1,721,092 research outputs found
Study on preparation and characterization of aluminum alloy and magnesium alloy coatings for the repair of aircraft parts using cold spray process
No full textLa réparation des composants en alliages légers est un processus clés dans le domaine de l’aéronautique. Ces alliages sont abondamment utilisés dans les constructions aéronautiques notamment pour des composants à forte valeur ajoutée. Leur utilisation combinée à une optimisation de la conception des pièces permet de disposer de produits satisfaisants aux exigences de masse, de coût et de performances. Cependant l’utilisation de ces pièces est limitée dans le temps car divers endommagements peuvent survenir aussi bien lors de leurs manipulations que lors de leurs utilisations en service. Des solutions de retouches existent mais ne permettent pas toujours de redonner leur intégrité aux zones affectées. Ces limitations sont à l’origine d’un fort taux de rebut parmi les pièces à forte valeur ajoutée.Les multiples avantages du procédé Cold Spray en font un candidat idéal pour la projection de revêtements adaptés aux composants en alliages légers mis en oeuvre en aéronautique, que ce soit dans une logique de protection, de retouche ou de réparation. Il s’agit de reconstruire la pièce par un revêtement aux caractéristiques les plus proches possibles de celles du matériau de base. Ce travail de thèse consiste à optimiser l’ensemble des paramètres du procédé de projection dynamique à froid (Cold Spray) pour plusieurs couples substrat-revêtement combinant différents alliages d'aluminium, de magnésium et des composites à matrice métallique à base aluminium.La première étape a consisté à optimiser les paramètres principaux du procédé Cold Spray afin de s’affranchir du phénomène de colmatage pouvant intervenir au sein de la section divergente de la buse de projection. Ce phénomène a pour effet de diminuer la vitesse des particules, les revêtements obtenus devenant alors assez poreux. Une étude s’est ensuite focalisée sur l’optimisation de l’adhérence des couples substrats-revêtements. Il a été démontré le rôle primordial de la préparation de surface dans l’adhérence des revêtements où l’ancrage mécanique apparaît prépondérant. Enfin, une étude originale a été conduite pour mettre au point une méthodologie pour recharger localement une zone défectueuse sans avoir à recouvrir toute la surface du substrat. Une programmation hors ligne du robot a été employée afin de recouvrir deux types de défaut pré-usinés sur des blocs d’alliage d'aluminium. Les résultats sont satisfaisants avec des gains en temps de projection et des dépôts sans défaut après usinage.The repair of light alloy parts is a major issue in aeronautics. Aluminum alloy and magnesium alloy are widely used in aircraft parts, especially for high value-added components. Their use combined to optimizing design allows to have satisfactory products meeting mass, cost and performance requirements. However, like any other life-limited components, various damages can occur not only during handling procedure but also while operating. Rectification solutions exist but do not always comply with requirements. These limitations entail high scrap rates among high value-added parts.The various advantages of the cold spray process make it an ideal candidate for suitable coatings for light alloy aircraft components as protective, retouching or repair methods. The aim is to rebuild the damaged part by a coating whose characteristics are closest to those of primary materials. This thesis proposes to optimize different cold spray parameters for several substrate-coating pairs combining different aluminum alloys, magnesium alloys and aluminum alloy-based metal matrix composites.The first step was to optimize the main parameters of cold spray process to prevent clogging phenomenon that may occur in the expansion part of the nozzle. It decreases particle kinetics and promotes porous coating. Then, adhesion optimization of substrate-coating couples was investigated. The substrate surface preparation is a key factor on coating adhesion, where the mechanical anchoring appears essential. Finally, an innovative study was conducted to develop a method to cover locally surface defects. Offline programming trajectories were used to fill up two kinds of pre-machined defaults on aluminum alloy blocks. Results are in good agreement with spray time savings and defect free coatings after machining
