Etude des barrières thermiques réalisées par la projection au plasma atmosphérique

Study of thermal barrier coatings produced by air plasma spraying

• Auteur / Autrice : Aamer Nusair Khan
• Direction : Jian Lu
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Systèmes mécaniques et matériaux
• Date : Soutenance en 2003
• Etablissement(s) : Troyes
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences pour l'Ingénieur (Troyes, Aube)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Revêtement de céramique

Contraintes résiduelles

Métaux -- Traitement thermique

Échauffement aérodynamique

Mots clés libres

Barrière thermique

Projection au plasma atmosphèrique

Choc thermique

Ténacité indentation

Ecaillage de TBC

Résumé

Le système de barrière thermique (TBC) se compose de deux parties, un dépôt métallique sur un substrat et un revêtement céramique (typiquement zircone stabilisé par oxyde d'yttrium) sur la surface de la couche métallique. Ce système fournit une barrière thermique et anti-oxydante entre les gaz chauds du moteur et l'aube de la turbine. A ce jour le TBC n'est utilisé que pour augmenter la durée de vie des composants, il ne contribue pas à augmenter la température de service des moteurs. Cependant, le développement d'un système plus performant pourra permettre d'augmenter la température d'utilisation et ainsi améliorer les performances des moteurs. Dans cette étude, différents systèmes de TBC ont été réalisés par la technique de projection au plasma atmosphérique sur des substrats de superalliage et d'acier inoxydable. Différents aspects des TBC ont été étudiés, comme la microstructure, la fissuration et l'écaillage, les contraintes résiduelles et la ténacité interfaciale entre les différentes couches en fonction des différents paramètres. Une bonne qualité des TBC a été obtenue avec une épaisseur de 530 æm sur les substrats de superalliage et d'acier inoxydable. La température finale et la distance entre le substrats et la torche plasma ont été reconnus comme les paramètres les plus influents. La comparaison de nos résultats avec ceux d'autres chercheurs montre que nos systèmes de TBC, réalisés grâce à la technique de projection au plasma atmosphérique sont de meilleure qualité

Thermal barrier coating (TBC) system consists of a metal bond coat and a ceramic topcoat (typically yttria stabilized zirconia). These coatings provide a thermal and oxidation barriers. These types of coatings are currently used only for component life extention at current operating temperatures. They are not used to increase the operating temperature of the engine. However, the developement of a TBC system, for which the probability of failure is sufficiently low, would allow these coatings to be used to increase the engine operating temperature and lead to significant improvement in engine performance. In this study different TBC systems were produced on the nickel base superalloy and stainless steel substrates by utilizing the air plasma spraying technique. Different TBC aspects were studied such as the role of microstructure and the residual stresses, the cracking and the spalling of TBCs under different conditions, and the interfacial thoughness between the different layers as a function of different parameters. A good quality TBC, with thickness up to 530 æm, were sprayed both on superalloy and stainless steel substrates. The final deposition temperature and the distance between the torch and the specimens were found as the more important paramters. An empirical equation was proposed relating the different spraying parameters and the number of thermal cycles. A comparison with different published results demonstrated that our TBC, produced by air plasma spraying, sustained more number of cycles