Etude numérique et expérimentale de la séparation par chocs brefs d'interface de revêtements multi-couches : application au test d'adhérence par chocs laser

par Cyril Bolis

Thèse de doctorat en Energétique, thermique, combustion

Sous la direction de Michel Boustie et de Laurent Berthe.

Soutenue en 2004

à Poitiers , dans le cadre de École doctorale Sciences pour l'ingénieur et aéronautique (Poitiers ; 1992-2008) .

mots clés

• Ondes de choc
• Adhésion (physique)
• Couches minces

Résumé

La génération d'un choc laser sur un système multi couche permet de solliciter l'interface en traction et de réaliser ainsi un test d'adhérence sans contact nommé LASAT (LASer Adhérence Test). Les seuils de rupture d'interfaces de divers systèmes métalliques ont été déterminés en utilisant des lasers de puissance couplés à un diagnostic VISAR. L'influence des paramètres de dépôt sur ces seuils est révélée par le procédé LASAT. La génération de la traction a été analysée pour l'optimiser à l'interface par synchronisation des ondes. Ces résultats ont été confirmés par simulation numérique 1D et 2D. La création d'états de traction par les effets de bords et leurs effets sur l'interface ont été étudiés numériquement et expérimentalement. Les signaux expérimentaux ont été modélisés à l'aide des critères de rupture dynamique de Kanel ou de Tuler-Butcher ainsi que par l'utilisation de maillages réalistes des rugosités et des porosités de dépôts de cuivre élaborés par projection plasma.

Titre traduit

Experimental and numerical study of multi layer systems debonding by laser driven shocks applied to laser shock debonding test

Résumé

Laser shock driven on a multi layer system yields traction stress at the interface and provides a new process for testing the bond strength of coatings by the LASer Adherence Test (LASAT). Interface bond strength of various metallic systems has been evidenced using high power laser facilities together with a VISAR diagnosis. Traction stress generation has been analyzed in order to optimize the traction at the interface , according to waves synchronization process. These results have been confirmed by 1D and 2D numerical simulation. Two dimensional effects of the shock loading on traction of the interface have been numerically and experimentally evidenced. Experimental measurements have been recovered by numerical simulation implementing dynamic failure criteria of Kanel and Tuler Butcher. A realistic modeling of both roughness and porosity of coatings for plasma sprayed coatings improves consistence between numerical simulation and experiments using the LASAT process.