Going Beyond Counting First Authors in Author Co-citation Analysis
Full text linkThe present study examines one of the fundamental aspects of author co-citation analysis (ACA) - the way co-citation
counts are defined. Co-citation counting provides the data on which all subsequent statistical analyses and mappings
are based, and we compare ACA results based on two different types of co-citation counting - the traditional type that
only counts the first one among a cited work's authors on the one hand and a non-traditional type that takes into
account the first 5 authors of a cited work on the other hand. Results indicate that the picture produced through this non-traditional author co-citation counting contains more coherent author groups and is therefore considerably clearer. However, this picture represents fewer specialties in the research field being studied than that produced through the traditional first-author co-citation counting when the same number of top-ranked authors is selected and analyzed. Reasons for these effects are discussed
Variations on the Author
Full text link“Variations on the Author” discusses two of Eduardo Coutinho’s recent films (Um Dia na Vida, from 2010, and Últimas Conversas, posthumously released in 2015) and their contribution to the general question of documentary authorship. The director’s filmography is characterized by a consistent yet self-effacing form of authorial self-inscription: Coutinho often features as an interviewer that rather than express opinions propels discourses; an interviewer that is good at listening. This mode of self-inscription characterizes him as an author who is not expressive but who is nonetheless markedly present on the screen. In Um Dia na Vida, however, Coutinho is completely absent form the image, while Últimas Conversas, on the contrary, includes a confessional prologue that moves the director from the margins to the center of his films. This article examines the ways in which these works stand out in the filmography of a director who offers new insights into the notion of cinematic authorship
Appropriate Similarity Measures for Author Cocitation Analysis
Full text linkWe provide a number of new insights into the methodological discussion about author cocitation analysis. We first argue that the use of the Pearson correlation for measuring the similarity between authors’ cocitation profiles is not very satisfactory. We then discuss what kind of similarity measures may be used as an alternative to the Pearson correlation. We consider three similarity measures in particular. One is the well-known cosine. The other two similarity measures have not been used before in the bibliometric literature. Finally, we show by means of an example that our findings have a high practical relevance.information science;Pearson correlation;cosine;similarity measure;author cocitation analysis
Elaboration of aluminium alloy metallic matrix composite with cold spray process
No full textLe procédé de projection à froid (cold spray en anglais) est un procédé fondé sur l’accélération de particules qui restent à l’état solide pour former des dépôts. L’un des forts potentiels applicatifs de ce procédé réside dans la réalisation de dépôts composites car l'incorporation des particules céramiques dans des poudres métalliques influence la microstructure et les propriétés des dépôts. Néanmoins, le principe de construction du dépôt composite n’est pas encore parfaitement établi. En conséquence, les recherches menées dans cette étude sur la fabrication de dépôts composites s’articulent autour de plusieurs domaines, à savoir :• La science des matériaux avec des études sur l’effet de la taille et de la teneur (15 vol.% - 60 vol.%) de la particule du renfort (SiC);• La mécanique des fluides avec des modélisations des vitesses des particules céramiques (SiC) et alliage d’aluminium (Al5056) et les simulations du comportement à la déformation de la particule;• Les caractérisations des dépôts avec des analyses de microstructure et de microdureté, de la cohésion du dépôt et de comportement en frottement des dépôts;Les résultats montrent que la température du gaz n'a aucun effet sur la teneur en SiC dans les dépôts mais provoque une amélioration du rendement de dépôt. La teneur en SiC dans les dépôts composites d’Al5056/SiCp augmente avec l’augmentation de la teneur en SiC dans les poudres initiales. L’ajout de SiC dans les dépôts d’Al5056 augmente la dureté et améliore la résistance à l'usure des dépôts, et puis l’amélioration