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

Chapitre III : Stratégie expérimentale et moyens utilisés au cours de l’étude
La combinaison entre les paramètres de projection (notamment la distance relative torchesubstrat)
et les hautes températures du milieu plasma peuvent entraîner un fort échauffement
des échantillons voire même leur destruction. Pour contrôler la température du substrat, un
dispositif de refroidissement cryogénique a été utilisé. Deux buses d’atomisation
cryogéniques, placées à 90° par rapport à l’axe de la torche, pulvérisent sous forme de fines
gouttelettes un jet de CO2 liquide (T = -20 °C) à haute pression (entre 2 et 3 MPa)
correspondant à un débit pouvant varier entre 12,7.10 -4 et 15,5.10 -4 l/s. Les pressions du gaz
d’atomisation et du liquide sont ajustées selon les conditions de projection pour atteindre un
équilibre entre les différentes sources thermiques (plasma, particules, cryogénie) aux
alentours de la température désirée.
Avant projection, les substrats sont préchauffés à la température souhaitée grâce à plusieurs
passages de la torche plasma devant le substrat. Afin de contrôler l’oxydation potentielle des
substrats lors du préchauffage, un même temps de préchauffage est appliqué d’un essai à
l’autre pour une température donnée. Lors d’une modification des paramètres de projection,
l’enthalpie du mélange plasma est ajustée afin de respecter ce temps.
C.3.2. Conditions de projection
Ce paragraphe porte sur les conditions de projection utilisées pour la réalisation des couches
soit à partir de suspensions soit à partir de poudre dont les particules sont de taille
micrométrique. .
Pour la projection de suspension, nous avons choisi dans un premier temps de travailler avec
un mélange de gaz plasmagène binaire Ar-He, qui est caractérisé par une tension d’arc
évoluant temporellement sous forme sinusoïdale (mode « take-over ») [33] avec des
fluctuations relativement faibles. Ces conditions aident à, d’homogénéiser le traitement
thermocinétique du jet de liquide dans le jet de plasma, tant pour sa fragmentation que pour
l’évaporation du solvant et la fusion des nanoparticules. Nous avons ensuite évolué vers des
mélange de gaz plasmagènes ternaire Ar-He-H2 afin d’améliorer les transferts de chaleur et de
quantité de mouvement; ils correspondant cependant à des jets légèrement moins stables.
Le choix final des paramètres de projection a été effectué à partir (i) de l’observation de
l’architecture des revêtements par microscopie électronique à balayage, celle-ci devant être la
plus homogène possible et (ii) de la mesure des propriétés mécaniques de la couche, mesurées
essentiellement par une technique de nano-indentation.
Pour la projection des particules de poudre de taille micrométrique, le choix des paramètres
de projection s’est appuyé sur la stratégie développée par V. Debout (2007) [44].
- 117 -