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

Chapitre IV : Développement et optimisation de la sous-couche nanostructurée
Mélange plasma
Ar/He/H2 (Nl/min)
Enthalpie
massique (kW)
Diamètre tuyère
(mm)
Distance de tir
(mm)
45/45/0 45/45/0 45/45/3
13,0 ± 0,8 20,5 ± 1,5
8 6 6
40 40 30 40 50
Dureté (GPa) 1,1 ± 0,3 2,9 ± 0,3 8,7 ± 1,3 6,6 ± 0,8 ?
Module d'Young
(GPa)
28 ± 3 55 ± 4 145 ± 11 108 ± 12 ?
Tableau D.2-3 : Propriétés mécaniques des couches en fonction des modes de
fragmentation du liquide et de l’enthalpie massique du plasma. Injecteur de 250 µm de
diamètre.
La variation des propriétés mécaniques des couches avec les modes de fragmentation du
liquide et l’enthalpie massique du plasma, présente la même tendance que celle de leur
architecture (Figure D.2-4, Figure D.2-7, Figure D.2-9 et Figure D.2-11). En effet, pour une
distance de tir de 40mm, la dureté augmente de 1,1 GPa pour un faible taux de fragmentation
(rupture en sac) à 2,9 GPa pour une atomisation directe (rupture catastrophique) et le module
d’Young augmente de 28 GPa à 55 GPa. Cette évolution semble confirmer l’hypothèse de la
présence de particules infondues dans la structure liée à un traitement incomplet des gouttes.
De plus avec un ajout d’hydrogène au gaz plasmagène, le module d’Young augmente à 108
GPa et la dureté à 6,6 GPa. La cohésion de la couche est favorisée par l’utilisation
d’écoulements plasma avec une forte enthalpie massique. L’atomisation catastrophique du
liquide favorise l’évaporation rapide du solvant et la fusion des particules de zircone traitées
sur un trajet plus long dans l’écoulement.
Comme discuté précédemment (chapitre II, B.4.3.1.3) et présenté sur la Figure B.4-21, le flux
thermique imposé au substrat augmente considérablement pour de faible variation de la
distance de projection lorsque celle-ci reste courte. Le flux imposé à 30 mm permet de
densifier le dépôt et d’améliorer sa cohésion, et ainsi d’atteindre des valeurs de 8,7 GPa en
dureté et 145 GPa pour le module d’Young en comparaison des valeurs de 6,6 GPa et 108
GPa obtenues, respectivement, à une distance de tir de 40 mm.
A une distance de tir de 50 mm, le décollement du dépôt lors de la préparation n’a pu
permettre d’effectuer des mesures des propriétés mécaniques.
Dans la gamme des diamètres d’injecteur utilisés, la quantité de matière présente dans
l’écoulement plasma semble avoir, peu d’influence sur les propriétés mécaniques en tenant
compte des écarts types sur les propriétés mesurées (cf. Tableau D.2-4). Le principal intérêt
d’augmenter le diamètre de l’injecteur est d’augmenter l’épaisseur déposée par passe et donc
de diminuer le temps de projection.
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