Microstructures et interfaces céramique/métal obtenues par dépôt physique : vers une conception architecturée des systèmes revêtus multi-matériaux. Contribution au contrôle des propriétés des dépôts épais à base de céramique

Abstract : Les travaux résumés dans ce mémoire offrent une synthèse de l’activité de recherche de Vincent GUIPONT, chercheur permanent ARMINES au Centre des Matériaux (UMR 7633) de MINES ParisTech depuis 1996. Ses travaux s’intègrent dans l’activité de recherche « revêtements et traitements de surfaces » du C2P (Centre de Compétence en Procédés de Projection) au sein de l’équipe SIP (Surfaces-Interfaces- Procédés). Ils constituent une contribution dans le domaine du Génie des Matériaux qui est essentiellement dédiée aux dépôts épais issus de poudre projetée en atmosphère neutre ou réactive grâce à l’emploi d’une enceinte multi-procédés de projection plasma CAPS. Cette contribution est portée par l’étude approfondie des microstructures et interfaces céramique/métal obtenues par CAPS, et donc on s’intéresse nécessairement à la maîtrise du procédé de projection plasma en atmosphère contrôlée, notamment pour la maîtrise de la porosité ou de la réactivité in situ. A ce procédé de mise en forme à l’état liquide sont venus s’ajouter d’autres procédés de projection basés sur d’autres modes de transformations de la matière. Ce peut être à l’état solide dans le cas du procédé de projection dynamique par gaz froid ou « cold spray » ou à l’état gazeux dans le cas du procédé EB-PVD. L’ensemble de ces procédés physiques en voie sèche offrent de nombreux modes d’élaboration dont certains encore inexplorés pour la synthèse de revêtements multi-matériaux par apport incrémental de matière. Dans cet exposé des travaux, on passe en revue les différentes voies d’élaboration exploitées pour la mise au point de microstructures « composites » de dépôt et des interfaces hétérogènes substrat/dépôt qui en résultent, plus particulièrement les interfaces céramique/métal. Ceci permet d’introduire une approche architecturée des systèmes de revêtements issus de matière projetée. Après une description générale de la thématique, trois parties sont présentées. La première traite de la mise-en-oeuvre des structures composites par projection thermique par plasma ou à froid par cold spray en fonction de l’atmosphère contrôlée et de la réactivité associée. La seconde partie met en avant les caractéristiques et propriétés des dépôts associées à la nature composite de la microstructure. Enfin, dans la troisième partie, l’aspect adhérence & fissuration est abordé par l’exposé des travaux au sujet du développement de l’essai d’adhérence LASAT (Laser Shock Adhesion Test) appliqué aux dépôts céramiques obtenus par dépôt physique. Dans la première partie, l’accent est mis sur l’effet de la pression en projection plasma CAPS (mode HPPS) dont on résume les conditions opératoires à partir d’expérimentations sans poudre ou avec poudre pour l’obtention de dépôt. On introduit alors les différentes voies d’obtention de dépôts multiphasés à base de céramique selon les transformations subies par la poudre pendant le dépôt en mode neutre ou réactif, par co-projection ou post-traitement d’imprégnation par exemple. La porosité est traitée comme une phase à part entière ce qui permet d’exploiter une approche « composite » pour les dépôts CAPS d’une céramique monophasée poreuse dont on entend exploiter l’architecture du réseau de pores pour les propriétés d’usage. C’est pourquoi dans la seconde partie on aborde les caractéristiques morphologiques des microstructures de dépôts projetés essentiellement au travers de l’étude 2D et 3D de la porosité de dépôts plasma céramiques. L’aspect morphologie 3D (porosité, morphologie de particules déposées) est aussi introduit dans le cas des microstructures de dépôts cold spray qui sont encore peu étudiées actuellement. De ces connaissances de la distribution de la matière, une contribution est donnée sur l’estimation et la mesure des caractéristiques et propriétés mécaniques ou électriques pour les différentes microstructures composites élaborées. La troisième partie est une démonstration de l’essai d’adhérence LASAT appliqué aux dépôts céramiques épais par plasma ou EB-PVD. On décrit en premier les modalités de ce nouvel essai et les retombées avérées et envisagées du diagnostic de la décohésion interfaciale par la « tache blanche ». Ce diagnostic est introductif à un nouveau mode d’essai LASAT : le LASAT-2D fondé sur la mesure du diamètre de décohésion dont on expose dans ce mémoire les derniers développements qui concernent à la fois les aspects expérimentaux et numériques. Ces travaux sur l’adhérence permettent de mieux fonder la notion de conception d’interface ou « design d’interface ». Il s’agit de toutes opérations visant à modifier les caractéristiques morphologiques, physico-chimiques ou mécaniques d’une interface d’un revêtement avant ou après sa réalisation. Ainsi en combinant le « design d’interface » et la mesure de l’adhérence par LASAT, on positionne le projet de recherche qui sera dédié à l’élaboration de systèmes revêtus par voie physique à base de céramique avec tenue mécanique interfaciale améliorée
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Contributeur : Bibliothèque Umr7633 <>
Soumis le : mardi 8 novembre 2016 - 11:50:42
Dernière modification le : jeudi 7 mars 2019 - 17:36:03
Document(s) archivé(s) le : mardi 14 mars 2017 - 23:00:32

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  • HAL Id : tel-01393886, version 1

Citation

Vincent Guipont. Microstructures et interfaces céramique/métal obtenues par dépôt physique : vers une conception architecturée des systèmes revêtus multi-matériaux. Contribution au contrôle des propriétés des dépôts épais à base de céramique. Science des matériaux [cond-mat.mtrl-sci]. Université de Limoges, France, 2013. ⟨tel-01393886⟩

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