Добірка наукової літератури з теми "Revêtements protecteurs – Propriétés thermiques"

De nombreuses pièces aéronautiques telles que les chambres de combustion sont percées d'une multitudes de trous de refroidissement. Ce perçage, généralement effectué par un laser de puissance peut induire des endommagements dans la matière percée. Sur les systèmes barrières thermiques, une fissuration pouvant conduire à l'écaillage de la barrière thermique se produit à l'interface céramique/sous-couche lors du perçage laser. Cette thèse présente des éléments de compréhension des phénomènes de formation et de propagation de la fissure interfaciale. Pour cela, un protocole spécifique a été utilisé, consistant en la réalisation de perçage interrompus. De plus, afin de comprendre l'influence de la sous-couche et de l'interface sous-couche / céramique sur cette fissuration, une large gamme d'échantillons aux propriétés morphologiques et mécaniques bien distincts ont été sélectionnés. Pour cela, la sous-couche a été modifiée par la variation des paramètres de projection, du procédé de projection ainsi que par des post traitements sur la sous-couche. Le lien entre ces interfaces et les endommagements liés au perçage laser sont présentés au travers d'observations 2D et 3D, destructives et non destructives ainsi que par l'étude des modifications des contraintes résiduelles avant et après perçage laser pour différentes barrières thermiques. De manière a réduire encore la fissure interfaciale, plusieurs stratégies de perçage sont étudiées via la variation de la puissance laser entre les différentes impulsions laser nécessaires pour percer le matériau multicouches. Les résultats obtenus offrent des perspectives intéressantes pour améliorer la résistance à la fissuration des pièces aéronautiques
Many aircraft engines parts such as combustion chambers are drilled with numerous cooling holes. These holes, generally performed by a high power laser machine can induce damages in the part materials. On thermal barrier coatings systems, cracking can lead to spalling of the coating occurs at the ceramic / bond-coat layer interface during laser drilling. This thesis presents elements of understanding of the interfacial crack formation end propagation phenomena. In this purpose, a specific protocol was used, consisting of interrupted drilling process. Moreover, in order to understand the influence of the bond coat and the ceramic / bond coat interface on cracking, a wide range of samples with specific morphological and mechanical properties were selected. With this in mind, the bond coat was modified by varying spraying parameters, spraying process and also by post treatments on the bond coat. The link between these interfaces and the associated damages due to laser drilling are presented through 2D and 3D observations, destructive and non-destructive, as well as the study of residual stress modification before and after laser drilling for several thermal barrier coatings systems. For further reducing the interfacial crack, several drilling strategies are considered through the laser peak power variation between the different laser pulses needed to drill through the multi-layer material. The results offer interesting perspectives for improving crack resistance of aeronautical engines parts

