Influence de la rugosité et de la température de surface du substrat sur l'adhérence et les contraintes résiduelles au sein de dépôts d'alumine projetés par plasma

Discipline

Sciences des matériaux

Classification

Sciences de l'ingénieur

Mots-clés libres

Rhéologie, Substrat, Adhérence/cohésion, Substrates, Adhesion/cohesion

Mots-clés

Sablage - Thèses et écrits académiques,

Projection au plasma - Thèses et écrits académiques,

Alumine - Thèses et écrits académiques,

Alliages - Thèses et écrits académiques,

Contraintes résiduelles - Thèses et écrits académiques,

Rugosité - Thèses et écrits académiques

Cette thèse porte sur l'étude de l'influence de la rugosité et de la température du substrat sur les propriétés de dépôts élaborés par projection plasma. Le matériau déposé est de l'alumine et les matériaux substrats sont des alliages métalliques (AU4G, FT25, 34CD4, Ti6Al4V). Les propriétés étudiées pour les dépôts sont l'adhérence/cohésion, la dureté, la porosité, l'état de ·surface et les contraintes résiduelles. Les conditions de projection optimales pour l'alumine, c'est à dire celles assurant une bonne fusion des poudres, ont été déterminées à partir d'une étude bibliographique concernant les jets de plasma d'arc Ar-Hz, le traitement subi par les poudres dans ces jets et l'élaboration des dépôts. Une étude systématique des conditions de sablage des divers substrats au corindon blanc pour une sableuse à dépression et une sableuse à surpression, a conduit à dégager les conditions (taille de l'abrasif, pression et temps de sablage...) permettant d'obtenir de façon reproductible les rugosités de surface souhaitées. Cette étude a mis en évidence entre autres, l'importance de la taille de l'abrasif sur la rugosité et de la pression ainsi que du temps de sablage sur l'usure de l'abrasif. Pendant la réalisation des revêtements, la température du substrat avant le tir (préchauffage) et celle du dépôt pendant le tir sont contrôlées par des dispositifs de refroidissement constitués par des barrières d'air comprimé et des soufflettes dirigées sur le substrat. Les températures sont mesurées par pyrométrie IR. De tels contrôles ont mis en évidence la possibilité d'accroître l'adhérence/cohésion des dépôts jusqu'à plus de 60 MPa lorsque les substrats sont préchauffés, sans oxydation, à des températures supérieures à 200°C. Si l'adhérence/cohésion des dépôts croit quasi linéairement jusqu'à 20 MPa avec la rugosité du substrat (Ra-15 µm) lorsque le tir est effectué sans préchauffage elle peut atteindre plus de 60 MPa avec préchauffage avec des Ra de 4-6 µm. Le préchauffage doit être toutefois adapté aux différentiels de dilatation thermique dépôt-substrat comme l'ont montré les calculs (hypothèse d'un comportement élastique) et les mesures de contraintes résiduelles (méthode de flexion de lames minces et celle du trou incrémentai appliquée par le CETIM). Il semble enfin que lorsque l'adhérence/cohésion des dépôts est très bonne, un pic de tension existe au voisinage de l'interface du fait d'un excellent contact lamelles-substrat et d'une déformation plastique à chaud de ce dernier. Ce pic de tension augmente avec l'épaisseur du dépôt tant que ces contraintes ne sont pas relaxées.