Carbon fibre reinforced polymer (CFRP) is a very competitive alternative to aluminum for aircraft structures for lightweighting purposes, but this leaves vulnerability against lightning strike. Cold spray is one coating approach to make the polymers lightning strike proof. The aim of this work is to use cold spray on aircraft quality CFRPs to produce a metal coating with sound mechanical properties and good electrical conductivity for lightning strike protection. Copper, aluminum and tin were used as the coating materials and cold sprayed with both a high-pressure and a low-pressure cold spray system. A number of different combinations of the gas pressure and gas preheating temperature were used for the cold spray process. Erosion was found to be the key obstacle to developing continuous coatings on the CFRP substrates with the high-pressure system. On the other hand, continuous tin coatings were successfully obtained on the CFRP with the lowpressure system, due to the very soft tin coating the substrate through a “crack filling” mechanism;​ a process map was generated to define appropriate cold spray conditions. The tin/CFRP adhesion, which was assessed by pull-off tests, revealed the bonding was mainly mechanical since the adhesion strength was at a low level. Copper, aluminum and zinc powders were mixed with tin with the aim of increasing conductivity, and the addition of copper and zinc led to much higher deposition efficiencies compared to the pure tin coating. To understand, more generally, the cold sprayability of metal powders on polymeric substrates, powders of various compositions and characteristics were sprayed on different polymer substrates. Thermoplastic polymers generally showed positive results;​ in particular, thick copper coatings were successfully deposited on two thermoplastics.

The electrical conductivity of the cold sprayed coatings was measured by the four-point conductivity measurement method. The conductivity in the as-sprayed tin coating was approximately half of that of bulk tin, and increased to 73 per cent as conductive as bulk tin after annealed at 80°C for 72 hours. The addition of copper generally did not increase the overall conductivity due to the growth of the more resistive intermetallics. Last but not least, continuing current injection tests, which duplicated component C of a lightning waveform, were performed on the tin coatings. The results showed that the cold sprayed tin coatings can provide effective protection to the CFRP underneath when subjected to a 100A current.

Les polymères renforcés de fibres de carbone (PRFC) sont des forts concurrents à l’aluminium pour l’allègement de structures d’avion, cependant ceux-ci sont toujours vulnérables aux coups de foudre. La projection à froid est une méthode de revêtement qui pourrait pallier à ce problème. Le but de cette étude est d’utiliser la projection à froid afin de produire une couche métallique sur des PRFC de qualité aérospatiale qui possède à la fois des propriétés mécaniques sains et la conductivité électrique nécessaire pour la protection contre les éclairs. Des matériaux de revêtements dont le cuivre, l’aluminium, et l’étain, étaient projetés avec un système à haute pression et un système à basse pression. Plusieurs combinaisons de pression de gaz et de température de préchauffage du gaz ont été essayées. L’obstacle clé dans le revêtement à haute pression continuelle était l’érosion du PRFC. Par contre, des revêtements continus ont été obtenus avec l’étain en projection à basse pression. Cela est dû au fait que l’étain est malléable et peut produire un effet de remplissage de fissures dans le substrat;​ un processus pour trouver les paramètres de projection a été cartographié. La force d’adhésion d’étain/PRFC a été étudiée par moyen d’essai d’étirement destructif. La force était relativement basse, preuve d’une interface plutôt mécanique. Des poudres de cuivre, d’aluminium et de zinc ont été mélangé avec ceux de l’étain afin d’améliorer sa conductivité. De plus, ces suppléments ont mené à des efficacités de dépôts plus importants que ceux du simple étain. Pour mieux comprendre globalement la déposition de poudre métallique sur des substrats polymérique par projection à froid, plusieurs poudres de compositions différentes ont été projetées sur des surfaces de polymères différentes. Les polymères thermoplastiques ont généralement démontré des résultats positifs;​ en particulier, deux thermoplastiques ont été revêtus d’une couche épaisse de cuivre.

La conductivité électrique des revêtements a été mesurée à l’aide de la méthode à quatrepoints. Mesuré sans traitement, le revêtement de l’étain avait la moitié de la conductivité de l’étain brut. Cela fut augmenté de 73 pourcent de la conductivité brut suivant un traitement à chaleur de 80°C pour une durée de 72 heures. L’ajout de cuivre n’a généralement pas augmenté la conductivité du revêtement, cause de la formation d’intermétalliques plus résistives. Finalement, des essais d’injection de courants continus, en imitant la composante C de la forme d’onde d’un éclair, ont étéfaits sur les revêtements d’étain. Les résultats de ces essais ont démontré que le revêtement d’étain projeté à froid puisse protéger le PRFC contre un courant de 100 ampères.