-01-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2473315B1 (en) | LASER-FOCUSING HEAD WITH ZnS LENSES HAVING A PERIPHERAL THICKNESS OF AT LEAST 5 MM AND LASER CUTTING UNIT AND METHOD USING ONE SUCH FOCUSING HEAD | |
| CA2734697C (en) | Laser cutting method and equipment, with means for modifying the laser beam quality factor by a diffractive optical component | |
| EP1307598A1 (en) | Method for generating nanostructures and device for treating nanostructures | |
| EP2240616B1 (en) | Method for the surface treatment of a zirconium or hafnium alloy and component thus processed | |
| FR2929938A1 (en) | THIN LAYER DEPOSITION METHOD | |
| US20100078418A1 (en) | Method of laser micro-machining stainless steel with high cosmetic quality | |
| FR2744066A1 (en) | Method of laser printing on e.g. metal, wood etc. | |
| US9409254B2 (en) | Ablation layers to prevent pitting in laser peening | |
| FR2762667A1 (en) | HEAT TREATMENT DEVICE AND METHOD | |
| CA2837821A1 (en) | Surface treatment of a metal part | |
| TW201200282A (en) | Laser processing method for transparent material | |
| FR3098423A1 (en) | Process for treating a metallic material by laser shock and using the metallic material obtained by such a process | |
| FR2847346A1 (en) | Marking of ophthalmic glass, e.g. glass lenses, with hydrophobic and/or oleophobic coatings, comprises use of protective coating and applying masked energy discharge across coating | |
| CA2766493A1 (en) | Heat-protective coating for a turbine engine part, and method for producing same | |
| JP5420941B2 (en) | Manufacturing method of sliding member | |
| EP0804801B1 (en) | Storage box for an object to be protected from physical/chemical contamination | |
| FR2703618A1 (en) | Device for descaling using a laser | |
| EP0954619B1 (en) | Method and device for producing a coating on a substrate | |
| JP5730960B2 (en) | Sliding member | |
| EP2472305B1 (en) | Optical system for focusing a laser beam in a solid state laser cutting apparatus | |
| FR2920440A1 (en) | METHOD OF TREATING ANTI-CORROSION OF A PIECE BY DEPOSITION OF A ZIRCONIUM LAYER AND / OR ZIRCONIUM ALLOY | |
| WO2012013900A1 (en) | Method for preparing a part consisting of forming a magnetostrictive material at the surface thereof | |
| Stefana et al. | Preliminary results for in situ cleaning of B4C-coated FEL mirrors using oxygen plasma | |
| Wang et al. | Behaviour of laser treated with water droplet on carbon nanotubes coated silicon surface. | |
| Autric | Thermomechanical effects in laser-matter interaction |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 2 |
|
| PLSC | Publication of the preliminary search report |
Effective date: 20210115 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 3 |
|
| ST | Notification of lapse |
Effective date: 20230305 |