Étude de la génération des contraintes résiduelles au sein de revêtements de zircone yttriée réalisés par projection plasma sur substrats métalliques

• Auteur / Autrice : Nicolas Baradel
• Direction : Michel Jeandin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences et génie des matériaux
• Date : Soutenance en 1999
• Etablissement(s) : ENSMP

Mots clés

Mots clés contrôlés

Revêtements

Propriétés mécaniques

Contraintes (mécanique)

Résumé

Cette étude est consacrée à la génération des contraintes au sein de revêtements de zircone yttriée réalisés par projection plasma sur des substrats métalliques en acier inoxydable, en fonte et en alliage d'aluminium. La démarche expérimentale est articulée autour du développement d'un dispositif de mesure in-situ des contraintes par la méthode de la flèche fonctionnant dans un environnement industriel de projection. Cet appareillage permet d'enregistrer la température et la courbure de l’échantillon en continu. Les différences de comportement liées à la nature du substrat, à la vitesse d’éclairement ainsi qu'à la température de projection ont été étudiées. Pour chaque condition ont été mesurées les contraintes thermiques, de trempe et résiduelle, ainsi que les propriétés mécaniques du revêtement et son adhérence. Lorsque la température de projection augmente, les observations microstructurales font apparaître une amélioration de la qualité du contact se traduisant par une augmentation de la contrainte de trempe et des propriétés mécaniques du revêtement. L'influence de la cinématique est moins évidente. Même si généralement, un ralentissement de la vitesse d’éclairement induit une baisse des propriétés mécaniques du revêtement et de la contrainte de trempe, les observations microstructurales ne mettent pas clairement cette tendance en évidence. Enfin, l'influence de la nature du substrat semble déterminante. Les enregistrements in-situ indiquent en effet que lors de la projection sur acier, les sollicitations de la pièce sont minimales. Dans ces conditions, le revêtement est faiblement endommage et les propriétés mécaniques ainsi que les contraintes de trempe sont maximales. Les observations microscopiques mettent alors en évidence un faible taux de porosité et / ou de fissuration au sein du revêtement. D'un point de vue général, la contrainte résiduelle moyenne au sein du revêtement projeté sur acier ou aluminium décroît avec la température, de la tension vers la compression. En revanche, dans le cas de la fonte, cette contrainte résiduelle est constante, de l'ordre de 25mpa en tension. Ces évolutions ont pu être confirmées par des mesures issues des méthodes diffractométrique et du trou incrémentale. Cette dernière technique a également permis, dans le cas de substrats en aluminium, de mettre en évidence un pic de traction dans le dépôt à proximité de l'interface. L'amplitude de ce pic décroît lorsque sont utilisés des substrats en acier puis en fonte. Cette propriété est donc en accord avec les valeurs d’adhérence substrat - revêtement mesurées, qui apparaissent minimales dans le cas de substrats en aluminium.