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

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Introduction générale
haute performance mécanique. Ces conditions de service sont caractérisées par de hautes
températures (850°C) et à forte pression d’hélium (70 bars) nécessaires au fonctionnement du
système. .
Notre étude porte sur la protection du circuit métallique dans lequel circule le gaz
caloporteur ; il est constitué de tuyaux de 450 mm de diamètre et d’une cuve cylindrique. Elle
vise à montrer la faisabilité de réaliser par projection plasma un revêtement répondant au
cahier des charges de l’application. La forte pression et les grandes vitesses d’écoulement du
gaz imposent au revêtement utilisé comme protection thermique, d’avoir une forte adhérence
et une forte résistance à l’abrasion par les gaz. De plus, la conception des structures du
réacteur impose de déposer le revêtement sur des surfaces lisses (Ra < 0,5µm) et de faible
épaisseur (de l’ordre du millimètre).
L’objectif de l’étude est donc de réaliser un revêtement relativement épais (de l’ordre
de 500 µm) en céramique, sur un substrat métallique de faible épaisseur et de faible rugosité.
Elle n’abordera pas la réalisation de ces revêtements sur les pièces industrielles non encore
disponibles au moment de l’étude.
La projection par plasma est une des techniques de dépôt potentielle pour réaliser ce
revêtement car elle présente l’avantage de pouvoir travailler sur des pièces de grandes
dimensions et, par ailleurs, elle est déjà largement utilisée pour déposer des dépôts céramiques
utilisés comme barrière thermique en particulier pour les turbines à gaz terrestres et
aéronautiques. Cependant, conventionnellement les revêtements sont déposés sur des surfaces
ayant subi une préparation de surface permettant de leur conférer une certaine rugosité afin
d’améliorer l’adhérence dépôt/substrat.
La problématique a donc été d’établir une procédure de dépôt permettant de réaliser
une couche céramique épaisse sur un substrat mince et lisse en limitant autant que faire se
peut, les phases de préparation de la surface du substrat.
Après différents essais préliminaires, la solution retenue a été de réaliser un
revêtement de zircone yttriée bicouche composée d’une sous-couche nanostructurée déposée
par projection plasma de suspension et d’une couche microstructurée déposée par projection
plasma conventionnelle. La couche nanostructurée doit jouer le rôle d’une sous couche de
liaison entre le substrat lisse et la couche microstructurée. Elle est a priori réalisable sur un
substrat lisse. La couche microstructurée permet d’obtenir un revêtement avec l’épaisseur
désirée. La similitude entre les compositions chimiques des deux couches devrait favoriser
l’adhérence entre les couches par continuité cristallographique.
Dans ce manuscrit de thèse nous présentons les différentes étapes qui ont permis de réaliser ce
dépôt bicouche avec des propriétés répondant au cahier des charges de l’application.
Il est structuré en cinq chapitres :
Le premier chapitre place l’étude dans son contexte. Il présente les réacteurs
nucléaires de génération IV et le principe de fonctionnement du réacteur rapide