dépend de la teneur en SiC dans les dépôts composites. La force de cohésion des dépôts augmente dans un premier temps avec l’augmentation de la teneur en SiC puis diminue à partir d’environ 26-27%. Les dépôts composites renforcés par SiC-67 et SiC-27 ont une teneur en SiC semblable dans les dépôts ; Pourtant la microdureté, la force de cohésion et la résistance à l'usure des dépôts formés par Al5056/SiC-67 sont supérieures à celles des dépôts construits par Al5056/SiC-27. Ce phénomène relève l’importance de l’énergie cinétique des particules renforts.Les résultats expérimentaux ont montré que les particules de SiC ne se déforment pas plastiquement mais qu’elles sont susceptibles de créer des cratères sur le substrat ou le revêtement déjà formé ou encore rebondir ou bien de s’insérer mécaniquement dans le revêtement déposé. Finalement, un modèle eulérien a été développé pour prédire la vitesse critique à partir de la morphologie de l’éjection de matière au moment de l’impact. Ce modèle a également été étendu au dépôt composite pour représenter le procédé d’empilement des particules pendant la projection. Les résultats calculés montrent la plus grande déformation des particules de la matrice grâce à l’impact des renforts.In cold spraying, particles are accelerated in the gas jet to achieve a high velocity and deposit on the substrate with a solid state. One of potential and important applications of cold spray is realizing the composite coatings. The incorporated ceramic particles in the composite coating can greatly influence the microstructure and properties of the coatings. The objective of this thesis was to investigate factors influencing the reinforcement content in the coatings and especially the formation mechanism in cold spraying. Al5056/SiC composite coatings were prepared by cold spraying. The effect of particle size and the reinforcement content in the powders on the reinforcement content in the coatings and thus on the microstructure and the properties of the coatings were studied. A search on the particle deformation and the formation mechanism of the composite coating was also carried out by using software of fluent and Abaqus.The results show that the addition of the SiC particles in the coating increases the hardness and improves the wear resistance of the coatings. However, the cohesion strength of the coatings first increases with the increase of the SiC content in the coating and then at a certain fraction, it decreases. Moreover, under the condition of having a similar SiC content in the coating, larger SiC particles lead to better properties of the coatings.Finally, an eulerian model was used for predicting the critical velocity by the morphology of the material jet. This model has also been extended to the composite model to demonstrate the built-up process of the composite coating during cold spraying. The calculation results show that the matrix particles deform more greatly after being impacted by the reinforcements
Study on Selective Laser Melting of ceramic material Yttria Stabilized Zirconia
No full textLa fusion sélective par laser est un procédé de la technologie de fabrication rapide de plus en plus utilisé dans l’industrie automobile, aéronautique, médicale, etc. Selon le principe de la fabrication rapide, la pièce est fabriquée couche par couche en fusionnant et soudant les particules fines par laser. Actuellement, les principaux matériaux utilisés sont les métaux métalliques ou les polymères. Le faible ou modeste point de fusion de ces matériaux conduit à une mise en œuvre par laser relativement facile. Cependant, en raison de leur point de fusion élevé, de la forte résistance à haute température et de la faible conductivité thermique, l’utilisation de matériaux céramiques est limitée dans la technologie de fusion laser sélective. Cette étude explore la fusion laser sélective de zircone stabilisée par yttrine avec un laser à fibre de longueur d’onde d’environ 1 µm. L’influence de différentes puissances de laser et de différentes vitesses de balayage sur la microstructure et la déformation de l’échantillon a été étudiée, et la densité relative et la microdureté ont été mesurées. Notamment, l’effet de différentes températures de préchauffage sur la microstructure sera étudié. En même temps, la structure cristalline céramique et la transformation des phases pendant le procédé de prototypage rapide ont été analysées. Les résultats expérimentaux montrent qu’il est possible de fondre complètement