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

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Chapitre IV : Développement et optimisation de la sous-couche nanostructurée Diminuer la rugosité de surface des échantillons bruts permet d'’améliorer l’adhérence de la couche. Cette observation incite à penser que l’adhérence d’origine mécanique ne joue pas un rôle essentiel. Il faut aussi noter que le polissage du substrat permet d’éliminer en très grande partie si pas en totalité les polluants potentiels présents dans la couche de laminage. La cohésion de la couche est également modifiée (cf. Tableau D.3-5) par le polissage. Les irrégularités de la surface du substrat ont, quelle que soit leur échelle, une influence sur l’ensemble de la structure des couches. Il est donc nécessaire pour améliorer l’adhérence des revêtements nanostructurés obtenus par projection de suspension d’utiliser des substrats les plus propres possibles avec un minimum d’imperfection de surface. Rugosité du substrat brut poli Σadh (MPa) 1390 ± 210 2280 ± 280 Σcoh (MPa) 2340 ± 180 3130 ± 600 Tableau D.3-5 : Contraintes caractéristiques de l’adhérence et de la cohésion du revêtement en fonction de la rugosité de surface du substrat. D.3.3.6. Conclusion Cette série d’essais permet de tirer des conclusions sur des paramètres du procédé de dépôt de revêtements nanostructurés par projection de suspension. Les principales conclusions sont les suivantes : Les caractéristiques du lot de poudre utilisée (répartition granulométrique, ….) doivent être vérifiées, Le taux de charge de la suspension doit être faible (6% dans nos conditions) pour obtenir un revêtement cohésif possédant une adhérence maximale La rugosité de la surface du substrat doit être faible pour assurer une construction homogène de la couche et sa surface aussi propre que possible pour améliorer son adhérence. Le substrat doit être porté à une température au moins égale à celle de transition du couple de matériaux utilisés. Le mode de réalisation de la couche et son épaisseur n’ont qu’un effet limité lorsque qu’un refroidissement cryogénique adapté est utilisé. Il en serait certainement tout autre sans ce type de refroidissement. - 188 -
Chapitre IV : Développement et optimisation de la sous-couche nanostructurée D.4. Compréhension des mécanismes d’adhérence L’étude bibliographique (cf. chapitre II (B.5)) a rappelé les différents mécanismes d’adhérence qui peuvent intervenir pour des revêtements réalisés par projection plasma. Pour identifier ceux rentrant en jeu lors de la projection de suspension de zircone yttriée sur un substrat Haynes ® 230, plusieurs tests ont été menés. D.4.1. Evolution de la surface lors du préchauffage Comme nous avons pu le voir précédemment, le préchauffage des substrats influence la qualité de l’adhérence du revêtement qui s’améliore au-delà de la température de transition. Plusieurs explications ont été données pour cette température de transition : désorption des absorbats et condensats, modification de la mouillabilité goutte/substrat. Cedelle et al. (2006) [154] ont montré que l’oxydation très superficielle du substrat (quelques nanomètres) à cette température modifierait sa topographie de surface en créant une rugosité à l’échelle nanométrique qui favoriserait l’étalement des gouttes à l’impact. Pour comprendre l’influence du préchauffage sur la surface du substrat, deux types de caractérisation ont été menés : une observation par AFM pour étudier l’évolution de la topographie de surface, une analyse par XPS pour obtenir des informations sur la composition chimique de la surface et son éventuelle évolution. D.4.1.1. Etude AFM L’étude AFM a porté sur des substrats Haynes ® 230 polis (Ra, de l’ordre de 0,02 µm) utilisés à la température ambiante ou chauffés à 400°C et 850°C. Les résultats sont présentés sur la Figure D.4-1. Pour une température de préchauffage de 400°C, température de transition du couple Haynes 230/zircone, une modification de la topographie de surface est observable. Cependant, les paramètres de rugosité, Ra et Sk, ne varient que légèrement (cf. Tableau D.4-1). - 189 -
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