WO2021009417A1 - Method and device for laser shock treatment of a metal material, metal material obtained by such a method and use of the material - Google Patents

Method and device for laser shock treatment of a metal material, metal material obtained by such a method and use of the material Download PDF

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WO2021009417A1
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metallic material
treated
impact zone
laser
intended
Prior art date
Application number
PCT/FR2020/000200
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Luc LAVISSE
Jean Marie JOUVARD
Tony MONTESIN
Virgil OPTASANU
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Universite De Bourgogne
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    • 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

Definitions

  • the present invention relates to metallic materials and alloys used for their mechanical properties
  • the present invention relates in particular to metallic materials and alloys used in the field of aeronautics or nuclear power.
  • the present invention relates to metallic materials and alloys used under mechanical stress in corrosive environments and / or at high temperatures.
  • One aim of the invention is in particular to:
  • said laser pulses having:
  • the emitted laser beam can propagate through the confinement media before impacting, the metallic material or the coupling film, at the impact zone.
  • the coupling medium is chosen so that the laser beam * does not interact, or interacts negligibly, with the confinement medium. More preferably, the coupling medium is chosen so that the laser beam undergoes a power reduction of 5% at most when passing through the confinement medium.
  • the metallic material can be titanium and / or aluminum.
  • the metallic material can be an alloy.
  • the material can be an alloy of nickel, zirconium, and iron.
  • the surface of the metallic material intended to be treated can comprise a coating or a surface layer.
  • the method can comprise a step of treating the metallic material intended to be treated.
  • the treatment step can be carried out concomitantly or before the step of emitting laser pulses.
  • the treatment step can be carried out prior to the step of emitting laser pulses.
  • the step of processing the metallic material can be surface treatment.
  • the metal material processing step may be laser ablation treatment.
  • the irradiance of the laser pulses is greater than 1 GW / cm 2 and less than 20 GW / cm 2 .
  • the irradiance of the laser pulses is between 1 GW / cm 2 and 10 GW / cm 2 .
  • the area to be treated of the metallic material is the entire surface of the metallic material.
  • the movement setting 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 improves the retention of the mechanical properties of the metallic material.
  • the coupling film when used, can simultaneously cover the entire area to be treated with metallic material or may successively cover different parts of the area to be treated with metallic material.
  • a decrease in the irradiance of the laser pulses can be compensated for by an increase in G coverage area.
  • the mechanical property of a material can be understood as a resistance to
  • the laser pulses can be emitted at a frequency greater than 1 Hz.
  • the firing frequency is greater than or equal to 10 Hz.
  • the method can include a step of heating the metallic material.
  • the step of heating the metallic material can be 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 chamber.
  • the step of heating the metallic material can be carried out concomitantly with the step of emitting the laser beam.
  • the step of heating the metallic material is carried out subsequent to the step of emitting the laser beam. More preferably, the step of Heating of 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.
  • the heating step may include heating the metallic material to a temperature above 200 ° C.
  • 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.
  • the step of heating the metallic material can be carried out in dry air.
  • Dry air is understood to mean air containing less than 5% carbonated 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 comprising mainly, in volume percentage, an oxidizing gas, such as for example oxygen.
  • the heating step can also be carried out in ambient air.
  • the step of heating the metallic material may include a temperature gradient of less than 100 ° C7min.
  • the heating step can include a rise in temperature with a temperature gradient of less than 100 ° C / min.
  • the step of heating the metallic material comprises a temperature gradient of less than 50 ° C / min.
  • the method may comprise a step of providing the metallic material intended to be treated in the form of a sample having a thickness to be treated greater than 500 mm.
  • the method may include a step of providing 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 method is particularly effective on samples having a thickness less than 10 mm.
  • the method is more effective on samples with a thickness less than 5 mm.
  • the method is most particularly effective on samples having a thickness of less than 3 mm.
  • the relative movement of the laser beam and / or of the impact zone, one with respect to the other, can be carried out at an average speed greater than 1 mm / s.
  • the relative movement of the laser beam and / or of the impact zone, one by compared to the other, can be carried out at an average speed of less than 1000 mm / s.
  • a device for laser shock treatment of a metallic material comprising:
  • the laser source can be arranged to emit the laser pulses, intended for
  • the coupling medium can be in motion relative to the face of the metallic material to be treated with which it is in contact.
  • a metallic material obtainable by a process comprising laser shock treatment and heating of the metallic material.
  • the metallic material is capable of being obtained by a method comprising the laser shock treatment according to the invention.
  • the metallic material obtainable according to the invention may have a continuous and homogeneous protective layer located below a surface oxide layer of the surface of the metallic material.
  • the continuous and homogeneous protective layer located below a 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.
  • 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.
  • a gaseous medium for example air
  • corrosive medium it can be understood a gaseous medium, for example air, at a temperature above 700 ° C.
  • a gas mixture comprising oxygen at a percentage greater than 5% by volume, for example air, and heated to a temperature greater than 200 ° C, or
  • oxidizing compounds known to those skilled in the art, by way of nonlimiting example of carbon monoxide, carbon dioxide, sulfur, sulfur dioxide, sulfur trioxide or sulfuric acid, or
  • a metallic material that can be 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.
  • 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 200 ° C, preferably above 400 ° C, preferably still above 500 ° C.
  • 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.
  • 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.
  • 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 process according to the invention can be a step carried out under specific conditions and / or in a specific enclosure prior to the use, according to the invention or not, of the metallic material.
