Développement de barrières thermiques anti-CMAS et non mouillantes par projection thermique de suspensions

Discipline

Matériaux céramiques et traitements de surface

Classification

Physique,

Sciences de l'ingénieur

Mots-clés libres

Barrière thermique, Projection plasma de suspensions, PIV, Oxydation cyclique à haute température

Mots-clés

Échauffement aérodynamique,

Projection au plasma,

Aluminosilicates de calcium et de magnésium - Corrosion,

Mouillabilité,

Vélocimétrie par images de particules,

Érosion

Cette thèse s’inscrit dans le développement de nouvelles technologies capables de répondre aux exigences environnementales sévères des futurs turboréacteurs de l’industrie aéronautique. En particulier, les travaux s’attachent à proposer une nouvelle architecture de barrière thermique venant à recouvrir les aubes de turbine haute-pression, pièces métalliques exposées à des températures dépassant 1200°C. Cette architecture est un revêtement bicouche, élaboré par projection plasma de suspensions (SPS), composé d’une première couche colonnaire formée par de la zircone partiellement stabilisée à l’yttrine (YSZ) et d’une couche superficielle d’aspect dense contenant du zirconate de gadolinium (GZ) et une céramique non-oxyde. Ce bicouche se doit d’être résistant à la corrosion des particules siliceuses (CMAS) présentes dans l’atmosphère et de présenter des propriétés thermomécaniques en accord avec la fonction de barrière thermique. Une partie des études a mis en évidence le potentiel de barrière à la corrosion des CMAS du revêtement composite GZ – SiC, par la présence in situ d’un réservoir d’oxyapatite et de disilicate de gadolinium. La présence de carbure en surface du revêtement permettrait aussi de limiter grandement l’étalement du verre fondu d’un CMAS modèle jusque 1300°C. Le revêtement présente un comportement partiellement mouillant au CMAS, ce qui augmenterait la durée de vie de la couche superficielle. Le bicouche YSZ – GZ/SiC montre des propriétés analogues en termes de vieillissement thermique et de résistance à l’infiltration du CMAS. La caractérisation du comportement cinétique de particules submicroniques dans le jet plasma jusqu’à l’impact et l’évaluation des propriétés thermophysiques du plasma sur le traitement thermocinétique de ces dernières ont permis d’affiner les connaissances sur la croissance des revêtements colonnaires élaborés par SPS sur des surfaces à géométrie complexe. Un choix judicieux de conditions plasmagènes a permis l’obtention d’un bicouche offrant des propriétés thermomécaniques similaires aux barrières thermiques actuellement déployées sur les aubes de turbine haute-pression et élaborées par EB-PVD.