Thèse soutenue

Dépôt local de zircone yttriée par plasma atmosphérique basse puissance : applications aux turbines aéronautiques
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Auteur / Autrice : Sandra Segondy
Direction : Frédéric Rousseau
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Energétique et génie des procédés
Date : Soutenance le 25/11/2022
Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Ingénierie des Systèmes, Matériaux, Mécanique, Énergétique (Paris)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de recherche de chimie Paris - Institut de recherche de chimie Paris
établissement opérateur d'inscription : École nationale supérieure de chimie (Paris)
Jury : Président / Présidente : Farzaneh Arefi-Khonsari
Examinateurs / Examinatrices : Cédric Guyon, Alain Denoirjean
Rapporteurs / Rapporteuses : Marie-Pierre Planche, Francis Rebillat

Résumé

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La protection durable des pièces internes des turbines aéronautiques contre les fortes températures liées à la combustion est un enjeu industriel majeur. Une barrière thermique, constituée d’une couche d’accroche et d’une céramique en zircone partiellement yttriée (Yttria Stabilized Zirconia - YSZ), est déposée sur un superalliage pour assurer l’isolation thermique. Cette barrière est dégradée par les températures extrêmes et diverses agressions. Le reconditionnement de la couche d'YSZ endommagée entraine une série d’étapes longues et coûteuses, et ce même pour des dégâts localisés. Le développement d’une méthode de dépôt de couche céramique qui serait adaptée au recouvrement de zones à accessibilité réduite (telle que la chambre de combustion) présente donc un intérêt important pour l’industrie aéronautique. Ce travail de recherche a porté sur le développement d’un nouveau procédé de dépôt local de zircone yttriée par plasma atmosphérique basse puissance (< 1 kW). Les précurseurs sont constitués d’un mélange de sels de zirconium et d’yttrium en solution. Ils sont injectés dans la post-décharge plasma afin d’être oxydés et déposés sur des substrats métalliques (avec ou sans couche de liaison). La caractérisation de la post-décharge a mis en évidence la présence d’espèces oxydantes et des températures de l’ordre de 600 °C (par mesures et modélisation) favorables à la formation des oxydes recherchés. Un apport thermique suffisant pour évaporer le solvant et décomposer les précurseurs est apparu comme un point décisif. Différentes stratégies ont été envisagées : ajout d’une étape de post-traitement, modification de la nature des précurseurs et du solvant. En fonction des conditions testées, les morphologies formées ont présenté des structures granulaires et/ou colonnaires avec une porosité de l’ordre de 25 % vol․ et une épaisseur atteignant jusqu’à 300 µm.