de la poudre YSZ avec un laser à fibre NIR, et avec l’optimisation des paramètres de fabrication, la densité relative de l’échantillon peut atteindre 91 %. Il est inévitable de voir se former des fissures et des pores dans les pièces fabriquées du fait de l’hétérogénéité de la distribution de l’énergie du laser. Cette distribution de l’énergie peut être améliorée grâce à l’optimisation des paramètres ; les longueurs de fissure peuvent être contrôlées et maîtrisées par un préchauffage du lit de poudre. Notamment, à haute température (1500°C, 2000°C et 2500°C) de préchauffage, la fissure verticale continue devient désordonnée et courte. Une transformation de la structure monoclinique et cubique en structure tétragonale s’est produite pendant le processus de fabrication.Selective laser melting is a rapid manufacturing process coming from the rapid prototyping technology, which is widely used in the automotive, aeronautical, medical industry etc. According to the principle of rapid manufacturing, the piece is manufactured layer by layer through the laser sintering or melting the fine powder. Currently, the main powder materials used are metal or polymer materials. The low melting point of these materials facilitates the melting process. However, duo to the high melting point, strong strength at high temperature and low thermal conductivity the application of ceramic materials is limited in the technology of selective laser melting. In this study, selective laser melting of the ceramic yttria stabilized zirconia by a 1μm wavelength fiber laser was explored. The influence of different laser powers and different scanning velocities on the microstructure and the deformation were analyzed, then the micro-hardness and relative density were measured. In particular, the effect of different preheat temperatures on microstructure was investigated. At the same time, the crystal structure and phase transformation during the fabrication were analyzed. Experimental results show that YSZ powder can be completely melted by the near IR fiber laser. With the optimization of the manufacturing parameters, the relative density of sample could reach 91 %. The forming of cracks and pores in the manufactured parts is rarely avoid due to the heterogeneity of distribution of energy. The energy distribution could be improved by optimizing the parameters and the crack lengths can be controlled by preheating the powder bed. In particular, the high temperature (1500 ℃, 2000 ℃ and 2500 ℃) lead the continuous vertical crack becomes messy and short. The transformation of monoclinic and cubic crystal to tetragonal crystal can be observed during the fabrication
New preparation of ceramic coatings by low-pressure plasma spray
No full textEn tant que technologie de projection thermique avancée, la projection plasma sous basse pression (LPPS) permet d'obtenir des revêtements de haute qualité et peut combler l'écart d'épaisseur entre les technologies de projection thermique conventionnelles et les procédés de couche mince standard. En outre, LPPS permet de construire des revêtements uniformes avec diverses microstructures; le dépôt a lieu non seulement à partir des éclaboussures liquides, mais aussi à partir des amas nanométriques ainsi que de la phase vapeur en fonction des conditions opérationnelles. Afin de continuer à améliorer et à développer le procédé LPPS, cette recherche vise à le combiner avec les procédés émergents de projection plasma en suspension et de projection plasma réactif. Il devait à la fois fournir deux nouveaux processus intégrés et réaliser des revêtements à structure fine avec des microstructures uniques et des performances élevées.Une torche à plasma bi-cathode (laboratoire LERMPS, UTBM, France) à mode d'injection axiale a été conçue et construite pour le LPPS, dont la puissance maximale en entrée du plasma a pu atteindre 80 kW. En utilisant cette nouvelle torche, soit la suspension à très fines particules, soit les poudres micrométriques ont pu être injectées dans le centre du plasma à basse pression. En conséquence, le transfert de chaleur et de masse entre le jet de plasma et les matériaux pulvérisés a été amélioré.La torche à plasma bi-cathode axiale a été appliquée d'abord pour pulvériser deux types de charges de YSZ, y compris la suspension de YSZ et les poudres agglomérées de YSZ. Les résultats ont indiqué que tous les revêtements YSZ présentaient des structures relativement denses en raison de la grande vitesse des particules