  • Figure 1 illustrates a laser shock treatment device
  • Figure 2 illustrates a device for dynamic contacting of the coupling film with the metallic material
  • Figure 3 illustrates a variant of the dynamic contacting device of the coupling film with the metallic material.
  • variants of the invention comprising only a selection of characteristics described, isolated from the other characteristics described (even if this selection is isolated within a sentence comprising these other characteristics), if this selection of characteristics is sufficient to confer a technical advantage or to differentiate the invention from the state of the prior art.
  • This selection comprises at least one characteristic, preferably functional without structural details, or with only part of the structural details if this part only is sufficient to confer a technical advantage or to differentiate the invention from the state of the prior art. .
  • a laser shock treatment device 1 of a metallic material 2 comprising a laser source 3 arranged to emit laser pulses 4 with a duration of 5.1 ns and d 'a wavelength of 532 nm.
  • the laser pulses 4 have an irradiance of 9 GW / cm 2 and a diameter, at the level of the impact zone 5, of 1 mm.
  • the metallic material 2 used during the tests is alpha or beta titanium in the form of a plate having a thickness of between 1 and 2 mm.
  • the laser source comes from the manufacturer "Quantel" and bears the trade name of "Brillant b".
  • the laser shock treatment device 1 further comprises a
  • 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.
  • a coupling film 7 makes it possible to avoid 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 the degradations induced by the ablation effect caused by the laser beam 4 at the impact zone 5.
  • the coupling film 7 is an aluminum film 7 with a thickness of 20 to 30 mm and the confinement medium 6 is water 6.
  • the aluminum film 7 is generally applied by bonding to the surface. surface 8 of the metallic material 2 then the metallic material 2 is immersed in a bath 61 of water 6.
  • the water bath 61 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.
  • the laser shock treatment device 1 further comprises a device for setting in motion, consisting of a 3-axis guide table (not shown), arranged for:
  • the displacement of the metallic material 2 relative to the laser beam 4 is carried out at a speed of 1 mm / second.
  • the area 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 laser shock treatment.
  • the laser shock treatment device 1 comprises means 9 for focusing and shaping the laser beam 4.
  • the focusing and shaping means 9 include, among others, a mirror 91 and lenses 92.
  • any metallic material 2 or alloy 2 has a temperature above which its mechanical properties will deteriorate rapidly.
  • a given metallic material 2 will not be subjected to a temperature above a threshold temperature.
  • 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 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 about a hundred nanometers so that it acts as a coupling medium. In this case, the protective layer replaces the aluminum film.
  • this threshold temperature of 550 ° C constitutes a brake for certain applications such as aeronautics or nuclear.
  • the inventors have observed with surprise that heating the metallic material 2 carried out subsequent to the treatment by laser shock makes it possible to give the metallic material 2 treated by laser shock an increased resistance of its mechanical properties to temperature.
  • titanium 2 it is heated at a temperature of 700 ° C for 100 hours in a heating oven. A temperature gradient of 10 ° C / min is applied during the rise in temperature. 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.
  • 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 by means of dynamic recrystallization.
  • the method according to the invention also makes it possible to form a dense and continuous protective layer, probably of nitride, under the surface of the metal sample. This layer typically has a thickness of between 1 and 5 mm depending on the conditions applied during the heating step.
  • FIGURES 2 and 3 there is shown a device 10 for dynamically bringing the coupling film 7 into contact with the metallic material 2.
  • the device comprises drive and guide bearings 11 arranged to bring into contact dynamic the coupling film 7 with the metallic material 2.
  • the coupling film 7 is thus gradually unwound from a roll 72 of “new” coupling film 7 towards a roll 73 of “degraded” coupling film 7 by the impact of 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.
  • the position of the guide bearings 111 with respect to one another. and with respect to the metallic material 2 and / or with respect to the laser beam 4 can be controlled and adapted dynamically or be fixed as appropriate.
  • a nozzle 12 projects a jet 62 of water 6 on the surface 8 of the metallic material 2 at the level of the impact zone 5.
  • the position of the nozzle 12 relative to the metallic material 2 and / or with respect to the laser beam 4 and / or with respect to the dynamic contacting device 10 can be controlled and adapted dynamically or be fixed as appropriate.
  • the flow rate, the orientation and the duration of the projection of the water jet 42 6 are adapted so as to modulate the thickness of the water film 6 formed on the surface 8 of the metallic material 2 at the level of the impact zone 5.
  • the metallic material 2 and part of the dynamic contacting device 10 are immersed in a bath 61 of water 6.
  • the metallic material is aluminum and / or an alloy comprising titanium or aluminum, and / or
  • 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 contact in 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
  • 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 in vapor phase, or during a processing step of the material, 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 layer of metallic base oxide identical to that of the metallic material, for example a native metallic oxide or not, anodized for example, or a layer of which the base, or the 'major chemical element, is different from the basic 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 arranged (not shown), arranged to set the laser beam 4 in relative movement 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
  • the metallic material 2 is used at a temperature above 550 ° C, and / or, and / or
  • heating the metallic material 2 makes it possible to give 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.

