Etude du comportement élastique et plastique de revêtements élaborés par projection plasma : Mise au point d'une méthode de caractérisation des propriétés mécaniques par perforation et comparaison avec les propriétés obtenues par indentation

Discipline

Matériaux Céramiques et Traitements de Surface

Classification

Physique,

Sciences de l'ingénieur

Mots-clés libres

Résistance à la perforation

Mots-clés

Projection au plasma,

Matériaux -- Propriétés mécaniques,

Élasticité,

Résistance des matériaux,

Revêtement de céramique,

Rupture, Mécanique de la

Les dépôts élaborés par projection thermique sont largement utilisés pour des applications de hautes performantes grâce à leurs propriétés mécaniques élevées (dureté et module d’Young). La détermination de ces propriétés est donc importante. Elles sont habituellement mesurées par des méthodes d’indentation en utilisant des indenteurs Vickers, Knoop et Berkovich. Mais ces méthodes de mesure nécessitent des équipements sophistiqués, une préparation rigoureuse des surfaces et la réalisation qui les rend coûteuse et difficile à mettre en oeuvre. Les travaux de cette thèse portent sur l’étude de la résistance à la perforation comme méthode alternative pour déterminer les propriétés mécaniques de dépôts céramiques élaborés par projection plasma. Pour ce faire, six poudres de compositions chimiques les plus souvent utilisées au niveau de l’industrie ont été sélectionnées pour élaborer les dépôts par projection plasma : Al2O3, TiO2, Al2O3-15wt % TiO2, Al2O3-43wt % TiO2, YSZ et Al2O3-YSZ. Les propriétés physico-chimiques et mécaniques des dépôts ont été déterminées. Les macro et micro duretés ont été déterminées par des indentations Vickers, le module d’Young a été calculé à partir des mesures de la micro dureté Knoop et la ténacité à la fracture a été déterminée à partir des résultats de micro dureté Vickers. La résistance à la perforation en mode statique a été conduite en utilisant des forets pour le perçage de verre et en traçant des courbes de charges (P) en fonction de la profondeur (h) d’enfoncement de la pointe du foret dans la surface du dépôt. Des rapports entre la charge et les aires de contact et de la section transversale de la pointe du foret (P/Ac et P/At respectivement), correspondant à la profondeur de pénétration du foret, ont été établis, permettant de définir la dureté par perforation statique (HDs). A partir des pentes ΔP/ΔAc et ΔP/ΔAt lors de la décharge des courbes P-h, le module d’élasticité par perforation statique (Es) a été déterminé. HDs et Es ont montré une bonne correspondance avec la micro dureté et le module d’Young déterminés par les méthodes classiques d’indentation et une haute reproductibilité des résultats. L’apparition de fissures et d’écaillage sur la surface des dépôts lors de l’étape de charge a mis en évidence une réduction de la pente des courbes P-h qui pourrait être utilisée pour trouver des corrélations avec la ténacité à la fracture. Sous le mode dynamique, les essais de résistance à la perforation ont été conduits en utilisant des forets pour le perçage des métaux (de type HSS) et pour la maçonnerie. Les rapports entre la charge appliquée et les aires de contact et de la section transversale (P/Ac et P/At respectivement) pour une profondeur h de la pointe du foret dans la surface des dépôts ont été utilisés pour calculer la dureté par perforation dynamique (HDD). Les résultats ont montré une bonne correspondance avec la micro dureté Vickers malgré la plus faible reproductibilité que ceux obtenus en mode statique.