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Analyse expérimentale et numérique de l’état mécanique (contraintes résiduelles) et de la résistance à la corrosion des assemblages soudés en acier inoxydable duplex
Dans le présent travail, l'influence de l'apport de chaleur sur la microstructure, l’évolution des contraintes résiduelles et la résistance à la corrosion d’un assemblage soudé en acier inoxydable Lean duplex UNS 32101 a été étudiée. Trois types d’assemblages ont été réalisés par le procédé TIG (Tungstèn Inhert Gaz) en faisant varier le courant de soudage, afin de générer des apports thermiques et des vitesses de refroidissement différents. Les résultats ont révélé que l'augmentation de l'apport de chaleur entraîne un changement important de la microstructure dans la zone fondue avec une fraction en austénite élevée. Les contraintes résiduelles induites par le soudage ont été mesurées, à la surface et à travers l’épaisseur par la technique de diffraction des rayons X, basée sur la méthode des Sin²ψ. Les résultats ont montré une relation inversement proportionnelle entre l'apport de chaleur et le niveau des contraintes résiduelles de compression, générées à la surface des cordons. Les essais de polarisation potentiodynamiques réalisés dans une solution à 3,5% de NaCl, ont montré une résistance à la corrosion élevée du métal fondu produit avec une faible énergie de soudage (LH 80) Voir les détails
Mots clés : procédé TIG (Tungstèn Inhert Gaz), corrosion, assemblage soudé en acier inoxydable Lean duplex UNS 32101
Etude des propriétés mécaniques etélectrochimiques d'un multi-matériaufonctionnel obtenu par rechargement dur base Ni-Cr-Fe
L’usure et la corrosion sont un ensemble de phénomènes qui agissent seuls ou en combinaison. Cette problématique est en lien direct avec les préoccupations des industriels ayant une relation avec le domaine du forage pétrolier.Nous nous proposons, à travers ce travail en plus du fait de réaliser des bi- matériaux par deux procédés de rechargement dur différents, SMAW et TIG Pulsé, sur l’acier faiblement allié au chrome-nickel 25CrMo4, en utilisant l’électrode Inconel 182. Ce type d’acier est utilisé lors de la maintenance sur les obturateurs de tête de puits de forage. Dans une configuration de soudage TIG Pulsé (en faisant varier le temps chaud), voir la qualité de la soudure en discutant l’effet des paramètres choisis sur la cohésion à l’interface substrat-métal d’apport et l’optimisation du procédé de soudage. Trois étapes essentielles sont à envisager dans cette étude : La réalisation des bi matériaux par rechargement SMAW, et TG Pulsé, la caractérisation Microstructurale, Mécanique et physico-chimique des composés et particulièrement l’étude électrochimique dans différents milieux. Voir les détails
Mots clés : 25CrMo4, rechargement, Interface, SMAW et TIG Pulsé. Inconel 182
CONTRIBUTION A LA MODELISATION DES FISSURES DANS LES SOUDURES AVEC LES MODELES DE FORCES COHESIVES
Le problème élasto-statique anti-plan d'une fissure de DUGDALE-BARENBLATT dans une bande infinie est traité dans le cadre de ce travail de thèse. La bande infinie est constituée d’une zone fondue (WM), du métal de base (BM) et d’une zone affectée thermiquement (HAZ) ; la fissure est située dans la zone fondue. La WM et la BM sont considérés homogènes. La HAZ est modélisée comme un milieu non-homogène avec un module de cisaillement variant exponentiellement. Le cadre théorique est la théorie de GRIFFITHrevisitée basée sur un principe de minimisation de l’énergie totale de la structure. Le problème élastique est réduit à une équation intégrale singulière (SIE) en utilisant les transformées de FOURIER. L'équation SIE est résolue numériquement par la méthode de quadrature basée sur les polynômes de TCHEBYCHEV. Les effets des paramètres du problème : épaisseurs de la HAZ, et de la WM, l’elasticmismatch (rapport entre les modules de cisaillement des zones WM et BM), ainsi que les propriétés du modèle de DUGDALE, sur l’évolution de la charge de rupture et sur la propagation de la fissure dans le milieu d’étude, est présenté. Une comparaison entre les résultats obtenus avec le modèle de GRIFFITH, est également effectuée Voir les détails
Mots clés : zone fondue (WM), métal de base (BM), zone affectée thermiquement (HAZ)
Elaboration et caractérisation d’un composite à base de diatomite