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Abstract

The invention relates to the treatment of metal materials by emitting laser pulses propagating through a containment medium and impinging, in an impact zone, on the surface of the metal material or a coupling film in contact with the surface of the metal material, the containment medium being in contact with the surface of the metal material or a coupling film. The laser pulses have a duration between 1 and 100 ns, a wavelength between 300 and 1200 nm, an irradiance between 0.1 and 50 GW/cm2 and a diameter, in the impact zone, between 1 µm and 10 mm. The invention comprises relatively moving the laser beam and/or the impact zone with respect to each another, such that a coverage rate, within a zone to be treated of the metal material to be treated, between an area of one impact zone and an area of an adjacent impact zone is greater than 5% and/or less than 95%.

Description

Description Description
PROCÈDE ET DISPOSITIF DE TRAITEMENT D'UN MATÉRIAU MÉTALLIQUE PAR CHOC LASER, MATÉRIAU MÉTALLIQUE OBTENU PAR UN TEL METHOD AND DEVICE FOR TREATMENT OF A METAL MATERIAL BY LASER IMPACT, METALLIC MATERIAL OBTAINED BY SUCH
PROCÉDÉ ET UTILISATION DU MATÉRIAU PROCESS AND USE OF THE MATERIAL
Domaine technique Technical area
[0001] 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,
[0002] La présente invention vise, en particulier, des matériaux métalliques et des alliages utilisés dans le domaine de l’aéronautique ou du nucléaire. [0002] The present invention relates in particular to metallic materials and alloys used in the field of aeronautics or nuclear power.
[0003] 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. [0003] 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 antérieure State of the prior art
[0004] On connaît 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. [0004] In the state of the prior art, laser shock treatment methods are known for improving the mechanical strength of metallic materials. State of the art processes use low firing rate laser devices associated with powerful and bulky electrical generators.
[0005] Un but de l’invention est notamment de : [0005] One aim of the invention is in particular to:
- proposer un procédé améliorant les propriétés de résistance à l’oxydation à haute température d’une pièce métallique ou d’un alliage, et/ou - propose a process improving the properties of resistance to oxidation at high temperature of a metal part or an alloy, and / or
- proposer un procédé améliorant la résistance à l’oxydation haute température des propriétés mécaniques, et/ou - propose a process improving the resistance to high temperature oxidation of mechanical properties, and / or
- proposer un procédé améliorant les propriétés mécaniques d’une pièce métallique ou d’un alliage, et/ou - propose a process improving the mechanical properties of a metal part or an alloy, and / or
- proposer un procédé compatible avec les contraintes industrielles, et/ou - propose a process compatible with industrial constraints, and / or
- proposer un procédé permettant de traiter des échantillons de toutes géométries, et/ ou - propose a process for processing samples of all geometries, and / or
- diminuer le temps de traitement par choc laser, et/ou - reduce the laser shock treatment time, and / or
- 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 - propose a process allowing a metal sample to retain its mechanical properties during its use in a corrosive environment and / or at high temperatures, and / or
- 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 - propose a process allowing a metal sample to retain its mechanical properties during its prolonged use in a corrosive environment and / or at high temperatures, and / or
- 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. - propose a process allowing a metal sample to retain its mechanical properties when used under mechanical constraints in an environment corrosive and / or at high temperatures.
Présentation de l’invention Presentation of the invention
[0006] A cet effet, il est proposé un procédé de traitement d‘un matériau métallique [0006] For this purpose, there is proposed a method of treating a metallic material
comprenant : including:
- une mise en contact d‘un média de confinement avec : - placing a containment medium in contact with:
• une partie d’une surface du matériau métallique destiné à être traité, ou • part of a surface of the metallic material intended to be treated, or
• une partie d’un film de couplage en contact avec la partie de la surface du matériau métallique destiné à être traité, • part of a coupling film in contact with the part of the surface of the metallic material intended to be treated,
- une émission d’un faisceau laser, sous forme d’impulsions laser, impartant, au niveau d’une zone d’impact : - emission of a laser beam, in the form of laser pulses, imparting, in an impact zone:
• la partie de la surface du matériau métallique destiné à être traité, ou • the part of the surface of the metallic material intended to be treated, or
• 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 : • 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:
■ une durée comprise entre 1 et 100 ns, ■ a duration of between 1 and 100 ns,
■ une longueur d’onde comprise entre 300 et 1200 nm, ■ a wavelength between 300 and 1200 nm,
■ une irradiance comprise entre 0,1 et 50 GW/cm1, ■ an irradiance of between 0.1 and 50 GW / cm 1 ,
■ un diamètre, au niveau de la zone d’impact, compris entre 1 mm et 10 mm, ■ a diameter, at the level of the impact zone, between 1 mm and 10 mm,
- une mise en mouvement relatif du faisceau laser et/ou de la zone d’impact l’un par rapport à l’autre, - relative movement of the laser beam and / or the impact zone with respect to each other,
- 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 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 which is greater than 5% and / or less than 95%.
[0007] 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. [0007] The emitted laser beam can propagate through the confinement media before impacting, the metallic material or the coupling film, at the impact zone.
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. Preferably, the coupling medium is chosen so that the laser beam * does not interact, or interacts negligibly, with the confinement medium. More preferably, the coupling medium is chosen so that the laser beam undergoes a power reduction of 5% at most when passing through the confinement medium.
[0008] 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. [0008] The impact of the laser beam at the impact zone with the metallic material or the coupling film generates a laser plasma. Containment of the generated laser plasma by the containment media causes a shock wave to appear, propagating through the metallic material.
[0009] Le matériau métallique peut être du titane et/ou de l’aluminium. [0009] The metallic material can be titanium and / or aluminum.
