FR3139335A1 - Procédé de fabrication pour l’obtention d’une pièce revêtue d’un revêtement électriquement et thermiquement isolant - Google Patents

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Abstract

Procédé de fabrication d’une pièce revêtue d’un revêtement, comprenant au moins une étape de dépôt d’un revêtement électriquement et thermiquement isolant. En outre, le dépôt est réalisé par projection dynamique par gaz froid à partir d’une poudre comprenant au moins un matériau céramique.

Description

Procédé de fabrication pour l’obtention d’une pièce revêtue d’un revêtement électriquement et thermiquement isolant
La présente invention concerne, de manière générale, les pièces revêtues d’un revêtement électriquement et thermiquement isolant, telles que les pièces fonctionnelles de véhicules électriques ou hybrides, et notamment les pièces fonctionnelles d’une chaîne de traction de véhicule électrique ou hybride.
L’invention se rapporte également à un procédé de fabrication d’une telle pièce revêtue d’un revêtement électriquement et thermiquement isolant.
De nouvelles problématiques sont rencontrées avec le développement de la chaîne de traction électrique des véhicules électriques et hybrides. La chaîne de traction électrique contient des pièces sous tension qui doivent être isolées électriquement et/ou thermiquement, aussi bien durant leur usage que lors de situations abusives menant à des incidents.
Pour les cas d’incidents, de nouvelles contraintes réglementaires exigent des solutions d’isolation plus performantes que les solutions d’isolation existantes.
En particulier, selon les nouvelles règlementations, les flammes et fumées se produisant lors d’un incident thermique impliquant des températures allant jusqu’à 800°C doivent être contenues durant les 5 premières minutes de l’incident afin que le passager puisse évacuer le véhicule automobile.
Pour cela, les pièces fonctionnelles de la chaîne de traction électrique doivent rester isolées électriquement pendant la durée de l’incident afin d’éviter les risques d’arcages électriques qui provoqueraient un suraccident. Pour exemple, certaines pièces fonctionnelles telles que les barres d’interconnexion dites « busbars » nécessitent d’être protégées électriquement et thermiquement.
Or, les isolants de l’état de l’art sont formés en matériau polymère et leurs propriétés de résistance thermique ne sont pas maintenues lors de fortes montées en température. A partir de 450°C, les pièces sont endommagées et aucune solution appliquée à l’heure actuelle ne permet une meilleure résistance thermique.
Les propriétés de résistance thermique et mécanique des matériaux céramiques en font des candidats prometteurs. Toutefois, leur mise en œuvre s’avère complexe, notamment pour la formation d’un revêtement.
L’invention a donc pour but de remédier à ces inconvénients et de proposer un procédé permettant la fabrication d’une pièce apte à répondre aux nouvelles réglementations exigeant une isolation électrique et thermique malgré des températures allant jusqu’à 800°C afin de contenir les flammes et fumées pendant une durée d’au moins 5 minutes après la survenue d’un incident.
Il est donc proposé une poudre destinée à la formation d’un revêtement sur une pièce par projection dynamique par gaz froid, la poudre comprenant au moins un matériau céramique.
Dans un mode de réalisation, la poudre peut comprendre un matériau céramique réfractaire choisi parmi : l'alumine (Al2O3), le carbure de silicium (SiC), la magnésie (MgO), le titanate de baryum BaTiO3, et l’oxyde de zirconium (ZrO2).
Dans un mode de réalisation, la poudre peut comprendre un matériau polymère, de préférence choisi parmi : le polyétheréthercétone (PEEK), le polyaryléthercétone (PEAK), le polyamide-imide (PAI), le polyétherimide (PEI), le polybenzimidazole (PBI), le polyimide (PI), le sulfure de polyphénylène (PPS), le polytétrafluoroéthylène (PTFE), le polymère à cristaux liquides (LCP), le perfluoroalkoxy (PFA), le polysulfone (PSU), le polyéthersulfone (PESU), le polyfluorure de vinylidène (PVDF) et le polyphtalamide (PPA).
L’invention concerne également un procédé de fabrication d’une pièce revêtue d’un revêtement, le procédé comprenant au moins une étape de dépôt d’un revêtement électriquement et thermiquement isolant.