Des composites à base de matériau à changement de phase ont été élaborés par la méthode d’imprégnation de la paraffine à la diatomite brute, la diatomite calcinée, le kaolin, et le mélange kaolin/diatomite brute pour le stockage de l’énergie thermique dans les bâtiments. Le matériau à changement de phase a été optimisé à partir de la cire de paraffine (CP) et l’huile de paraffine (PL). Un ciment a été élaboré avec différents dosages de la diatomite brute. Les propriétés structurales, microstructurales et thermiques ont été étudiée par diffraction des rayons X (DRX), microscopie électronique à balayage (MEB), spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FT-IR), calorimétrie différentielle à balayage et analyse thermogravimétrique (DSC-ATG).La diatomite brute est formée de trois phases : le quartz, la calcite, et la silice amorphe.Après calcination, les phases formées sont le quartz α, le quartz β, la cristobalite et le silicate bicalcique. Le kaolin est constitué essentiellement de kaolinite. Les micrographies MEB montrent que le MCP est bien imprégné dans les pores de la diatomite. Les résultats FT-IR révèlent l'absence d'interaction chimique entre la paraffine et la diatomite. Le compositeparaffine/diatomite calcinée présente une température de fusion de 28,44°C et une chaleur latente d'environ 56,40 J/g. La température de transition de phase et la chaleur latente ducomposite paraffine/diatomite brute sont de l’ordre de 28,78°C et 41,26 J/g, respectivement. Les composites PC-PL/diatomite sont de bons matériaux pour le stockage de l'énergie thermique dans les bâtiments en raison de leur fiabilité thermique. L’ajout de 5% de diatomite brute pour la fabrication du ciment conduit à l’amélioration de sa résistance mécanique en compression. Voir les détails
Mots clés : Diatomite ; Matériau à changement de phase ; Stockage de l’énergie thermique ; DRX ; MEB ; DSC
Effect of calcium phosphate synthesis conditions on its physico-chemical properties and evaluation of its antibacterial activity
The antibacterial activity of non-stoichiometric calcium phosphate particles prepared by precipitationunder controlled experimental conditions at pH ?∼ ?9 and sintered at high temperature was studiedagainst Staphylococcus aureus bacteria. The effects of operating parameters developed according to anexperimental design of Plackett-Burman type on the physicochemical characteristics and the capacityto inhibit bacterial growth were identi fi ed using a thermal analysis ( TGA-DTA-DSC) , x-rayDiffraction( XR) , Raman Spectroscopy, Scanning Electron Microscope(SEM ) and the Kirby BauerMethod. The XRD spectrum shows that the synthetic crystalline nanoparticles powders consist ofmultiphasic calcium phosphateβ -TCP/β -CPP/OCP / HA and that the average particle size is between56 and 123 nm calculated by the Debay-Shearer equation. The Raman spectrum of sintered powdershows the main absorption bands that are assigned to the asymmetric / symmetric P-O stretchingvibrations in PO4− 3and the symmetric O-H stretching mode of the hydroxyl group in addition ofCa-PO4and Ca-OH modes. The samples were found to possess different morphologies consisting ofnano-rods of different lengths, semi / spherical structures and fine granules, in addition to irregularclusters. The antibacterial tests results showed that the high concentration calcium phosphate powderexhibited better antibacterial activity against Staphylococcus aureus bacteria with inhibition zonesranging from 0.2 –0.7 cm. Voir les détails
Mots clés : Biomaterials, calcium phosphate, Antibacterial Activity, nanoparticles
Effect of thermal spray process on chemical composition, magnetic behaviour, structure and mechanical properties of coatings based on milled Fe, Co a nd Al2O3 powder
Coated steel substrate by FeCo/Al2O3 nanoparticle with various Co concentrations realized by a thermal spraying process, preliminary powder alloy was elaborated by mechanical alloying technique for 20 h of milling time. The aims of this work are to study the effect of thermal spraying process and mechanical alloying on chemical composition, magnetic behaviour, structure and mechanical properties of coating. After mechanical alloying, the crystallite sizes of the powder were decreased from 18 to 7 nm and the lattice strains increased from 0.36 to 0.56%. This is due to the phenomenon of diffusion of cobalt in the iron lattice and the milling effect. After thermal spraying, many different phases appeared in the coating, such as Al2FeO4, CoAl2O4, CoFe and CoFe2O4. Magnetic behaviour was influenced by this change in the chemical composition of coating. The maximum saturation magnetization was found in Fe40Co20(Al2O3)40 sprayed powder, however, the minimum coercivity was found in Fe50Co10(Al2O3)40 sprayed powder. Mchanical properties parameters such as microhardeness and Young’s modulus were enhanced by the change in chemical composition during mechanical alloying and thermal spraying process. Voir les détails
Mots clés : FeCo/Al2O3 nanoparticle coating, Mechanical Alloying, Thermal Spraying, magnetic behaviour, structural and mechanical parameters
Simulation analysis of a high efficiency GaInP/Si multijunction solar cell