Le matériau métallique peut être un alliage. Le matériau peut être un alliage de nickel, de zirconium, et de fer. [0010] La surface du matériau métallique destiné à être traité peut comprendre un revêtement ou une couche de surface. The metallic material can be an alloy. The material can be an alloy of nickel, zirconium, and iron. [0010] The surface of the metallic material intended to be treated can comprise a coating or a surface layer.
[0011] 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. The method can comprise a step of treating the metallic material intended to be treated. The treatment step can be carried out concomitantly or before the step of emitting laser pulses. Preferably, the treatment step can be carried out prior to the step of emitting laser pulses.
L’étape de traitement du matériau métallique peut être un traitement de surface. The step of processing the metallic material can be surface treatment.
L’étape de traitement du matériau métallique peut être un traitement d’ablation laser. The metal material processing step may be laser ablation treatment.
[0012] 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. [0012] Preferably, the irradiance of the laser pulses is greater than 1 GW / cm 2 and less than 20 GW / cm 2 . Preferably, the irradiance of the laser pulses is between 1 GW / cm 2 and 10 GW / cm 2 .
[0013] 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. [0013] Preferably, the area to be treated of the metallic material is the entire surface of the metallic material. In this case, the movement setting 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 improves the retention of the mechanical properties of the metallic material.
[0014] 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, can simultaneously cover the entire area to be treated with metallic material or may successively cover different parts of the area to be treated with metallic material.
[0015] Une diminution de l’irradiance des impulsions laser peut être compensée par une augmentation de G aire de recouvrement. [0015] A decrease in the irradiance of the laser pulses can be compensated for by an increase in G coverage area.
[0016] Il peut être entendu par propriété mécanique d’un matériau, une résistance à la [0016] The mechanical property of a material can be understood as a resistance to
fatigue, une résistance au fluage, une conservation d’une limite élastique du matériau ou une résistance élastique. fatigue, creep resistance, retention of an elastic limit of the material or elastic resistance.
[0017] Les impulsions laser peuvent être émises à une fréquence supérieure à 1 Hz. [0017] The laser pulses can be emitted at a frequency greater than 1 Hz.
De préférence, la fréquence de tir est supérieure ou égale à 10 Hz. Preferably, the firing frequency is greater than or equal to 10 Hz.
[0018] Le procédé peut comprendre une étape de chauffage du matériau métallique. The method can include a step of heating the metallic material.
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. The step of heating the metallic material can be 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 chamber.
L’étape de chauffage du matériau métallique peut être réalisée concomitamment à l’étape d’émission du faisceau laser. The step of heating the metallic material can be carried out concomitantly with the step of emitting the laser beam.
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. Preferably, the step of heating the metallic material is carried out subsequent to the step of emitting the laser beam. More preferably, the step of Heating of 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.
[0019] L’étape de chauffage peut comprendre un chauffage du matériau métallique à une température supérieure à 200°C. [0019] The heating step may include heating the metallic material to a temperature above 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. 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.
[0020] L’étape de chauffage du matériau métallique peut être réalisée sous air sec. [0020] The step of heating the metallic material can be carried out in dry air.
Il est entendu par air sec, un air contenant moins de 5% d’eau gazeuse en volume. Dry air is understood to mean air containing less than 5% carbonated water by 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. 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.
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. The step of heating the metallic material can be carried out in an atmosphere comprising mainly, in volume percentage, an oxidizing gas, such as for example oxygen.
L’étape de chauffage peut être réalisée aussi dans l’air ambiant. The heating step can also be carried out in ambient air.
[0021] L’étape de chauffage du matériau métallique peut comprendre un gradient de température inférieur à 100°C7min. The step of heating the metallic material may include a temperature gradient of less than 100 ° C7min.
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. In other words, the heating step can include a rise in temperature with 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.
[0022] 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 mm. The method may comprise a step of providing the metallic material intended to be treated in the form of a sample having a thickness to be treated greater than 500 mm.
[0023] 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. [0023] The method may include a step of providing the metallic material intended to be treated in the form of a sample having a thickness to be treated of less than 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 is particularly effective on samples having a thickness less than 10 mm. The method is more effective on samples with a thickness less than 5 mm. Preferably, the method is most particularly effective on samples having a thickness of less than 3 mm.
[0024] 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. [0024] The relative movement of the laser beam and / or of the impact zone, one with respect to the other, can be carried out at an average speed greater than 1 mm / s.
[0025] 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 of the impact zone, one by compared to the other, can be carried out at an average speed of less than 1000 mm / s.
[0026] Selon l’invention, il est également proposé un dispositif de traitement par choc laser d’un matériau métallique comprenant : [0026] According to the invention, there is also provided a device for laser shock treatment of a metallic material comprising:
- une source laser agencée : - a laser source arranged:
• pour émettre des impulsions laser : • to emit laser pulses:
■ dont une durée est comprise entre 1 et 100 ns, ■ for which a duration is between 1 and 100 ns,
■ dont une longueur d’onde est comprise entre 300 et 1200 nm, ■ with a wavelength between 300 and 1200 nm,
■ dont une irradiance est comprise entre 0,1 et 50 GW/cm2, ■ whose irradiance is between 0.1 and 50 GW / cm 2 ,
• dont un diamètre, au niveau d’une zone d’impact, est compris entre 1 mm et 10 mm, • of which a diameter, at an impact zone, is between 1 mm and 10 mm,
- un média de confinement destiné à être porté en contact avec une zone d’impact des impulsions laser avec : - a containment medium intended to be brought into contact with an impact zone of the laser pulses with:
• une partie d’une surface du matériau métallique destiné à être traité, ou • part of a surface of the metallic material intended to be treated, or
• mie partie d’un film de couplage en contact avec la partie de la surface du matériau métallique destiné à être traité, • part of a coupling film in contact with the part of the surface of the metallic material intended to be treated,
- un dispositif de mise en mouvement agencé pour : - a device for setting in motion designed for:
• que le faisceau laser et/ou la zone d’impact puissent être mis en mouvement relatif l’un par rapport à l’autre, • that the laser beam and / or the impact zone can be set in relative movement with respect to each other,
• 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%. • 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 is greater than 5% and / or less than 95%.
