Le procédé de projection à froid a démontré ses avantages uniques dans la préparation de revêtements métalliques, composites et céramiques. Parmi ces revêtements, ceux constitués de magnésium pur ou de composites à matrice métallique à base de magnésium font partie des matériaux les plus prometteurs en raison de leur excellente résistance spécifique. Pourtant, les mécanismes de fabrication, par ce procédé de projection, des revêtements magnésium et composites à base de magnésium n'ont pas été étudiés. C’est le sujet de cette thèse. Les recherches menées dans cette étude s’articulent autour de plusieurs domaines, à savoir: La science des matériaux avec des études sur l’effet de la granulométrie des particules de magnésium, l’effet de la taille et de la teneur (15% vol. - 60 % vol.) des particules de renforcement (SiC) ; La mécanique des fluides avec des modélisations de géométrie de buse, d’écoulement de gaz et des vitesses des particules de magnésium et alliage de magnésium (AZ91D) ; Les caractérisations des dépôts avec des analyses de microstructure et des mesures de microdureté, d’adhérence et de comportement au frottement des revêtements;Les résultats montrent que la projection à froid peut être utilisée pour fabriquer des revêtements de magnésium purs ou composites sans aucune oxydation ou transformation de phase. La taille de ces particules doit rester dans une fourchette acceptable pour égaler la vitesse critique (entre 653 m•s-1 et 677 m•s-1) permettant la déposition. Concernant plus spécifiquement les résultats sur les revêtements de magnésium pur, le maximum de rendement de dépôt est obtenu par projection d’une poudre de granulométrie comprise entre 22 μm et 64 μm. L’adhérence atteint 11.6 ± 0.5 MPa lorsque le substrat est préchauffé à 200 oC. Pour le cas des revêtements AZ91D, la construction du dépôt s’effectue par effet de verrouillage mécanique. Le type de frottement observé sur ces revêtements est une usure adhésive. Dans les revêtements composites d’AZ91D – SiC, la teneur en particules de renforcement SiC présentes dans le dépôt diminue avec leur taille dû à l'effet «onde de choc». Le rendement de dépôt augmente avec la teneur en SiC de 15 vol.% à 30 vol.%, puis diminue au-delà de 30 vol%. Le type de frottement correspond à une usure par abrasion. / Cold spraying has shown unique advantages in preparing coatings of metal, composite and ceramic. However, the deposition mechanism of magnesium and magnesium-based composite coatings fabricated using cold spraying was not researched although magnesium and metallic matrix composites based magnesium have drawn more and more attention due to their excellent specific strength. Therefore, the deposition mechanism of magnesium and magnesium-based composite coating has been studied in this study. The research carried out in this study involves several fields:Effect of the particle velocity of magnesium particles on the deposition efficiency, microstructure, microhardness and bonding strength of coatings; Effect of the particle size of magnesium particles on the deposition efficiency and microstructure of coatings;Effect of the substrate preheating on the microstructure, microhardness and bonding strength of coatings;Effect of the particle velocity of magnesium alloy (AZ91D) particles on the deposition efficiency, microstructure, and frictional behavior of coatings;Effect of the particle size of strengthening phrase (SiC) on the microstructure, bonding strength and frictional behavior of coatings;Effect of the particle content (15 vol.% - 60 vol.%) of strengthening phrase (SiC) on the microstructure, bonding strength and frictional behavior of coatings.The results show that cold spraying can be used to fabricate magnesium and magnesium-based coatings without any oxidation or phase transformation. The critical velocity of magnesium particles is 653 m•s-1- 677 m•s-1. Magnesium particles with a size too large or too small are not suitable to the deposition. The maximum of deposition efficiency of magnesium particles are obtained using the powder with a size range of 22-64 μm. The maximum of bonding strength between magnesium coatings and substrates is 11.6 ± 0.5 MPa as the substrate is preheated at 200oC. The deposition of AZ91D coatings is due to the effect of mechanical interlocking. And the friction type of AZ91D coatings is adhesive wear. The friction type of AZ91D – SiC composite coatings turn to be abrasive wear. The SiC content in composite coatings decreases as the SiC particle size decreases due to the effect of bow shock. The deposition efficiency of AZ91D and SiC mixed powder increases as the SiC content increases from 15 vol.% to 30 vol.%, and then decreases as the SiC content increases from 30 vol% to 60 vol.%.

Le 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.