sous faibles pressions. Les revêtements ont été composés des particules fondues, des particules agglomérées ainsi que du dépôt en phase vapeur. Il a été constaté que le degré de vaporisation de YSZ a été augmenté en utilisant une taille de particule plus fine, une pression ambiante plus basse, une distance de pulvérisation plus longue et une puissance de plasma plus élevée. En outre, tous les revêtements YSZ ont subi une transformation de phase significative d'une phase monoclinique à une phase tétragonale, et le degré de transformation était proportionnel au degré de vaporisation. Cependant, les propriétés mécaniques des revêtements résultants ont des comportements opposés. Les revêtements YSZ préparés à partir des particules agglomérées, qui avaient une plus grande taille de gouttelettes et moins de dépôt en phase vapeur, présentaient une dureté et un module de Young plus élevés que les revêtements YSZ fabriqués à partir d'une suspension fine.Une autre torche à plasma à haute énergie O3CP (Oerlikon Metco, Suisse) a été utilisée pour synthétiser in situ les revêtements de TiN sur des alliages de Ti-6Al-4V par projection de plasma réactive à très basse pression. Les poudres de Ti pur ont été pulvérisées dans une atmosphère de N2 sous une puissance de plasma d'entrée de 120 kW. Les revêtements TiN hybrides structurés ont été synthétisés, ce qui n'était pas le cas auparavant avec d'autres procédés de projection thermique. Il est connu que la réaction de nitruration se produisait non seulement dans le jet de plasma mais aussi sur le substrat. De plus, avec l'augmentation de la distance de pulvérisation, l'effet de nitruration a été affaibli et la structure hybride du revêtement de TiN a changé de laminaire dense en colonne poreuse, en function du degré de vaporisation supérieur, de la concentration de réactive inférieure et du substrat plus froid.. Néanmoins, ils ont également permis d'améliorer les propriétés mécaniques du substrat Ti-6Al-4V.As an advanced thermal spray technology, low-pressure plasma spray (LPPS) allows obtaining high-quality coatings and can bridge the thickness gap between conventional thermal spray technologies and standard thin film processes. Moreover, LPPS permits to build uniform coatings with various microstructures; deposition takes place not only from liquid splats but also from nano-sized clusters as well as from the vapor phase depending on operational conditions. In order to further improve and develop the LPPS process, this research aims to combine it with the emerging suspension plasma spray and reactive plasma spray processes. It was expected to both provide two novel integrated processes and achieve fine-structured coatings with unique microstructures and high performance.A bi-cathode plasma torch (LERMPS lab, UTBM, France) with an axial injection mode was designed and built for LPPS, whose maximum input plasma power was able to reach to 80 kW. By using this new torch, either the very fine-particle suspension or the micro-sized powders was able to be injected into the plasma center under low pressures. As a result, the heat and mass transfer between the plasma jet and the sprayed materials were enhanced.The axial bi-cathode plasma torch was applied firstly to spray two kinds of YSZ feedstocks, including the YSZ suspension and the YSZ agglomerated powders. The results indicated that all the YSZ coatings exhibited relatively dense structures due to the high velocity of particles under low pressures. The coatings were composed of the melted particles, the agglomerated particles as well as the vapor deposition. It was found that the vaporization degree of YSZ was increased by using smaller particle size, lower ambient pressure, longer spraying distance and higher plasma power. In addition, all the YSZ coatings undergone a significant phase transformation from a monoclinic phase to a tetragonal phase, and the transformation degree was proportional to the vaporization degree. However, the mechanical properties of the resulting coatings had the opposite behaviors. The YSZ coatings prepared from the agglomerated particles, which had a bigger droplet size and less vapor deposition, showed a higher hardness and Young's modulus than the YSZ coatings fabricated from fine suspension did.Another high-energy plasma torch O3CP (Oerlikon Metco, Switzerland) was employed to in-situ synthesize the TiN coatings on Ti-6Al-4V alloys by reactive plasma spray under very low pressure. The pure Ti powders were sprayed into an N2 atmosphere under an input plasma power of 120 kW. The hybrid structured TiN coatings were synthesized, which was not previously achieved with other thermal spraying processes. It was known that the nitriding reaction occurred not only in the plasma jet but also on the substrate. Additionally, with increasing spraying distance, the nitriding effect was weakened, and the hybrid structure of TiN coating changed from dense laminar to porous columnar, according to the higher vaporization degree, lower reactant concentration and colder substrate. Nevertheless, they also were able to improve the mechanical properties of the Ti-6Al-4V substrate