[0027] La source laser peut être agencée pour émettre les impulsions laser, destinées à [0027] The laser source can be arranged to emit the laser pulses, intended for
impacter la zone d’impact, à une fréquence supérieure à 1 Hz. impact the impact area at a frequency greater than 1 Hz.
[0028] Le media de couplage peut être en mouvement par rapport à la face du matériau métallique à traiter avec laquelle il est en contact. [0028] The coupling medium can be in motion relative to the face of the metallic material to be treated with which it is in contact.
[0029] 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. [0029] According to the invention, there is also provided a metallic material obtainable by a process comprising laser shock treatment and heating of the metallic material.
De préférence, le matériau métallique est susceptible d’être obtenu par un procédé comprenant le traitement par choc laser selon l’invention. Preferably, the metallic material is capable of being obtained by a method comprising the laser shock treatment according to the 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. The metallic material obtainable according to the invention may have a continuous and homogeneous protective layer located below a surface oxide layer of the surface of the metallic material.
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. [0030] 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.The continuous and homogeneous protective layer located below a 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. According to the invention, it is also proposed a use of a metallic material obtainable 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. .
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. 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. Preferably, according to the invention, it can be understood by corrosive medium, a gaseous medium, for example air, at a temperature above 550 ° C. Even more preferably, according to the invention, it can be understood by corrosive medium, a gaseous medium, for example air, at a temperature above 600 ° C. Most preferably, according to the invention, by corrosive medium it can be understood a gaseous medium, for example air, at a temperature above 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. The "corrosive" aspect of the medium is appreciated compared to the metallic material or the alloy considered. Those skilled in the art will know how to determine whether a given medium is likely to cause corrosion of the metallic material when the latter is brought into contact with the given medium considered under conditions of given pressures and temperatures.
Selon l’invention, à titre d’exemple non limitatif, il peut être entendu par milieu corrosif : According to the invention, by way of nonlimiting example, it can be understood by corrosive medium:
- 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 - a gas mixture comprising oxygen at a percentage greater than 5% by volume, for example air, and heated to a temperature greater than 200 ° C, or
- 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 - a gas or a gaseous mixture, heated or not, comprising oxidizing compounds known to those skilled in the art, by way of nonlimiting example of carbon monoxide, carbon dioxide, sulfur, sulfur dioxide, sulfur trioxide or sulfuric acid, or
- un liquide présentant un caractère corrosif connu de l’homme du métier, par exemple une phase aqueuse. - a liquid having a corrosive nature known to those skilled in the art, for example an aqueous phase.
[0031] 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 obtainable 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.
[0032] 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, there is also proposed a use of a metallic material obtainable according to the invention or of a metallic material treated by the process according to the invention, for its ability to retain its properties. mechanical when subjected to mechanical stress in a corrosive environment.
[0033] 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. According to the invention, there is also proposed a use of a metallic material obtainable according to the invention or of a metallic material treated with the process according to the invention, for its ability to retain its mechanical properties when it is subjected to mechanical stresses in a corrosive medium for a period of more than 10 hours.
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. Preferably, a metallic material that can be 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.
[0034] 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. 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 200 ° C, preferably above 400 ° C, preferably still above 500 ° C. 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 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. Most 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 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. The step of heating the metallic material of the process according to the invention can be a step carried out under specific conditions and / or in a specific enclosure prior to the use, according to the invention or not, of the metallic material.
Les conditions spécifiques peuvent être celles selon l’invention décrites ci-dessus. The specific conditions may be those according to the invention described above.
Description des figures Description of figures
[0035] 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 features of the invention will become apparent on reading the detailed description of implementations and embodiments in no way limiting, and from the following accompanying drawings:
[0036] [fig.l] la Figure 1 illustre un dispositif de traitement par choc laser, [0036] [fig.l] Figure 1 illustrates a laser shock treatment device,
[0037] [fig.2] la Figure 2 illustre un dispositif de mise en contact dynamique du film de couplage avec le matériau métallique, [0037] [Fig.2] Figure 2 illustrates a device for dynamic contacting of the coupling film with the metallic material,
[0038] [fig.3] la Figure 3 illustre une variante du dispositif de mise en contact dynamique du film de couplage avec le matériau métallique. [0038] [Fig.3] Figure 3 illustrates a variant of the dynamic contacting device of the coupling film with the metallic material.