La projection à froid, aussi appelée cold spray, est considérée comme un nouveau membre de la famille de laprojection thermique depuis une trentaine d'années maintenant. Cette thèse propose d'étudier le comportement endéformation des particules et du substrat et de mettre en avant les liaisons formées dans le revêtement par deuxapproches complémentaires, expérimentale et de simulation.Une méthode innovante pour observer directement la surface fracturée des particules déposées après décollementdu substrat a été testée avec succès. Par ce moyen, la surface de contact entre particule et substrat sousdifférentes conditions a été analysée.Concernant les résultats expérimentaux, une nouvelle théorie a été proposée pour expliquer le mécanisme deliaison interfaciale d'un revêtement dur de Ni sur substrat mou d'Al reposant sur l'effet de martelage répété desparticules, sur l'effet de pression du gaz principal et sur l'effet de préchauffage du substrat. La transformation dumécanisme de liaison revêtement/substrat au cours de la construction du dépôt a été mise en évidence en passantdu verrouillage mécanique à une combinaison d'une liaison mécanique et d'une liaison métallurgique, puis à laformation d'instabilités sous forme d'un mélange tourbillonnaire à l'interface. Plus de zones de liaisonsmétallurgiques sont générées sous forte pression, une plus grande déformation plastique apparaît grâce latempérature de préchauffage, et une adhérence plus forte au sein des dépôts est capable de se produire en dépitde la présence d'un film d'oxyde épais sur la surface du substrat. / Cold spraying, also called cold gas dynamic spraying, is a new coating technology which has been developed duringthe past three decade. In this study, a comprehensive investigation on particle deformation behavior and bondingbehavior between particle and substrate was conducted by experiment and numerical method.This thesis aims at presenting an innovative method to directly observe the fractured contact surface between thecold sprayed particle and substrate. By this means, the particle/substrate fractured contact surfaces were analyzedfor different conditions.Based on the experimental results, a new theory was proposed to explain the interfacial bonding mechanism of hardNi coating onto soft Al substrate. It is assumed that the particle peening effect is essential for the formation ofdiscontinuous metallurgical bonding. The dominant coating/substrate bonding mechanism is responsible of thetransformation during the coating build-up process of the initial mechanical interlocking to a combination ofmechanical interlocking and metallurgical bonding therefore of the formation of interfacial instabilities. The highcontact pressure is the relevant factor determining the particle/substrate metallurgical bonding. More metallurgicalbonding areas were generated due to strengthen peening effect of the subsequently deposited particles with higherpropelling gas pressure. Finally, stronger adhesion is able to occur despite the presence of a thick oxide film on thesubstrate surface by the preheating of the substrate. Higher temperatures help the materials to undergoes astronger plastic deformation that disrupts the oxide films. That leads to initiate an intimate contact between particleand substrate.

Les travaux de recherches développés dans cette thèse concernent la réalisation de couchesminces, à partir de l’alliage à mémoire de forme (AMF) NiTi mécanoélaboré et de structurenanocristalline, en vue de leur intégration dans des microsystèmes. Le but est d’améliorer lespropriétés AMF de leurs homologues de structure microcristalline, dits conventionnels.Les techniques de caractérisation physico-chimiques (DRX, MET, MEB) nous ont permisd’une part, de suivre le mécanisme de formation de l’intermétallique B2-NiTi en fonction dutemps de broyage et d’autre part, de déterminer les paramètres microstructuraux à savoir, lataille des cristallites, le taux de microdéformations et la densité de dislocations des élémentspurs ainsi que ceux de la phase B2-NiTi. Ces paramètres révèlent le caractère nanocristallin etdésordonné des poudres broyées.Par ailleurs, nous avons fabriqué pour la première fois une cible B2-NiTi de structurenanocristalline, par l’intermédiaire d’une méthode alternative (mécanosynthèse et procédé deprojection à froid).Nous avons montré également qu’il est possible de déposer sous forme de couche mincel’intermétallique NiTi nanostructuré. Ce film mince d’épaisseur 447 nm a été déposé parpulvérisation cathodique à magnétron à partir de la cible élaborée par projection à froid (coldspray). / The research work developed in this thesis is related to preparing a thin film of NiTi shapememory alloy used to integrate into microsystems. The goal is to improve the properties oftheir counterparts of microcrystalline structure (conventional target).Physical and chemical techniques of characterization (XRD, TEM and SEM) have allowed onthe one hand, to follow the mechanism of intermetallic NiTi formation as a function ofmilling time and on the other hand, to determine the microstructural parameters : crystallitesize, the microstrain and dislocation density of the pure elements and the B2-NiTi phase.These parameters reveal the character of the disordered nanocrystalline of the milled powders.Furthermore, we fabricated a target of B2-NiTi nanocrystalline structure by an alternativemethod (mechanical alloying and cold spray).We also showed that it is possible to deposit the nanocrystalline NiTi intermetallic thin film.This film with a thickness of about 447 nm was deposited by magnetron sputtering techniquefrom the NiTi target.