The solar power conversion efficiency of a gallium indium phosphide (GaInP)/silicon (Si) tandem solar cell has been investigated by means of a physical device simulator considering both mechanically stacked and monolithic structures. In particular, to interconnect the bottom and top sub-cells of the monolithic tandem, a gallium arsenide (GaAs)-based tunnel-junction, i.e. GaAs(n+)/GaAs(p+), which assures a low electrical resistance and an optically low-loss connection, has been considered. The J–V characteristics of the single junction cells, monolithic tandem, and mechanically stacked structure have been calculated extracting the main photovoltaic parameters. An analysis of the tunnel-junction behaviour has been also developed. The mechanically stacked cell achieves an efficiency of 24.27% whereas the monolithic tandem reaches an efficiency of 31.11% under AM1.5 spectral conditions. External quantum efficiency simulations have evaluated the useful wavelength range. The results and discussion could be helpful in designing high efficiency monolithic multijunction GaInP/Si solar cells involving a thin GaAs(n+)/GaAs(p+) tunnel junction. Voir les détails
Mots clés : GaInP/Si, tandem solar cells, power efficiency, numerical simulations
Modelling and performance analysis of a GaN-based n/p junction betavoltaic cell
In this work, we optimized the performance of a gallium nitride (GaN)-based n/p junction betavoltaic cell irradiated by the radioisotope nickel-63 (Ni63). In particular, we developed a lab-made software starting from an analytical model that takes into account a set of fundamental physical parameters for the cell structure. The simulations reveal that, by using a Ni63 radioisotope source with a 25 mCi/cm² activity density emitting a flux of beta-particles with an average energy of 17.1 KeV, the cell performs a conversion efficiency (η) in excess of 26%, thus approaching the theoretical limit for a GaN-based device. The other electrical parameters of the cell, namely the short-circuit current density (Jsc), open-circuit voltage (Voc), and maximum electrical power density (Pmax) are 240 nA/cm², 2.87 V, and 660 nW/cm², respectively. The presented analysis can turn useful for understanding the theoretical background needed to better face GaN-based betavoltaic cell design problems. Voir les détails
Mots clés : analytical modelling, Gallium nitride, betavoltaic cell, nickel-63 radioisotope, radioactivity density
Criterion for cathodic protection of 25CD4/Inconel 182 system
This study aims to investigate the cathodic protection criterion of a galvanic system of low alloy steel 25CD4substrate /Inconel 182 austenitic stainless-steel ?ller metal couple obtained using Shield Metal Arc Welding(SMAW) process. The microstructure investigation revealed the presence of Type II boundary along the steelsubstrate/Inconel interface where high carbon content and high hardness were recorded. The electrochemicaltests evaluated in marine environment (3.5% NaCl) at room temperature revealed that the corrosion potential(E) of the interface was between the steels substrate and the Inconel 182 ?ller metal ones, On the other hand,the current density (Icorr) and corrosion rate were slightly higher in the overlaid area. In order to determine thesystem protection criterion, chronopotentiometry method was introduced. It was found that the cathodic protectioncriterion for the assembly is based on the criterion of the least noble materialwhich is the steel substrate.corr Voir les détails
Mots clés : cathodic protection, 25CD4, Inconel 182, overlay, Cronopotentiometry.
Experimental, Mechanical Characterizations of Friction Welding of Steel and Aluminium Joints
Rotary friction welding (RFW) is a solid-state joining process which works by rotating one workpiece relative to another while under a compressive axial force, which produces coalescence of materials workpieces. It is considered most viable alternative to overcome the difficulties faced in conventional joining techniques. As it is a solid state welding process, the process does not form molten pool thereby eliminating the solidification errors. It offers many advantages for some manufacturing sectors for a wide range of applications. In this research, we investigated the mechanical and metallurgical characteristics of RFW welded joints for homogenous and heterogeneous assemblies. We have studied A60 steels and 2017A series aluminum alloys. The obtained welds are similar in appearance in that they have several Microstructural distinct zones.So, the results show that by increasing the rotating speed employing 1000 and 1600 rpm, the mechanical properties during the RFW process is lightly improved, favored by the increase in heat flow. In the same specimen, the microhardness distribution is generally viewed lightly changed between center line throw weld of welded tube and close to their boundary line. This is due to the no-uniform of temperature distribution in cross section. Thus, plastic deformation of heated portion of the metal plays an important role in friction welding process and their quality. Microstructural analysis reveals that grain growth in the joint WCZ and in heat affected zone HAZ because of the no-uniform of thermal flux distribution in both directions (transvers and longitudinal of tube). Finally using RFW, the fabricators allow to perform and maintenance the mechanical components with low cost and which it conserves their welding quality compared to the classical fusion welding. Voir les détails
Mots clés : Rotary friction welding (RFW), plasticised material, heat flux, characterization, Microhardness