Additive manufacturing of 6061 and 7075 aluminium alloy with selective laser melting
No full textActuellement, le défi auquel fait face le procédé SLM pour les alliages d'aluminium à haute résistance ou durcis par précipitation (séries 2xxx, 6xxx et 7xxx) est qu'ils sont sujets à la fissuration à chaud lors de la phase finale de solidification. Cela entraîne un grand nombre de fissures dans les échantillons imprimés. De plus, les éléments à bas point de fusion (Zn, Mg) de ces alliages ont tendance à s'évaporer facilement pendant le processus, entraînant des déficiences de composition qui affectent considérablement leurs propriétés mécaniques. Par conséquent, aborder les problèmes de fissuration et d'évaporation des éléments lors du processus d'impression SLM des alliages d'aluminium de résistance moyenne et élevée est une priorité de recherche majeure. L'objectif de cette étude est d'utiliser un équipement SLM à laser vert pour imprimer des échantillons d'alliage d'aluminium 6061 et 7075 sans fissures et d'étudier leurs propriétés mécaniques. Comparé aux lasers infrarouges traditionnels, la poudre d'alliage d'aluminium a un taux d'absorption plus élevé pour les lasers verts, ce qui signifie que des densités d'énergie plus faibles peuvent être utilisées pour l'impression. Cela réduit l'évaporation des éléments faiblement alliés. De plus, des particules de Ti et des particules de TiC/SiC sont ajoutées comme agents de nucléation pour affiner les grains et réduire les fissures. Trois types de poudres ont été préparés par mélange mécanique : 6061 + particules de Ti, 7075 + particules de Ti, et 7075 + particules de TiC/SiC. Les échantillons ont été imprimés en utilisant un équipement à laser vert, différent du laser infrarouge traditionnel.La morphologie et la composition en phases des poudres et des pièces imprimées ont été observées et étudiées à l'aide de la microscopie optique (OM), de la microscopie électronique à balayage (SEM) et de la diffraction des rayons X (XRD). Les mécanismes de renforcement et les propriétés mécaniques des échantillons imprimés ont été analysés en utilisant la microscopie électronique en transmission à haute résolution (HRTEM), la diffraction des électrons rétrodiffusés (EBSD), des tests de microdureté et des équipements de test de traction. En optimisant les paramètres de procédé (puissance laser, vitesse de balayage) et la proportion de particules ajoutées, des alliages d'aluminium 6061 et 7075 sans fissures ont été finalement préparés, et leurs mécanismes de renforcement ont été révélés. Cela offre une nouvelle approche pour le procédé SLM afin de produire des alliages d'aluminium haute performance sans fissures. Les résultats expérimentaux indiquent que pendant le processus d'impression laser vert avec des taux d'absorption plus élevés, une densité d'énergie de 52,1 à 62,5 J/mm³ est suffisante pour obtenir des échantillons imprimés relativement denses. Les grains dans les échantillons d'alliage d'aluminium 6061 et 7075 imprimés étaient de gros grains colonnaux (12,1-17,9 microns). L'ajout de particules de titane a considérablement affiné les grains, les transformant en grains colonnaux et équiaxes de petite taille (0,9-1,63 microns). En plus de servir de points de nucléation, les particules de titane ont réagi avec la matrice d'aluminium pour former Al3Ti, ce qui a été confirmé dans le HRTEM des impressions 6061 et dans le XRD des impressions 7075. L'ajout de particules de titane a donné des échantillons sans fissures pour les deux alliages 6061 et 7075. Comparé au laser infrarouge traditionnel, la perte des éléments Mg et Zn a été réduite avec le laser vert, et les propriétés de traction ont été améliorées. La limite d'élasticité des alliages 6061 traités thermiquement avec une teneur en Ti de 1% a répondu aux normes de la AA6061 forgée, et l'allongement