Description des modes de réalisation Description of embodiments
[0039] Les modes de réalisation décrits ci-après étant nullement limitatifs, on pourra The embodiments described below being in no way limiting, we can
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. in particular to consider variants of the invention comprising only a selection of characteristics described, isolated from the other characteristics described (even if this selection is isolated within a sentence comprising these other characteristics), if this selection of characteristics is sufficient to confer a technical advantage or to differentiate the invention from the state of the prior art. This selection comprises at least one characteristic, preferably functional without structural details, or with only part of the structural details if this part only is sufficient to confer a technical advantage or to differentiate the invention from the state of the prior art. .
[0040] En référence à la FIGURE 1, il est décrit un dispositif de traitement par choc laser 1 d’un matériau métallique 2 comprenant une source laser 3 agencée pour émettre des impulsions laser 4 d’une durée de 5,1 ns et d’une longueur d'onde de 532 nm. Les impulsions laser 4 ont une irradiance de 9 GW/cm2 et un diamètre, au niveau de la zone d’impact 5, de 1 mm. Le matériau métallique 2 utilisé lors des essais est du titane alpha ou béta sous forme de plaque présentant une épaisseur comprise entre 1 et 2 mm. La source laser provient du fabricant « Quantel » et porte le nom commercial de « Brillant b ». Referring to FIGURE 1, there is described a laser shock treatment device 1 of a metallic material 2 comprising a laser source 3 arranged to emit laser pulses 4 with a duration of 5.1 ns and d 'a wavelength of 532 nm. The laser pulses 4 have an irradiance of 9 GW / cm 2 and a diameter, at the level of the impact zone 5, of 1 mm. The metallic material 2 used during the tests is alpha or beta titanium in the form of a plate having a thickness of between 1 and 2 mm. The laser source comes from the manufacturer "Quantel" and bears the trade name of "Brillant b".
[0041 ] Le dispositif de traitement par choc laser 1 comprend, en outre, un média de The laser shock treatment device 1 further comprises a
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. confinement 6 intended to be brought in 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.
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. The use of a coupling film 7 makes it possible to avoid degradation, by laser ablation, of the surface 8 of the metallic material 2 caused by the impact of the laser beam 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. The coupling film 7 has the effect of protecting the surface 8 of the metallic material 2 from the degradations induced by the ablation effect caused by the laser beam 4 at the impact zone 5.
En pratique, le film de couplage 7 est un film d’aluminium 7 d’une épaisseur de 20 à 30 mm 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. In practice, the coupling film 7 is an aluminum film 7 with a thickness of 20 to 30 mm and the confinement medium 6 is water 6. The aluminum film 7 is generally applied by bonding to the surface. surface 8 of the metallic material 2 then the metallic material 2 is immersed in a bath 61 of water 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 réchauffement du matériau métallique 2 et du film de couplage 7 induit par le choc laser. The water bath 61 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.
[0042] 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 : [0042] The laser shock treatment device 1 further comprises a device for setting in motion, consisting of a 3-axis guide table (not shown), arranged for:
• mettre la zone d’impact 5 en mouvement relatif par rapport au faisceau laser 4, et, • put the impact zone 5 in relative movement with respect to the laser beam 4, and,
• 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 %. • that a rate of coverage, within a zone to be treated of the metallic material 2, between an area of an impact zone 5 and an area of an adjacent impact zone 5 is by 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 displacement of the metallic material 2 relative to the laser beam 4 is carried out at a speed of 1 mm / second. The area 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 laser shock treatment.
[0043] 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 means 9 for focusing and shaping the laser beam 4. The focusing and shaping means 9 include, among others, a mirror 91 and lenses 92.
[0044] 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. 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.
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. E 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. Also, during its use, a given metallic material 2 will not be subjected to a temperature above a threshold temperature. As an 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 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 about a hundred nanometers so that it acts as a coupling medium. In this case, the protective layer replaces the aluminum film. Regarding titanium, despite 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.
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. The inventors have observed with surprise that heating the metallic material 2 carried out subsequent to the treatment by laser shock makes it possible to give the metallic material 2 treated by laser shock an increased resistance of its mechanical properties to temperature. Regarding titanium 2, it is heated at a temperature of 700 ° C for 100 hours in a heating oven. A temperature gradient of 10 ° C / min is applied during the rise in temperature. 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.
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. 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.
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 mm selon les conditions appliquées durant l’étape de chauffage. The method according to the invention makes it possible to preserve the texture of the material, probably by means of dynamic recrystallization. The method according to the invention also makes it possible to form a dense and continuous protective layer, probably of nitride, under the surface of the metal sample. This layer typically has a thickness of between 1 and 5 mm depending on the conditions applied during the heating step.
[0045] 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. Referring to FIGURES 2 and 3, there is shown a device 10 for dynamically bringing the coupling film 7 into contact with the metallic material 2. The device comprises drive and guide bearings 11 arranged to bring into contact dynamic the coupling film 7 with the metallic material 2. The coupling film 7 is thus gradually unwound from a roll 72 of “new” coupling film 7 towards a roll 73 of “degraded” coupling film 7 by the impact of successive laser beams.
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. 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.
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. 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 with respect to one another. and with respect to the metallic material 2 and / or with respect to the laser beam 4 can be controlled and adapted dynamically or be fixed as appropriate.
