Caractérisations structurales et tribologiques de couches d'oxydes de titane créées par faisceau Laser

Des couches incolores et jaunes ont été obtenues par un traitement laser Nd/YAG impulsionnel à la surface d'un substrat en titane. Les évolutions de la structure ont été étudiées à la suite de test de fretting à l'aide d'analyses Raman. Ces analyses Raman montrent que les évolutions engendrées par les frottements sont différentes entre ces couches incolores et jaunes même si leurs comportements tribologiques et leurs morphologies sont proches

High temperature oxidation resistance and microstructure of laser-shock peened Ti-Beta-21S

Improving the high temperature (HT) resistance of titanium alloys is currently a technological challenge for extending their use in aerospace engines. Ti-Beta-21S is a metastable β titanium alloy specifically designed for high temperature applications up to 593 °C. We report the effect of a surface treatment by laser-shock peening (LSP) on the high temperature behavior of Ti-Beta-21S in order to increase further its maximum service temperature. The oxidation kinetics at 700 °C for duration up to 3000 h showed that the LSP treatment increases the oxidation resistance of Ti-Beta-21S. The effects of the LSP treatment on the alloy microstructure, its evolution at high temperature and the diffusion of light atmospheric elements (oxygen and nitrogen) are also reported

Influence of Mechanical Surface Treatment on High-Temperature Oxidation of Pure Titanium

The excellent combination of light-weight and good mechanical properties makes titanium alloys attractive for compressor section components in gas turbine engines (temperature between 250 and 600 °C). However, above 600 °C, the formation of an unprotective oxide layer facilitates the oxygen diffusion into the alloy. In this experimental study, pure titanium was treated with mechanical surface treatment to promote better protection against oxidation at high temperature. Shot-peened and laser-shock peened specimens were compared to untreated samples in terms of oxidation behavior at high temperature. We used thermal gravimetric analysis to oxidize the samples at 700 °C for 100 h. Subsequently, XRD, optical microscopy, SEM/EDS, NRA, micro-Raman spectroscopy, and micro-hardness were used to characterize the oxide scale and the alpha-case layer formed during the high-temperature exposure. The shot-peened samples oxidized less (−45%) than the untreated and laser-shock peened samples. This behavior was attributed to the formation of a continuous nitride layer between oxide and metal

Elaboration, caractérisation physico-chimique et simultation thermo-cinétique de couches d'oxydes de titane sous faisceau laser Nd-YAG impulsionnel

LYON-Ecole Centrale (690812301) / SudocSudocFranceF

Elaboration, caractérisation physico-chimique et simultation thermo-cinétique de couches d'oxydes de titane sous faisceau laser Nd-YAG impulsionnel

LYON-Ecole Centrale (690812301) / SudocSudocFranceF

Dynamique d'expansion de la plume-plasma formée lors d'un impact laser Nd (YAG nanoseconde sur une surface métallique en milieu atmosphérique)

