Traitement de surface et caractérisation de l'adhérence dans les assemblages métal/bio-composite

Structural bonding is a widely used technique that consists in assembling two or more materials using an adhesive. Due to its numerous advantages mainly mass reduction, vibration damping and bond continuity, this bonding technique has found its place among different fields such as transportation, automotive industry and aerospace aviation. Yet the application of this method could sometimes be limited by the low adhesion properties of some materials. Neutral substrates are usually protected by grease, oil, or a chemically modified layer due to oxidation phenomena and environmental pollution. Thus untreated materials have very low surface free energy and limited available areas for bonding. Surface treatment before bonding is a necessary step to generate dipoles on the surface and to improve surface quality. The key parameters considered to ensure a strong metal to metal, composite to composite or metal to composite adhesion are the surface topography, roughness and free energy. The primarily goal of this thesis, is to improve flax composite to galvanized steel bonded assembly adhesion strength. In this regard, the effect of different surface treatments on both materials’ surface quality was studied. Afterwards, single lab shear joint mechanical tests were applied for both composite to composite and steel to steel assemblies in order to identify the surface treatment providing to each material the best adhesion abilities. Mechanical tests revealed that flax composite and galvanized steel specimens treated with sandblasting using a 90° angle, a 5 bar pressure and a 90/150 glace sand granulometry, presented the highest shear adhesion strength. Yet, once exposed to heat and humidity, composite to steel assemblies, which their surfaces were treated using sandblasting, witnesses a significant decrease in their adhesion strength compared to non-treated specimens. Sandblasting was also proven to causing surface defect and sand residues which could eventually result in premature assembly failure.Le collage structural est l’assemblage de deux ou plusieurs matériaux via un adhésif. Cette technique s’impose de plus en plus dans l’industrie grâce à ses nombreux avantages tels que l’amélioration de la performance globale des assemblages, l’optimisation de la définition des structures et la simplification de certains processus industriels. Toutefois, l’utilisation de cette technique peut être limitée par les faibles propriétés d’adhésion des matériaux à l’état brut. A cet effet, le traitement de surface est une étape primordiale afin d’améliorer et augmenter l’aptitude du collage du matériau. L’objectif principal de cette thèse est d’établir une procédure de préparation de surface confèrent à l’acier galvanisé et au composite lin/époxy les meilleures propriétés d’adhésion. Une étude de l’impact des différents traitements mécaniques et/ou chimiques sur la topographie, la rugosité, la mouillabilité et l’énergie libre de surface de ces deux matériaux ainsi que la résistance au cisaillement des collages acier/acier, composite/composite et acier/composite a été établie. Cette étude a révélé qu’un traitement mécanique par sablage conférait à l’acier et au composite une aptitude du collage plus importante que d’autres traitements tels que le polissage, le tissu d’arrachage et les primaires de surface. Néanmoins, ce traitement engendrait quelques effets indésirables tels que l’endommagement des fibres de lin, la création des microfissures, la présence des résidus de sable et la fragilisation de la tenue de l’assemblage acier/composite à l’humidité

Surface treatment and adhesion characterization in metal/biocomposite assemblies

Etudier l'effet de différents traitements de surface mécaniques et/ou chimiques sur les qualités de surface et les propriétés d'adhésion de l'acier galvanisé et le composite lin-époxy.Study the effect of different surface treatments on the galvanized steel and the flax composite surface qualities and adhesion properties