[0046] En référence à la FIGURE 2, une buse 12 projette un jet 62 d’eau 6 sur la surface 8 du matériau métallique 2 au niveau de la zone d’impact 5. La position de la buse 12 par rapport au matériau métallique 2 et/ou par rapport au faisceau laser 4 et/ou par rapport au dispositif de mise en contact dynamique 10 peut être contrôlée et adaptée de manière dynamique ou être fixe selon les cas. Le débit, l’orientation et la durée de projection du jet 42 d’eau 6 sont adaptés de sorte à moduler l’épaisseur du film d’eau 6 formé sur la surface 8 du matériau métallique 2 au niveau de la zone d’impact 5. Referring to FIGURE 2, a nozzle 12 projects a jet 62 of water 6 on the surface 8 of the metallic material 2 at the level of the impact zone 5. The position of the nozzle 12 relative to the metallic material 2 and / or with respect to the laser beam 4 and / or with respect to the dynamic contacting device 10 can be controlled and adapted dynamically or be fixed as appropriate. The flow rate, the orientation and the duration of the projection of the water jet 42 6 are adapted so as to modulate the thickness of the water film 6 formed on the surface 8 of the metallic material 2 at the level of the impact zone 5.
[0047] En référence à la FIGURE 3, le matériau métallique 2 et une partie du dispositif de mise en contact dynamique 10 sont immergés dans un bain 61 d’eau 6. With reference to FIGURE 3, the metallic material 2 and part of the dynamic contacting device 10 are immersed in a bath 61 of water 6.
[0048] 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. [0048] Of course, the invention is not limited to the examples which have just been described and numerous modifications can be made to these examples without departing from the scope of the invention.
[0049] Ainsi, dans des variantes combinables entre elles des modes de réalisation précédemment décrits : Thus, in mutually combinable variants of the previously described embodiments:
- le matériau métallique est de l’aluminium et/ou un alliage comprenant du titane ou de l’aluminium, et/ou - the metallic material is aluminum and / or an alloy comprising titanium or aluminum, and / or
- 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 - 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 contact in 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
- 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 - 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 in vapor phase, or during a processing step of the material, for example by chemical treatment or heat treatment or preferably by laser ablation, and / or
- 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 agencé (non représentée), agencé pour mettre le faisceau laser 4 en mouvement relatif par rapport à la zone d’impact 5, the coating or the surface layer of the metallic material 2 is a layer of metallic base oxide identical to that of the metallic material, for example a native metallic oxide or not, anodized for example, or a layer of which the base, or the 'major chemical element, is different from the basic 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 arranged (not shown), arranged to set the laser beam 4 in relative movement with respect to the impact zone 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 - 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
- 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 - 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
- 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 - Subsequent to the laser shock treatment, heating the metallic material 2 makes it possible to give 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
- 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. - 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.
[0050] 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. [0050] In addition, the various characteristics, shapes, variants and embodiments of the invention can be associated with each other in various combinations as long as they are not incompatible or exclusive of each other.

Claims

Revendications Claims
[Revendication 1] Procédé de traitement d’un matériau métallique comprenant : [Claim 1] A method of treating a metallic material comprising:
- une mise en contact d’un média de confinement avec : - placing a containment medium in contact with:
• une partie d’une surface du matériau métallique destiné à être traité, ou • part of a surface of the metallic material intended to be treated, or
• une partie d’un film de couplage en contact avec la partie de la surface du matériau métallique destiné à être traité, • part of a coupling film in contact with the part of the surface of the metallic material intended to be treated,
- une émission d’un faisceau laser, sous forme d’impulsions laser, impactant, au niveau d’une zone d’impact : - emission of a laser beam, in the form of laser pulses, impacting, at an impact zone:
• la partie de la surface du matériau métallique destiné à être traité, ou • the part of the surface of the metallic material intended to be treated, or
• 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 : • 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:
■ une durée comprise entre 1 et 100 ns, ■ a duration of between 1 and 100 ns,
■ une longueur d’onde comprise entre 300 et 1200 nm, ■ a wavelength between 300 and 1200 nm,
■ une irradiance comprise entre 0,1 et 50 GW/cm2, ■ an irradiance of between 0.1 and 50 GW / cm 2 ,
■ un diamètre, au niveau de la zone d’impact, compris entre 1 mm et 10 mm, ■ a diameter, at the level of the impact zone, between 1 mm and 10 mm,
- une mise en mouvement relatif du faisceau laser et/ou de la zone d’impact l’un par rapport à l’autre, - relative movement of the laser beam and / or the impact zone with respect to each other,
- 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 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 which is greater than 5% and / or less than 95%.
[Revendication 2] Procédé selon la revendication 1, dans lequel les impulsions laser sont émises à une fréquence supérieure à 1 Hz. [Claim 2] A method according to claim 1, wherein the laser pulses are emitted at a frequency greater than 1 Hz.
[Revendication 3] Procédé selon la revendication 1 ou 2, comprenant une étape de [Claim 3] A method according to claim 1 or 2, comprising a step of
chauffage du matériau métallique. heating of the metallic material.
[Revendication 4] Procédé selon la revendication 2, dans lequel l’étape de chauffage [Claim 4] The method of claim 2, wherein the step of heating
comprend un chauffage du matériau métallique à une température supérieure à 200°C. comprises heating the metallic material to a temperature above 200 ° C.
[Revendication 5] Procédé selon à la revendication 3 ou 4, dans lequel l’étape de chauffage du matériau métallique est réalisée sous air sec. [Claim 5] The method of claim 3 or 4, wherein the step of heating the metallic material is performed in dry air.
[Revendication 6] Procédé selon l’une des revendications 3 à 5, dans lequel l’étape de chauffage du matériau métallique comprend un gradient de température inférieur à 100°C/min. [Claim 6] A method according to one of claims 3 to 5, wherein the step of heating the metallic material comprises a temperature gradient of less than 100 ° C / min.