Dans les turbines à gaz aéronautiques, les matériaux employés dans les parties les plus chaudes sont soumis à des environnements chimiques extrêmes, sous fortes pressions et températures. Ainsi, des systèmes de revêtement « barrière thermique, BT » sont appliqués sur les substrats en superalliage à base nickel. Ces systèmes multicouches (zircone stabilisée à l’yttrine (YSZ) /couche de liaison en MCrAl ou NiPtAl/substrat refroidi) permettent d’abaisser la température à la surface des pièces, conduisant à un comportement thermomécanique adéquat et à une diminution des vitesses d’oxydation/corrosion. Cependant, l’augmentation nécessaire de la température des gaz d’entrée de turbine (augmentation du rendement moteur) entraîne de nouveaux phénomènes de dégradation (CMAS) et une perte d’efficacité des revêtements BT actuels. Par ailleurs, l’évaluation de la durée de vie des revêtements BT s’avère cruciale pour déterminer celle des moteurs. Comprendre l’évolution du pouvoir isolant des revêtements BT en environnement agressif constitue donc un enjeu essentiel du point de vue scientifique et technologique. A partir des revêtements couramment employés (YSZ) déposés par projection plasma (PS) ou en phase vapeur (EB-PVD), la présente étude a visé à mieux comprendre l’effet de l’évolution des propriétés microstructurales et chimiques des revêtements sur leur pouvoir isolant, dans le but de développer des outils nécessaires à la mise au point des revêtements du futur. De plus, une partie des travaux menés a porté sur une solution alternative plus économique et écologique d’élaboration de revêtements BT, fondée sur un procédé par voie barbotine, permettant in fine d’obtenir une barrière constituée de microsphères creuses d’alumine. Ce travail a permis de montrer que l’évolution par frittage des phases céramiques en YSZ, les changements de phase cristalline, les réactions avec les CMAS et la croissance d’oxydes thermiques modifient la diffusivité thermique. En revanche, celle-ci évolue moins avec la température puisque les revêtements en alumine issus de barbotines se sont avérés plus stables et ce, notamment, lorsque leur élaboration a été réalisée sous atmosphères hybrides (mélanges Ar/air)
In aeronautical gas turbine engines, the metallic materials employed in the hottest sections are subject to very harsh chemical environments at high pressures and temperatures. Therefore, thermal barrier coating systems (TBCs) are applied onto nickel-based superalloy substrates. These multi-layered systems (ceramic yttria-stabilized zirconia (YSZ) / MCrAl or NiPtAl bond coats / cooled substrate) lower the temperature at the components surface, which ensures an adequate thermomechanical behaviour and reduces the oxidation/corrosion rates. However, the increase of the turbine inlet temperature (increased engine performance) brings about new degradation phenomena (e.g. CMAS) and loss of efficiency of the current TBCs. Therefore, understanding the evolution of the insulation ability of TBCs in such harsh environments is key from both the scientific and technological perspectives to estimate the lifetime of these coatings, hence that of the engines. Based on current plasma-sprayed (PS) and electron-beam physical vapour deposited (EB-PVD) YSZ coatings, this thesis seeks to provide a better comprehension on the relationships between the intrinsic properties of the current TBCs and their thermal insulation capacity as a basis for the development of future coatings. Also, this work studies an alternative solution to create a TBC made of hollow alumina microspheres by the slurry route. We will show that the sintering of the YSZ, the evolution of crystal phases, the reactions between YSZ and CMAS and the growth of thermal oxides alter the thermal diffusivity to different extents. In contrast, the evolution of the thermal diffusivity with temperature is less marked with the slurry alumina coatings, which appear more stable when hybrid Ar/air annealing atmospheres are employed upon their synthesis

L'élaboration de revêtements pour tôles magnétiques par le procédé Sol-Gel à partir des alcoxysilanes conduit, après réactions d'hydrolyse et de condensation, à la formation de réseaux siloxanes particulièrement stables chimiquement et thermiquement. Dans le cas des tôles magnétiques à grains orientés, le revêtement doit être purement minéral. Le séchage d'un préhydrolysat à base de tétraéthoxysilane TEOS permet la formation d'un xérogel de silice présentant une isolation électrique insuffisante. Plusieurs traitements à haute température sous air, sous atmosphère N2/H2 et sous atmosphère N2, du xérogel sont étudiés, mais la fissuration irrémédiable du revêtement de silice en rend l'utilisation impossible. Dans le cas des tôles magnétiques à grains non orientés, le revêtement doit être organo-minéral afin de posséder des propriétés d'adhérence accrues. Le dépôt d'un revêtement polyméthylsiloxane est réalisé, mais son adhérence n'est pas satisfaisante. L'adhérence de ce vernis est améliorée par addition de polymères organiques (acide polyacrylique ou polyvinylpyrrolidone). L'analyse du revêtement par spectrophotométrie IRTF montre la présence majoritaire de radicaux organiques à la surface du film. Cette technique permet en outre d'effectuer un suivi de polymérisation. L'addition de particules de silice pyrogénée augmente la rugosité, l'isolation électrique et la dureté du vernis. Le mode opératoire d'un traitement thermique en deux étapes permettant la transformation du dépôt organo-minéral en silice amorphe non fissurée est mis au point. Les paramètres de ce traitement (vitesse de chauffe, température et durée de paliers, atmosphère de traitement thermique) sont optimisés.