L ablation laser dans l air à la pression atmosphérique est souvent appliquée dans l industrie, l analyse chimique, la chirurgie, Pour un développement plus approfondi des technologies laser basées sur l effet d ablation, il est nécessaire de mieux comprendre les phénomènes à l origine de l interaction laser-matière. Lors d un impact du faisceau laser sur la surface d un matériau, une plume plasma se forme au dessus de la cible. Ce plasma contient des électrons, des atomes et des ions du matériau évaporé, ainsi que du gaz ambiant, s il est présent. Lors de l impulsion laser, cette plume absorbe une grande partie d énergie du faisceau laser, réduisant ainsi la quantité du rayonnement laser qui arrive à la surface de la cible. Les dimensions, ainsi que les paramètres de cette plume plasma évoluent très rapidement avec le temps. L étude de la dynamique et des paramètres de cette plume est très importante, parce qu ils influent sur tous les processus physiques ayant lieu à la surface du matériau traité. Nous avons étudié l expansion de la plume plasma formée lors de l ablation des échantillons métalliques (Al, Ti, Fe) par faisceau laser Nd :YAG nanoseconde (durée d impulsion : 5.1 ns, longueur d onde : 1064 nm, irradiance de l ordre de grandeur de GW/cm2) dans l air à la pression atmosphérique en utilisant la technique d imagerie rapide. Cette technique nous a permis d observer l évolution spatio-temporelle de la plume au début de son expansion. Les résultats obtenus indiquent que la plume d ablation laser a une structure : deux régions ont été distinguées le cœur et la périphérie de la plume. La dynamique de ces deux régions de la plume a été étudiée et les vitesses de leur expansion ont été déterminées. En plus, nous avons examiné l influence de l irradiance laser, ainsi que l influence de la composition de la cible sur la dynamique de la plume. D autre part, nous avons développé des modèles numériques sous COMSOL Multiphysics pour simuler le processus d ablation laser. Un modèle thermique a été utilisé pour simuler l interaction laser cible. Les résultats de ce modèle ont été employés comme conditions à la limite du modèle hydrodynamique, utilisé pour simuler l expansion de la plume du plasma dans l air ambiant. Deux approches ont été proposées : approche microscopique et macroscopique. Les résultats de simulation basée sur l approche macroscopique donnent l évolution temporelle et distribution spatiale (1D) des paramètres de la plume : masse volumique, vitesse, pression.Laser ablation in the air at atmospheric pressure is nowadays frequently applied in industry, chemical analysis, surgery For a further development of laser ablation based technologies, it is necessary to better understand the laser matter interaction. During the impact of a laser pulse on the surface of the treated material, a plasma plume forms above the target surface. This plume contains particles (electrons, ions, atoms) of ablated matter, as well as of ambient gas, if present. During the laser pulse, this plume absorbs a large amount of the laser beam energy, thus reducing the quantity of the laser radiation arriving to the target surface. Dimensions, as well as parameters of this plasma plume evolve very quickly in time. Study of the plasma plume s dynamics and parameters is very important, since they influence all the physical processes occurring at the surface of the treated material. In this work, we have investigated the expansion of the plasma plume formed during the laser ablation of metallic targets (Al, Ti, Fe) by a Nd:YAG laser beam (wavelength 1064 nm, pulse duration 5.1 ns and irradiance of the order of GW/cm2) in the air at atmospheric pressure using fast imaging technique. The obtained results show that laser ablation plume has a certain structure: two regions have been distinguished the core and the periphery of the plume. Dynamics of these two plume regions has been studied and expansion velocities have been determined. In addition, we have examined the influence of the laser irradiance, as well as of the target composition on the plume dynamics. On the other hand, we have developed numerical models in COMSOL Multiphysics in order to simulate laser ablation process. A thermal model has been used to simulate the laser target interaction. The results obtained from this model have been employed as boundary conditions in the hydrodynamic model, used to simulate plasma plume expansion in the ambient air. Two approaches have been proposed: microscopic and macroscopic approach. The results obtained by the simulation based on macroscopic approach give temporal evolution and spatial distribution (1D) of plume parameters: density, velocity and pressure.DIJON-BU Doc.électronique (212319901) / SudocSudocFranceF

Traitement de surface métallique induit par faisceau laser Nd:YAG Q-switch de marquage : modélisation d'un impact laser

International audienceNous nous intéressons à la modélisation des phénomènes physiques intervenant lors du traitement des matériaux par un faisceau laser Nd:YAG impulsionnel. Deux applications industrielles sont étudiées : le procédé de la texturation par laser et le procédé de coloration de surface par laser

The influence of laser power and repetition rate on oxygen and nitrogen insertion into titanium using pulsed Nd:YAG laser irradiation

International audienc

Comparison Between the Oxidation Behaviors of Ti6242S, Ti6246, TiXT Alloys, and Pure Titanium

International audienceIsothermal oxidation tests were performed on Ti6242S (Ti-6% Al-2% Sn-4% Zr-2% Mo, 0.08% Si), Ti6246 (Ti-6% Al-2% Sn-4% Zr-6% Mo, 0.05% Si), TiXT (Ti-0.45% Si) alloys and pure titanium in laboratory air at 560 °C, 600 °C and 650 °C for 1000 h to compare their oxidation behaviors. This study aims to highlight the role of molybdenum and silicon in the oxidation resistance of titanium alloys. The results show that 6 wt.% of Mo in Ti6246 alloys does not substantially change the oxidation behavior compared to Ti6242S alloy containing only 2 wt.% of Mo. Meanwhile, the presence of 0.45 wt.% Si seems to be clearly beneficial for the oxidation resistance, reducing the parabolic rate constant by a factor larger than 2 as compared to pure titanium

Covalent grafting of alkyl chains on laser-treated titanium surfaces through silanization and phosphonation reactions

International audienc