Processing characterization and modeling of thermomechanical properties of threee abradable coatings : NiCrAl-bentonite, CoNiCrAlY-BN-polyester, and YSZ-polyester

par Delphine Aussavy

Thèse de doctorat en Matériaux

Soutenue le 15-12-2016

à Belfort-Montbéliard , dans le cadre de École doctorale Sciences pour l'ingénieur et microtechniques (Besançon ; Dijon ; Belfort) , en partenariat avec IRTES. LERMPS (laboratoire) , Université de technologie de Belfort-Montbéliard (Etablissement de préparation) et de Laboratoire d'Études et de Recherches sur les Matériaux- les Procédés et les Surfaces / IRTES - LERMPS (laboratoire) .

Le président du jury était Thierry Grosdidier.

Les rapporteurs étaient Sylvain Philippon, Guillaume Kermouche.

  • Titre traduit

    Elaboration, caractérisation et modélisation des propriétés thermomécaniques de trois revêtements abradables : niCrAl-Bentonite, CoNiCrAlY-BN-Polyester et YSZ-Polyester


  • Résumé

    L'objectif de ces travaux a été d'estimer les propriétés thermomécanique des revêtements abradables. Lesmatériaux abradables sont des structures fortement hétérogènes et le but a été de considérer leurs microstructuresdétaillées. L'intérêt de ces travaux a été de passer outre la difficulté de leur dimensionnement lors de l'élaborationdes couches. Trois revêtements abradables ayant différentes natures et différentes microstructures ont étéétudiées, la complexité de leur microstructure était différente les unes des autres. Leurs propriétés ont étédéterminées par une méthode de modélisation 2D appliquée directement pixel par pixel pour prendre enconsidération la microstructure détaillée. Afin de valider la méthode de modélisation, les résultats calculés ont étécouplés et comparés à des valeurs expérimentales. Deux méthodes de modélisations ont été appliquées : uneméthode conventionnelle; avec une image des revêtements représentant les détails de la microstructure aussi bienque la microstructure dans sa globalité ainsi qu'une méthode de modélisation 2-échelles, avec une première échellereprésentant les détails de la microstructure de la matrice et une seconde échelle représentant le revêtement globalet notamment la distribution des plus gros pores.Une des conclusions principales de ces travaux est la suivante : Si la complexité du matériau augmente, le nombred'échelle nécessaire pour décrire la microstructure réelle augmente. La méthode de modélisation 2 échelles a étévalidée à travers la comparaison entre les valeurs calculées et les résultats expérimentaux. Ces travaux ont aidé àobtenir un outil pour sélectionner digitalement les microstructures les plus prometteuses pour les applicationsd'abradabilité. Ceci permet de réduite le nombre de tests expérimentaux à effectuer. Ces tests expérimentaux sontplus longs à mettre en oeuvre et coutent plus cher. C'est un outil support quant au développement des structuresabradables.


  • Résumé

    The objective of this work was to estimate apparent thermomechanical properties of abradable coating. Abradablematerials are strongly heterogeneous structures and the aim was to consider their detailed microstructure. Theinterest of this work is to overstep one difficulty when manufacturing abradable coating which is their dimensioning.Three abradable coatings having different nature and different microstructures have been studied. Theirmicrostructure complexity was different one from each other. Their properties were determined by a 2D modelingmethod which was applied directly pixel by pixel to take account of all the microstructural details. To validate themodeling method, the results calculated were coupled and compared to experimental ones. Two modeling methodhave been applied, a conventional one, with coating image representing coating microstructural details as well asthe global coating microstructural distribution and a 2-scale modeling method, with one scale representing themicrostructural details of the matrix and a second on representing the global coating coarse pores distribution. Onemain conclusion of this work is the following one: If the material complexity increases, the number of scalemandatory to describe the real microstructure increases. The 2-scales modeling method has been validated throughcomparison of the calculated values with those obtained experimentally. This work helps to provide a tool for digitallyselect the most promising abradable layers with the effect of reducing the number of experimental tests, which arelonger and more expensive to implement. It is a tool for decision support in the abradable coating development.


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