L’impact énergétique de la tribologie sur la vie économique et industrielle est important ; diminuer le frottement et l’usure des pièces mécaniques est un véritable enjeu pour des secteurs industriels très divers. Cette étude s’inscrit dans le cadre de la prévention de l’usure d’éléments mécaniques pouvant être soumis à des conditions sévères d’utilisation telles que les hautes températures. La réalisation de revêtements protecteurs céramique-métal est alors particulièrement indiquée afin d’apporter respectivement la résistance à la corrosion induite par les hautes températures avec un alliage adapté, et la résistance à l’usure grâce à la dureté des céramiques. D’autre part, le développement des recherches dans le domaine nanométrique a montré l’intérêt de la diminution de l’échelle sur l’amélioration des propriétés tribologique globales des revêtements. La projection thermique regroupe alors les procédés les plus adaptés à la réalisation de tels revêtements. Dans ce travail, des revêtements multi-composants (céramique-métal) et multi-échelles (micrométrique-nanométrique) sont développés par projection plasma afin de répondre à la problématique de résistance tribologique à haute température. La réalisation des dépôts est mise en œuvre à l’aide d’une torche tri-cathodes (TriplexPro-200) avantageuse pour sa stabilité et les larges possibilités laissées par sa fenêtre opératoire étendue. Les spécificités de cette torche seront étudiées afin d’adapter au mieux le procédé à la réalisation complexe de dépôts à composante multi-échelle. Une démarche innovante de projection hybride associant projection de poudres micrométriques et de suspensions de poudres nanométriques sera alors développée. Les étapes ayant amenées à la réalisation de ces revêtements sont détaillées dans ce travail puis les caractéristiques et le comportement tribologique des dépôts sont finalement étudiés
Nowadays, tribology has a high energetic impact on economic and industrial areas. Thus, reducing wear and friction of mechanical parts has become a real stakes for various industries. This study is focused on the wear prevention of mechanical parts subjected to severe operating conditions like high temperatures.The realization of protective ceramic-metal coatings is thus particularly appropriated to improve corrosion resistance induced by the high temperatures, with a suitable alloy, and the wear resistance, thanks to the ceramics hardness. Furthermore, researches development in the nanoscale field have shown the interest of scale reduction on the improvement of coatings tribological properties. Thermal spraying is then the most appropriate process for the realization of such coatings.In this work, multi-components (ceramic-metal) and multi-scales (micrometric-nanometric) coatings are developed by plasma spraying in order to give an answer to the high temperature tribological resistance issue. Coatings are realized using a three-cathodes plasma gun (TriplexPro-200) which provides a more stable plasma jet and offers wide possibilities by an extended operating window. First, the special features of this kind of plasma gun will be studied in order to adjust the process to the complex realization of multi-scale coatings. An innovative approach using a hybrid spraying process was thus developed, combining conventional micrometric powder spraying and suspension of nanoscale powders spraying. In a second time, the steps leading to the production of such coatings will be detailed, and finally, their main properties and their tribological behavior will be studied

Ce travail de thèse a porté sur l'étude du revêtement NiCoCrA1YTa utilisé pour la protection des pales de turbine haute pression et élaboré par projection plasma sous vide ou par codéposition électrolytique. Dans une première partie, ces deux dépôts élaborés sous forme massive ont été caractérisés d'un point de vue physico-chimique et d'un point de vue mécanique. Les microstructures des deux dépôts diffèrents légèrement vis à vis de la distribution des phases principales β et γ. Ainsi, le revêtement électrolytique présente une distribution moins homogène et l'élément γ s'y trouve ségrégé sous forme de précipités et d'oxyde. Les particularités de ce revêtement obtenu par codéposition induisent une sensibilité à l'écaillage à haute température des couches d'oxydes formées sur le NiCoCrA1YTa ainsi que des caractéristiques mécaniques (allongement à rupture, résistance à rupture et résistance élastique) plus faibles. Au contraire, les modules de Young des deux revêtements sont très proches pour les deux dépôts massifs. Dans une deuxième partie, l'influence de la présence d'un revêtement de protection sur les caractéristiques d"un substrat monocristallin base nickel a été caractérisée. Peu de différence ont été relevées entre les deux procédés de dépôts étudiés. Par contre, le rôle du revêtement dépend fortement de son comportement ductile ou fragile. Si le système substrat/revêtement est sollicité dans un domaine de température où le revêtement est ductile, ce dernier n'aura pas d'effet sur les caractéristiques mécaniques du superalliage. Dans le cas contraire, sa présence sera un facteur endommageant. En fluage, la zone de diffusion conduit à une diminution de la section porteuse de charge, qu'il convient de ne pas négliger. Au contraire, le revêtement amène un gain particulièrement dans les conditions de longue durée de vie grâce à la protection contre l'environnement
The aim of this work was the characterization of the vacuum plasma sprayed or electrodeposited NiCoCrA1YTa coating, used for protection of H. P. Turbine blade. First, both massive coatings were characterized in terms of physico-chemical and mechanical properties. The electrodeposited alloy shows a less homogenous distribution of β and γ phases and, in this coating, yttrium is segregated in the material as oxides and precipitates. These distinctive features induce mechanical spallation of the oxide scales and lower mechanical properties for the electrodeposited coating. Then, influence of protective coatings on nickel-base single crystal superalloy was characterized. Few differences were observed between the vacuum plasma sprayed coating and the electrodeposited one. The coating effect is mainly dependant on its ductile or brittle behaviour. If the mechanical solicitations of the substrate/coating system are applied in the brittle field of the coating, this one presents a detrimental effect. In the other case, a positiv effect of the coating is observed which comes from the protection of substrate against environmental degradation