En outre, le dépôt comprend la formation d’au moins une couche par projection dynamique par gaz froid à partir d’une poudre comme précédemment décrite.
Par électriquement isolant, on entend dans la présente invention un revêtement en matériau présentant des propriétés de résistance électrique limitant la formation d’arc électrique provenant de la pièce.
Par thermiquement isolant, on entend dans la présente invention un revêtement présentant des propriétés thermiques permettant à la pièce de résister jusqu’à une température de 800°C sans formation de flammes et dégagement de fumées.
Selon un mode de réalisation, l’étape de dépôt du revêtement électriquement et thermiquement isolant comprend la formation d’une pluralité de couches successives formant une alternance entre couche en matériau céramique et couche en matériau polymère.
L’invention concerne également une pièce au moins partiellement revêtue d’un revêtement électriquement et thermiquement isolant.
En outre, le revêtement comprend au moins une couche comprenant au moins un matériau céramique.
Dans un mode de réalisation, le revêtement peut comprendre en outre au moins un matériau polymère.
Selon une caractéristique, le revêtement peut comprend au moins une couche de matériau composite comportant au moins un matériau céramique et au moins un matériau polymère.
Dans un mode de réalisation, le revêtement peut comprendre une couche en matériau céramique et une couche en matériau polymère.
Dans un mode de réalisation, le revêtement peut comprendre une pluralité de couches successives formant une alternance entre couche en matériau céramique et couche en matériau polymère.
De préférence, le revêtement peut comprendre au moins un matériau céramique réfractaire.
Avantageusement, le revêtement peut comprendre au moins un matériau céramique réfractaire choisi parmi : l'alumine (Al2O3), le carbure de silicium (SiC), la magnésie (MgO), le titanate de baryum BaTiO3, et l’oxyde de zirconium (ZrO2).
Avantageusement, le revêtement peut comprendre au moins un matériau polymère à hautes performances choisi parmi : le polyétheréthercétone (PEEK), le polyaryléthercétone (PEAK), le polyamide-imide (PAI), le polyétherimide (PEI), le polybenzimidazole (PBI), le polyimide (PI), le sulfure de polyphénylène (PPS), le polytétrafluoroéthylène (PTFE), le polymère à cristaux liquides (LCP), le perfluoroalkoxy (PFA), le polysulfone (PSU), le polyéthersulfone (PESU), le polyfluorure de vinylidène (PVDF) et le polyphtalamide (PPA).
L’invention se rapporte également à une chaîne de traction électrique pour véhicule automobile électrique ou hybride comprenant au moins une pièce comme précédemment décrite.
L’invention concerne également un véhicule automobile comprenant au moins une pièce comme précédemment décrite et/ou une chaîne de traction électrique comme précédemment décrite.
D’autres caractéristiques, aspects, objets et avantages ressortiront de la description qui va suivre et des exemples suivants, donnés à titre purement illustratif.
Dans la présente description, l’expression « au moins un » utilisée est équivalente à l’expression « un ou plusieurs ».
L’exemple développé ci-après se rapporte à une pièce fonctionnelle d’une chaîne de traction électrique pour véhicule automobile électrique ou hybride. En particulier, dans l’exemple développé, la pièce est une barre d’interconnexion également nommée « busbar », nécessitant d’être électriquement et thermiquement isolée.
En alternative, on pourra prévoir que la pièce soit une pièce utilisée dans le domaine de l’électronique, de l’aéronautique, ou encore de l’aérospatiale.
On pourra prévoir que la pièce soit tout type de pièce de connexion électrique, mais peut également être un carter de batterie, d’électronique de puissance ou encore de machine électrique.
La surface de la pièce peut être entièrement revêtue d’un revêtement électriquement et thermiquement isolant.
En alternative, la pièce peut être revêtue que partiellement par le revêtement électriquement et thermiquement isolant, à un ou plusieurs endroits spécifiques.
Le revêtement comprend au moins une couche comprenant au moins un matériau céramique.
Le revêtement peut comprendre au moins une couche comprenant plusieurs matériaux céramiques de nature différente.
Les matériaux céramiques sont aptes à résister à de hautes températures notamment bien supérieures à 800°C, permettant, seul ou en mélange avec d’autres matériaux, d’isoler thermiquement et électriquement la pièce afin de répondre aux tests règlementaires exigeant une résistance thermique de la pièce pour la retenue des flammes et fumées pendant une durée minimale de 5 minutes dans un environnement allant jusqu’à 500°C.
