Elaboration par projection plasma d'un revêtement céramique sur ...

Chapitre III : Stratégie expérimentale et moyens utilisés au cours de l’étude
C.3. Elaboration des différentes couches de zircone
yttriée par projection plasma
Nous décrivons dans ce paragraphe le dispositif de projection puis la gamme des conditions
opératoires utilisées avec ce dispositif en expliquant son choix.
C.3.1. Descriptif du dispositif de projection
C.3.1.1. Torche de projection
Les revêtements ont été réalisés avec une torche plasma de type F4VB commercialisée par la
société SULZER METCO ; sa puissance électrique maximale est de 55 kW. Il s’agit d’une torche
à cathode chaude dont la thermo-émission électronique s’effectue à partir de la pointe de la
cathode en fusion. La cathode est en tungstène thorié (2% en masse de thorium) et l’anode en
cuivre chémisée avec un anneau de tungstène. L’ensemble cathode-anode est refroidi par une
circulation d’eau déminéralisée avec un débit pouvant varier de 10,5 à 13 l/min.
Le pied d’arc se déplace sur la paroi de l’anode sous les effets conjugués des forces
dynamiques liées à l'écoulement du gaz, aux forces électromagnétiques de Lorentz dues à
l'interaction entre le courant d'arc et le champ magnétique induit par ce courant, et à des effets
thermiques à la paroi. L’usure des électrodes affecte également le déplacement du pied d’arc
et donc la longueur d’arc caractérisée par la tension d’arc. Ce déplacement joue sur l’enthalpie
disponible dans le jet plasma et, donc, sur les champs de vitesse, de température et de
propriétés du jet et les transferts de chaleur et de quantité de mouvement plasma particules.
Pour limiter les effets liés à l’usure des électrodes et, ainsi, assurer une meilleure
reproductibilité des caractéristiques microstructurales des dépôts entre les différents essais, il
a été choisi de remplacer les électrodes par des électrodes neuves lorsque les écarts sur la
valeur moyenne de la tension étaient supérieurs à 2 Volts. Les électrodes neuves sont
« rodées » pendant environ une demi-heure avec les conditions opératoires suivantes : 50
NL/min d’argon et une intensité du courant d’arc de 500A. La tension d’arc moyenne en fin
de « rodage » avec ces conditions est de 37 V. Ce rodage permet d’éviter les chutes de tension
brutales observées lors de la mise en route d’un jeu d’électrodes neuves.
Les différentes conditions de tir de l’étude sont caractérisées macroscopiquement par la
puissance utile Pu et l’enthalpie spécifique ∆Hspé du jet plasma. La puissance utile est définie
comme la différence entre la puissance électrique fournie à la torche et la puissance perdue
par le refroidissement des électrodes :
0
(C–1) P [ W ] = U ⋅ I − m ⋅ c ⋅ ( T − T )
où U est la tension d’arc (V), I l’intensité du courant d’arc (A),
u
- 114 -
eau
p
s
e
0
meau le débit massique d’eau
dans le circuit de refroidissement (kg.s -1 ), cp la chaleur spécifique de l’eau (J.kg -1 .K -1 ), et Te et