Les propriétés thermo-radiatives des matériaux dépendent de leur indice de réfraction, valeur qui dépend de la constitution chimique du matériau, mais aussi de leur morphologie. Ce phénomène permet d’élaborer des matériaux de haute technologie dans le domaine de l’industrie (barrières thermiques, SOFC…). L'influence de la rugosité sur les propriétés radiatives est bien connue, mais peu d'études tentent de décrire le comportement radiatif de matériaux réels pour de hautes températures (T ~ 1000 K). Afin de prédire au mieux les propriétés thermo-radiatives de matériaux hétérogènes, des surfaces de graphite ayant un degré de rugosité varié ont été élaborées. Un dépôt de nickélate de praséodyme (Pr2NiO4+δ) est également étudié. La caractérisation de ces surfaces montre une échelle de rugosité supérieure à la gamme de longueur d’onde étudiée (25 – 2 µm). Ces observations permettent de traiter l’interaction du rayonnement électromagnétique avec l’interface dans le cadre de l’approximation de l’optique géométrique. De plus, le fort coefficient d’absorption de ces matériaux et leur épaisseur permettent de considérer ces surfaces comme opaques d’un point de vue optique. Un algorithme de lancer de rayons (LR) est implémenté afin de calculer la réflectivité et l’émissivité de ces matériaux. Le comportement radiatif du Pr2NiO4+δ est bien décrit en couplant la technique LR à une loi de milieux effectifs, tenant compte de la microstructure (porosité, grains) inférieure à la longueur d’onde. Les simulations de la réflectivité du graphite montrent en revanche un désaccord avec les données expérimentales, que l’on attribue à une variation des indices optiques des surfaces lors du polissage.

Ce travail porte sur l'étude d'alliages intermétalliques complexes (alliages quasicristallins et approximants) à base aluminium, de type AI-(Cu)-Fe-Cr. Il s'agit d'étudier et de comparer les propriétés physico-chimiques de surface (composition, structure, réactivité) d'alliages de compositions et de structures variées soumis à des sollicitations électrochimiques en surface (corrosion en milieu électrolytique agressif, vieillissement et oxydation à l'ambiante). L'étude est menée en partenariat avec Saint-Gobain dans le cadre d'une application potentielle de ces alliages sous forme de revêtements d'ustensiles de cuisson. La première phase a consisté à élaborer des alliages massifs AI-(Cu)-Fe-Cr et à les caractériser. Ensuite, nous avons étudié les propriétés de corrosion de ces alliages dans un milieu électrolytique contenant de l'acide citrique et des ions chlorure. Nous avons pu déterminer les différents mécanismes de corrosion mis en jeu et identifier certaines compositions d'alliages particulièrement résistants. Enfin, l'évolution des propriétés de surface sous sollicitation électrochimique a été envisagée. Dans le cadre de l'étude de la résistance à la corrosion, les propriétés de topographie, de composition et de structure des surfaces ont été analysées. Nous avons par ailleurs mis en évidence un phénomène de vieillissement des surfaces à l'ambiante pour des échantillons de type AI-Cr-Fe. Nous avons modélisé la surface de ces matériaux, son évolution en fonction du temps d'exposition à l'air et corrélé ces résultats à la réactivité chimique de surface
The main goal of this study is to understand how the surface properties of quasicrystalline and approximant alloys are modified when submitted to various kinds of electrochemical stress. The alloys are Al-based complex intermetallic phases of the AI-(Cu)-Fe-Cr system, submitted to either corrosion test in aggressive media or simply to oxidation and ageing in ambient conditions. Ln a first part, bulk alloys of the AI-(Cu)-Fe-Cr system were synthesized and their atomic structure was characterised. Then, the corrosion behaviour of these alloys was investigated with a view to identify the role of the chemical composition and of the crystallographic structure on their ability to resist corrosion attack in a medium containing citric acid and chloride anions. This work bas allowed us to âetermine the corrosion mechanisms and to identify some alloy compositions which demonstrate high-resistance against corrosion. The last part focusses on the evolution of surface structure and chemistry as a function of electrochemical stress. The topography, composition and structure of corroded samples were analysed. Ln addition, for AICrFe samples, we have highlighted an ageing phenomenon of the surfaces in ambient conditions. We have proposed a model describing the surface of these materials as a stacking of several layers with different chemistry. The surface ageing is modelled and related to the observed modifications of the chemical reactivity