De préférence, le revêtement comprend au moins un matériau céramique réfractaire.
Avantageusement, le revêtement comprend au moins un matériau céramique réfractaire choisi parmi : l'alumine (Al2O3), le carbure de silicium (SiC), la magnésie (MgO), le titanate de baryum BaTiO3, et l’oxyde de zirconium (ZrO2).
De préférence, le revêtement comprend en outre au moins un matériau polymère.
Avantageusement, le revêtement comprend au moins un matériau polymère à hautes performances choisi parmi : le polyétheréthercétone (PEEK), le polyaryléthercétone (PEAK), le polyamide-imide (PAI), le polyétherimide (PEI), le polybenzimidazole (PBI), le polyimide (PI), le sulfure de polyphénylène (PPS), le polytétrafluoroéthylène (PTFE), le polymère à cristaux liquides (LCP), le perfluoroalkoxy (PFA), le polysulfone (PSU), le polyéthersulfone (PESU), le polyfluorure de vinylidène (PVDF) et le polyphtalamide (PPA).
Le revêtement peut être monocouche ou multicouche.
Dans un mode de réalisation, le revêtement peut comprendre une couche en matériau céramique et une couche en matériau polymère.
Dans un autre mode de réalisation, le revêtement peut comprendre une pluralité de couches successives formant une alternance de couches en matériau céramique et de couches en matériau polymère.
Dans un mode de réalisation, le revêtement peut comprendre une couche ou plusieurs couches successives de matériau composite comportant au moins un matériau céramique et au moins un matériau polymère.
Dans un mode de réalisation, le revêtement peut comprendre une pluralité de matériaux composites, comportant au moins un matériau céramique et au moins un matériau polymère, de nature différente.
La présence de particules en matériau céramique dans une matrice en matériau polymère permet d’améliorer la résistance mécanique du revêtement en évitant tout phénomène de fissuration du revêtement.
Le matériau céramique peut être incorporé en tant que particules dures dans une matrice polymère. La matrice polymère forme un liant entre les particules céramiques.
La présence des particules céramiques permet également d’améliorer les propriétés de résistances thermiques initiales de la matrice polymère.
L’invention se rapporte également à un procédé de fabrication d’une pièce revêtue d’un revêtement électriquement et thermiquement isolant.
Le dépôt du revêtement est réalisé par projection dynamique par gaz froid à partir d’une poudre du matériau à appliquer sur la pièce.
L’application d’un revêtement comprenant des composés céramiques peut s’avérer complexe. Le procédé de dépôt par projection dynamique par gaz froid rend possible l’application d’un tel revêtement via une mise en œuvre simple.
Par projection dynamique par gaz froid, on entend un procédé de plus communément appelé « Cold Spray coating » dans lequel un gaz est accéléré à des vitesses supersoniques dans une buse du type « De Laval ». La poudre de matériau que l’on souhaite projeter sur la pièce pour réaliser le revêtement est introduite dans une partie haute pression de la buse et projetée vers le substrat, qui dans cet exemple est la surface d’une barre d’interconnexion.
Au-dessus d’une certaine vitesse, qui est caractéristique pour chaque couple matériau projeté/substrat, les particules forment à l’impact un revêtement dense et très adhérent.
Pour cela, les particules doivent subir une déformation plastique. Le gaz de propulsion est chauffé. Lorsque sa température augmente, la vitesse du gaz croît, ce qui accélère les particules. L’augmentation relative de la température des particules de la poudre participe à leur déformation au point d’impact.
L’invention concerne également une poudre comprenant au moins un matériau céramique, destinée à la formation d’un revêtement sur la pièce par projection dynamique par gaz froid.
En fonction de la couche du revêtement à déposer, la poudre peut comprendre des particules d’au moins un matériau céramique, des particules d’au moins un matériau polymère, ou un mélange de particules d’au moins un matériau céramique et des particules d’au moins un matériau polymère.
Avantageusement, la poudre peut comprendre un matériau céramique réfractaire choisi parmi : l'alumine (Al2O3), le carbure de silicium (SiC), la magnésie (MgO), le titanate de baryum BaTiO3, et l’oxyde de zirconium (ZrO2).