a atteint 12,6%. La résistance à la traction du 7075 approchait également les 400 MPa, bien qu'une amélioration supplémentaire de l'allongement soit nécessaire.The purpose of this study is to use green laser SLM equipment to print crack-free 6061 and 7075 aluminum alloy samples and to investigate their mechanical properties. Compared to traditional infrared lasers, aluminum alloy powder has a higher absorption rate for green lasers, which means that lower energy densities can be used for printing. This reduces the evaporation of low-alloy elements. Additionally, Ti particles and TiC/SiC particles are added as nucleating agents to refine grains and reduce cracking. Three types of powders were prepared by mechanical mixing: 6061 + Ti particles, 7075 + Ti particles, and 7075 + TiC/SiC particles. The samples were printed using green laser equipment, different from the traditional infrared laser. The morphology and phase composition of the powders and printed parts were observed and studied using optical microscopy (OM), scanning electron microscopy (SEM), and X-ray diffraction (XRD). The strengthening mechanisms and mechanical properties of the printed samples were analyzed using high-resolution transmission electron microscopy (HRTEM), electron backscatter diffraction (EBSD), microhardness testing, and tensile testing equipment. By optimizing process parameters (laser power, scanning speed) and the proportion of added particles, crack-free 6061 and 7075 aluminum alloys were ultimately prepared, and their strengthening mechanisms were revealed. This provides a new approach for the SLM process to produce crack-free high-performance aluminum alloys.Experimental results indicate that during the green laser printing process with higher absorption rates, an energy density of 52.1 to 62.5 J/mm³ is sufficient to obtain relatively dense printed samples. The grains in the printed 6061 and 7075 aluminum alloy samples were large columnar grains (12.1-17.9 microns). The addition of titanium particles significantly refined the grains, transforming them into small columnar and equiaxed grains (0.9-1.63 microns). Besides serving as nucleation points, titanium particles reacted with the aluminum matrix to form Al3Ti, which was confirmed in the HRTEM of the 6061 prints and the XRD of the 7075 prints. The addition of titanium particles resulted in crack-free samples for both 6061 and 7075.Compared to the traditional infrared laser, the loss of Mg and Zn elements was reduced with the green laser, and the tensile properties were improved. The yield strength of the heat-treated 6061 alloys with 1% Ti content met the standards of forged AA6061, and the elongation reached 12.6%. The tensile strength of 7075 also approached 400 MPa, though further improvement in elongation is needed. Our attempts with 7075 + TiC/SiC also showed certain effects, indicating that printing aluminum alloys with a green laser is feasibl
Développement d'électrodes/catalyseurs poreux à base de nickel pour électrolyseurs à eau
No full textL'électrode joue un rôle crucial dans la performance des électrolyseurs d'eau, où le transfert de charge et de masse dépend de l'activité intrinsèque et de la dynamique des bulles. Cette thèse se concentre sur le développement et l'optimisation des électrodes à base de nickel avec des structures poreuses bien conçues et des catalyseurs avancés afin d'améliorer à la fois le transfert de charge et de masse pour les électrolyseurs à eau alcaline (AWE) et à membrane échangeuse d’anions (AEM). Pour assurer l'évolutivité industrielle, nous avons employé des techniques de fabrication économiques telles que la projection plasma atmosphérique (APS), la texturation laser (LT) et l'impression 3D (3DP) pour fabriquer ces électrodes.Le travail a consisté à développer de nouvelles électrodes/catalyseurs, suivis de caractérisations physicochimiques pour explorer la morphologie et la composition, ainsi qu'à évaluer les performances électrochimiques dans différentes conditions. Une attention particulière a été portée à la dynamique des bulles afin d'optimiser la conception des électrodes et d'améliorer le transfert de masse.Dans la première étude, une nouvelle électrode microporeuse à canaux multiples en nickel a été développée à l'aide de la LT. Cette structure unique a amélioré la dynamique des bulles grâce à un mécanisme innovant d'éruption intermittente des bulles, améliorant considérablement le transfert de masse et augmentant les performances de