Le procédé Cold Spray (CS) ou projection à froid a été largement étudié en raison de son rendement de projection et de la conservation des propriétés du matériau de départ. Donc, ce procédé a montré des avantages évidents sur la fabrication de différents dépôts à base de cuivre et de ses alliages par rapport à d'autres techniques, comme l’électrodéposition, le Laser Cladding ou la projection thermique. Parmi les alliages de cuivre, le laiton s’implante dans les domaines de l'architecture ou de l'industrie. Malheureusement, aujourd’hui force est de constater qu’il n’existe que très peu de travaux sur les revêtements en laiton qui ne sont réalisés d’ailleurs que par électrodéposition et par aucune autre méthode d’élaboration limitant sérieusement leur utilisation dans de nombreuses applications.Cette thèse s’est appliquée à élaborer des revêtements de laiton et des composites à matrice laiton. La poudre d'alliage de laiton Muntz de composition Cu60Zn40, présentant une résistance à la corrosion parmi les meilleures, a été choisie comme matériau de base des revêtements. Deux méthodes de projection permettant d’éviter les phénomènes d’oxydation ont été sélectionnées : la projection à froid et la projection basse pression. La comparaison entre les deux procédés sur les microstructures, phases, textures, propriétés mécaniques, comportements à l’usure et en corrosion du revêtement Cu60Zn40 a été étudié. De plus, les recherches de ce travail ont porté sur l’optimisation du revêtement par le post-traitement de friction malaxage et par ajout de différents renforts céramiques. Les effets du post-traitement par friction malaxage sur les microstructures, phases, textures, et propriétés mécaniques et les effets des types de renfort et de leurs quantités dans les revêtements composites sur les microstructures, les phases, les propriétés mécaniques et thermiques et les comportements à la corrosion ont été analysés. Les gains de performance obtenus à la fin de cette étude sont finalement concrétisés par la réparation d’une pièce endommagée en Cu60Zn40 avec l’étude des microstructures interfaciales entre le revêtement composite Cu60Zn40 et le substrat Cu60Zn40 ainsi que la détermination des propriétés mécaniques et des comportements tribologiques. / Cold Spray (CS) has been widely investigated owing to its high deposition efficiency and retention of the properties of starting materials. Thus, this process has shown obvious advantages over the fabrication of different copper-based deposits and its alloys over other techniques, such as electroplating, Laser Cladding or thermal spraying. As one of the main copper alloys, brass is implanted in the fields of architecture or industry. Nevertheless, nowadays it is clear that there is very little work on brass coatings, and they were mainly made by electroplating and any other deposition methods, which has severely limits their uses in many applications.This study was applied to develop the brass coatings and its composites. The Muntz brass alloy powder of Cu60Zn40, which shows the best corrosion resistance, was selected to manufacture the brass coatings. Two projection methods were used, i.e. Cold Spraying and Vacuum Plasma Spraying (VPS), avoiding the oxidation. The comparison study of spraying processes on the microstructures, the phases, the textures, the mechanical properties, and the wear and corrosion behaviors of the Cu60Zn40 coatings was carried out. In addition, this work also focused on the optimization of the coatings either by applying the post-treatment of friction stir processing (FSP), or by adding different ceramic reinforcements. The effects of FSP on the microstructures, the phases, the textures and the mechanical properties of coating and the effects of reinforcement types and their amounts in composite coatings on the microstructures, the phases, the mechanical and thermal properties and the corrosion behaviors were revealed. At the end of this study, the obtained performance will ultimately be realized by repairing the damaged part of Cu60Zn40 alloy, and the studies on the interfacial microstructures between the Cu60Zn40 composite coating and the Cu60Zn40 substrate as well as the mechanical properties and the tribological behaviors between were performed.