Assemblages multi-matériaux pour l'aéronautique
Étude comportementale des assemblages multi-matériaux par induction de structures allégées
Abondement 2020
Le besoin initial
Dans le secteur du transport, l’allégement des structures est un enjeu important pour répondre aux objectifs de baisse des émissions de CO2 demandées. Les assemblages multi-matériaux représentent des opportunités pour plusieurs applications. En effet, l’assemblage composites/métal peut être utilisé aussi bien à sur des pièces esthétiques que sur des pièces de structures, pour en alléger le poids
L’utilisation de matériaux aux comportements mécaniques différents concentre la problématique technique à la jonction mécanique des matériaux à assembler.
Le verrou à lever
- Scientifiques : Méconnaissance des propriétés physiques et chimiques qui sont requises à l’interface des deux matériaux pour obtenir un assemblage performant notamment du point de vue de la résistance mécanique du bi-matériau final.
- Technologiques : Maîtriser les techniques de projection de fluides complexes pour l’élaboration des surfaces aux propriétés physiques et chimiques requises mais aussi de déterminer les stratégies expérimentales et les paramètres d’assemblages multi-matériaux performants par induction.
Les moyens R&D mis en oeuvre
L’Institut de Soudure dispose notamment de centres de recherche spécialisés dans le développement des technologies de soudage (métallique et composite), caractérisation des composites (mécanique, physico-chimique et santé matière)
Sa plateforme de recherche dédiée aux matériaux composites a développé un îlot robotisé de soudage multi-matériau basé sur la technologie d’induction qui a permis l’assemblage des différentes éprouvettes métal / composite.
Le Critt Tjfu (plate-forme Surfo3M)
Le jet d’azote supercritique a été utilisé pour modifier l’état de surface afin d’améliorer l’adhérence des plaques soudées. Le microscope KEYENCE a été utilisé pour caractériser la topographie 3d de la surface générée. Le jet d’eau a été utilisé pour prélèvement des échantillons soudés.
L’Institut Jean Lamour via l’équipe Physique, Mécanique et Plasticité et ses centres de compétences 3M et COL ont mené les observations par microscopie optique et microscopie électronique à balayage, les analyses par spectroscopie Raman et la caractérisation mécanique des interfaces par des tests de pelage normalisés.
Les perspectives de partenariats
Des essais de soudage par induction sur un assemblage hybride : métal / composite ont été réalisés. Des fonctionnalisations de surface de différentes rugosités sur le métal associées aux essais de soudage optimisés ont donné des résultats mécaniques intéressants (sollicitation de type pelage). Les observations micrographiques au MEB de la coupe transversale ont révélé un bon ancrage mécanique sur les deux niveaux de rugosité sans présence de bulle d’air ni de porosité dans la couche polymérique.
La fonctionnalisation de surface par jet d’azote augmente de manière significative la force à la rupture par rapport à l’échantillon de référence non traité. De plus la rugosité de surface croissante améliore la tenue de l’assemblage.
