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

Chapitre IV : Développement et optimisation de la sous-couche nanostructurée
Les quatre images obtenues, pour des nombres de Weber relatifs croissants correspondants à
des écoulements plasma de plus en plus rapides, permettent d’observer une densification des
couches lorsque la taille des particules à l’impact diminue. Il apparait également des
particules infondues repérables par des taches blanches, dans les couches obtenues avec les
nombres de Weber relatifs les plus faibles. En contrepartie, la vitesse de croissance des
couches diminue avec l’augmentation du nombre de Weber relatif (cf. Figure D.2-5).
La présence de particules infondues peut s’expliquer par le mode de fragmentation. Dans le
cas d’une rupture en sac, les gouttes mettent plus longtemps à se fragmenter et sont soumises
à un plus grand nombre de fragmentations secondaires successives. Les particules sont donc
trop grosses pour être correctement traitées thermiquement et arrivent sur le substrat dans un
état solide ou partiellement fondu.
La différence de vitesse de croissance, définie comme le rapport entre l’épaisseur déposée par
unité de surface à la quantité de matière injectée, peut s’expliquer par la présence ou l’absence
de ces particules infondues. En effet, si des particules infondues s’immiscent dans le
revêtement, son épaisseur augmente rapidement par l’empilement de ces blocs solides. De
plus, les gouttes de petites tailles sont plus dispersées et une partie se perd avant d’arriver sur
la cible engendrant une diminution de la vitesse de croissance des revêtements réalisés suite à
la fragmentation du liquide en mode catastrophique.
Vitesse de croissance (µm/g/cm 2 )
8
7
6
5
4
3
2
1
0
We = 81
We = 177
30/30, Φ = 8mm 45/45, Φ = 8mm 90/45, Φ = 8mm 45/45, Φ = 6mm
Condition de projection
Figure D.2-5 : Variation de la vitesse de croissance des couches projetées en fonction du
mode de fragmentation du liquide injecté.
D.2.1.1.2. Effet thermique
Pour mieux comprendre l’effet des phénomènes thermiques sur la construction des
revêtements, nous avons comparé deux mélanges plasma utilisés avec le même diamètre de
tuyère (6 mm): le mélange binaire Ar/He avec une enthalpie massique de 13,0 kJ/g et le
mélange ternaire Ar/He/H2 avec une enthalpie massique de 20,5 kJ/g (Tableau D.2-1). Par
ailleurs, l’ajout d’hydrogène augmente les transferts de chaleur plasma/gouttes du fait d’une
meilleure conductivité thermique. La comparaison de la variation du nombre de gouttes en
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We = 330 We = 360