l'AWE. Cette recherche fournit des perspectives pour faire progresser les systèmes d’électrolyseurs de nouvelle génération.Dans la deuxième étude, des électrodes hiérarchiques en nickel microporeux conique ont été développées à l'aide de l'APS et de la LT. Ces électrodes ont montré des performances catalytiques remarquables pour les réactions de dégagement d’hydrogène (HER) et d’oxygène (OER), améliorant considérablement l'efficacité par rapport aux électrodes Raney Ni sans LT. Les micropores hiérarchiques ont amélioré la dynamique des bulles, tandis qu'un effet de "fixation" distinct résultant du processus LT a amélioré la durabilité, empêchant le décollement de la couche catalytique même sous des courants à l'échelle industrielle.Dans la troisième étude, un catalyseur Raney-Ni dopé au fer (NFA-CA) a été préparé par APS, présentant une structure de NiFe LDH riche en défauts dérivée de nanocristaux de NiFe sur un squelette en alliage NiAl. L'électrode NFA-CA a démontré d'excellentes performances et une grande durabilité dans des conditions alcalines, contribuant au développement de catalyseurs pour les électrolyseurs AEM industriels.Pour améliorer davantage le transfert de masse dans les catalyseurs Raney-Ni dopés au fer, une structure poreuse à surface minimale triplement périodique (TPMS) avec une géométrie en gyroïde a été créée comme substrat pour les catalyseurs NFA-CA. L'électrode G250-NFA-CA résultante, avec sa structure poreuse à gradient hiérarchique, a amélioré la dynamique des bulles, accéléré le transfert de masse et offert des performances cellulaires très efficaces.Ces innovations offrent une approche prometteuse pour la conception et la fabrication avancées d'électrodes poreuses, ouvrant la voie à une production d'hydrogène industrielle plus efficace et durable.The electrode plays a crucial role in the performance of water electrolyzers, where charge and mass transfer depend on intrinsic activity and bubble dynamics. This thesis focuses on the development and optimization of Ni-based electrodes with well-designed porous structures and advanced catalysts to improve both charge and mass transfer for alkaline (AWE) and anion exchange membrane (AEM) water electrolyzers. To ensure industrial scalability, we employed cost-effective manufacturing techniques such as atmospheric plasma spraying (APS), laser texturing (LT), and 3D printing (3DP) to fabricate these electrodes.The work involved developing novel electrodes/catalysts, followed by physiochemical characterization to explore morphology/composition, and evaluating electrochemical performance under various conditions. Special emphasis was placed on bubble dynamics to optimize electrode design and improve mass transfer.In the first study, a novel multi-channel microporous Ni electrode was developed using LT. This unique structure enhanced bubble dynamics through an innovative intermittent bubble eruption mechanism, significantly improving mass transfer and boosting AWE performance. This research offers insights for advancing next-generation electrolyzer systems.In the second study, hierarchical conical-microporous Ni-based electrodes were developed using APS and LT. These electrodes exhibited remarkable catalytic performance for HER and OER, significantly improving efficiency compared to Raney Ni electrodes without LT. The hierarchical micropores enhanced bubble dynamics, while a distinctive "pinning effect" from the LT process enhanced durability, preventing catalytic layer peeling even under industrial-scale currents.In the third study, a Fe-doped Raney-Ni catalyst (NFA-CA) was prepared via APS, featuring defect-rich NiFe LDH derived from NiFe nanocrystals on a NiAl alloy skeleton. The NFA-CA electrode demonstrated excellent performance and durability in alkaline conditions, advancing the development of catalysts for industrial AEM electrolyzers.To further enhance mass transfer in Fe-doped Raney-Ni catalysts, a 3D-printed Triply Periodic Minimal Surface (TPMS) porous structure with Gyroid geometry was created as a substrate for NFA-CA catalysts. The resulting G250-NFA-CA electrode, with its hierarchical gradient porous structure, improved bubble dynamics, accelerated mass transfer, and delivered highly efficient cell performance.These innovations provide a promising approach to advanced porous electrode design and fabrication, paving the way for more efficient and sustainable industrial hydrogen production
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