[Revendication 7] Procédé selon l’une des revendications 1 à 6, comprenant 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 mm. [Claim 7] Method according to one of claims 1 to 6, comprising a step consisting in providing the metallic material intended to be treated in the form of a sample having a thickness to be treated greater than 500 mm.
[Revendication 8] Procédé selon l’une des revendications 1 à 6, comprenant 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. [Claim 8] The method according to one of claims 1 to 6, comprising a step of providing the metallic material to be treated in the form of a sample having a thickness to be treated of less than 20 mm.
[Revendication 9] Procédé selon l’une des revendications 1 à 8, dans lequel la mise en mouvement relatif du faisceau laser et/ou de la zone d’impact, l’un par rapport à l’autre, est réalisée à une vitesse moyenne supérieure à 1 mm/ s. [Claim 9] The method according to one of claims 1 to 8, wherein the relative movement of the laser beam and / or the impact zone, with respect to each other, is carried out at a speed average greater than 1 mm / s.
[Revendication 10] Procédé selon l’une des revendications 1 à 8, dans lequel la mise en mouvement relatif du faisceau laser et/ou de la zone d’impact, l’un par rapport à l’autre, est réalisée à une vitesse moyenne inférieure à 1000 mm/s. [Claim 10] The method according to one of claims 1 to 8, wherein the relative movement of the laser beam and / or the impact zone, with respect to each other, is carried out at a speed average less than 1000 mm / s.
[Revendication 11] Dispositif de traitement par choc laser d’un matériau métallique [Claim 11] Device for laser shock treatment of a metallic material
comprenant : including:
- une source laser agencée pour émettre des impulsions laser : - a laser source arranged to emit laser pulses:
• dont une durée est comprise entre 1 et 100 ns, • whose duration is between 1 and 100 ns,
• dont une longueur d’onde est comprise entre 300 et 1200 nm,• with a wavelength between 300 and 1200 nm,
• dont une irradiance est comprise entre 0,1 et 50 GW/cm2,• whose irradiance is between 0.1 and 50 GW / cm 2 ,
• dont un diamètre, au niveau d’une zone d’impact, est compris entre 1 mm et 10 mm, • of which a diameter, at an impact zone, is between 1 mm and 10 mm,
- un média de confinement destiné à être porté en contact avec une zone d’impact des impulsions laser avec : - a containment medium intended to be brought into contact with an impact zone of the laser pulses with:
• une partie d’une surface du matériau métallique destiné à être traité, ou • part of a surface of the metallic material intended to be treated, or
• une partie d’un film de couplage en contact avec la partie de la surface du matériau métallique destiné à être traité, • part of a coupling film in contact with the part of the surface of the metallic material intended to be treated,
- un dispositif de mise en mouvement agencé pour : - a device for setting in motion designed for:
• que le faisceau laser et/ou la zone d’impact puissent être mis en mouvement relatif l’un par rapport à l’autre, • that the laser beam and / or the impact zone can be set in relative movement with respect to each other,
• 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%. • 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 is greater than 5% and / or less than 95%.
[Revendication 12] Dispositif selon la revendication 11, dans lequel la source laser est agencée pour émettre les impulsions laser, destinées à impacter la zone d’impact, à une fréquence supérieure à 1 Hz. [Claim 12] Device according to claim 11, wherein the laser source is arranged to emit the laser pulses, intended to impact the area. impact, at a frequency greater than 1 Hz.
[Revendication 13] Dispositif selon la revendication 11 ou 12, dans lequel le media de [Claim 13] A device according to claim 11 or 12, wherein the recording media
couplage est en mouvement par rapport à la face du matériau métallique à traiter avec laquelle il est en contact. coupling is in motion relative to the face of the metallic material to be treated with which it is in contact.
[Revendication 14] Matériau métallique susceptible d’être obtenu par un procédé [Claim 14] Metallic material obtainable by a process
comprenant un traitement par choc laser et un chauffage du matériau métallique. comprising laser shock treatment and heating of the metallic material.
[Revendication 15] Utilisation d’un matériau métallique selon la revendication 14 ou d’un matériau métallique traité par le procédé selon l’une des revendications 1 à 10, dans un milieu corrosif pour ses propriétés mécaniques. [Claim 15] Use of a metallic material according to claim 14 or of a metallic material treated by the method according to one of claims 1 to 10, in a medium corrosive for its mechanical properties.
[Revendication 16] Utilisation d’un matériau métallique selon la revendication 14 ou d’un matériau métallique traité par le procédé selon l’une des revendications 1 à 10, destiné à être utilisé pour ses propriétés mécaniques, pour son aptitude à conserver ses propriétés mécaniques lorsqu’il est utilisé en milieu corrosif. [Claim 16] Use of a metallic material according to claim 14 or of a metallic material treated by the process according to one of claims 1 to 10, intended to be used for its mechanical properties, for its ability to retain its properties mechanical when used in a corrosive environment.
[Revendication 17] Utilisation d’un matériau métallique selon la revendication 14 ou d’un matériau métallique traité par le procédé selon l’une des revendications 1 à 10, 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. [Claim 17] Use of a metallic material according to claim 14 or of a metallic material treated by the process according to one of claims 1 to 10, for its ability to retain its mechanical properties when subjected to stress mechanical in a corrosive environment for a period of more than 10 hours.
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