Avantageusement, la poudre peut comprendre un matériau polymère, de préférence choisi parmi : le polyétheréthercétone (PEEK), le polyaryléthercétone (PEAK), le polyamide-imide (PAI), le polyétherimide (PEI), le polybenzimidazole (PBI), le polyimide (PI), le sulfure de polyphénylène (PPS), le polytétrafluoroéthylène (PTFE), le polymère à cristaux liquides (LCP), le perfluoroalkoxy (PFA), le polysulfone (PSU), le polyéthersulfone (PESU), le polyfluorure de vinylidène (PVDF) et le polyphtalamide (PPA).
Le procédé de fabrication de la pièce revêtue d’un revêtement électriquement et thermiquement isolant peut comprendre une ou plusieurs étapes de dépôt en fonction du nombre de couches à appliquer sur la pièce pour former le revêtement.
L’étape de dépôt du revêtement électriquement et thermiquement isolant peut comprendre la formation d’une pluralité de couches successives formant une alternance entre couche en matériau céramique et couche en matériau polymère.
La technique de projection dynamique par gaz froid permet de facilement contrôler l’épaisseur et le nombre de couches du revêtement.
Elle permet également de revêtir soit la pièce entière, soit seulement des localisations spécifiques de la pièce.
L’obtention de pièces revêtues d’un revêtement électriquement et thermiquement isolant comprenant un matériau céramique permet de répondre aux nouvelles réglementations exigeant une isolation électrique et thermique malgré des températures allant jusqu’à 800°C afin de contenir les flammes et fumées pendant une durée d’au moins 5 minutes après la survenue d’un incident.

Claims (11)

  1. Poudre destinée à la formation d’un revêtement sur une pièce par projection dynamique par gaz froid, la poudre comprenant au moins un matériau céramique.
  2. Poudre selon revendication 1, comprenant un matériau céramique réfractaire choisi parmi : l'alumine (Al2O3), le carbure de silicium (SiC), la magnésie (MgO), le titanate de baryum BaTiO3, et l’oxyde de zirconium (ZrO2).
  3. Poudre selon la revendication 1 ou 2, comprenant un matériau polymère, de préférence choisi parmi : le polyétheréthercétone (PEEK), le polyaryléthercétone (PEAK), le polyamide-imide (PAI), le polyétherimide (PEI), le polybenzimidazole (PBI), le polyimide (PI), le sulfure de polyphénylène (PPS), le polytétrafluoroéthylène (PTFE), le polymère à cristaux liquides (LCP), le perfluoroalkoxy (PFA), le polysulfone (PSU), le polyéthersulfone (PESU), le polyfluorure de vinylidène (PVDF) et le polyphtalamide (PPA).
  4. Procédé de fabrication d’une pièce revêtue d’un revêtement, comprenant au moins une étape de dépôt d’un revêtement électriquement et thermiquement isolant, caractérisé en ce que le dépôt comprend la formation d’au moins une couche par projection dynamique par gaz froid à partir d’une poudre selon l’une quelconque des revendications 1 à 3.
  5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel l’étape de dépôt du revêtement électriquement et thermiquement isolant comprend la formation d’une pluralité de couches successives formant une alternance entre couche en matériau céramique et couche en matériau polymère.
  6. Pièce au moins partiellement revêtue d’un revêtement électriquement et thermiquement isolant, caractérisée en ce que le revêtement comprend au moins une couche comprenant au moins un matériau céramique.
  7. Pièce selon la revendication 6, dans laquelle le revêtement comprend en outre au moins un matériau polymère.
  8. Pièce selon la revendication 6 ou 7, dans laquelle le revêtement comprend au moins une couche de matériau composite comportant au moins un matériau céramique et au moins un matériau polymère.
  9. Pièce selon l’une quelconque des revendications 6 à 8, dans laquelle le revêtement comprend une pluralité de couches successives formant une alternance entre couche en matériau céramique et couche en matériau polymère.
  10. Chaîne de traction électrique pour véhicule automobile électrique ou hybride comprenant au moins une pièce selon l’une quelconque des revendications 6 à 9.
  11. Véhicule automobile comprenant au moins une pièce selon l’une quelconque des revendications 6 à 9 et/ou une chaîne de traction électrique selon la revendication 10.
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