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

Chapitre II : Réalisation d’un dépôt céramique par projection plasma – Revue bibliographique
dans un plasma thermique des nano ou micro particules en suspension grâce à un liquide
porteur. Les revêtements présentent alors une structuration à l’échelle submicronique. Des
travaux antérieurs [26], [27] ont montré que ce type de dépôt ne semblait pas nécessiter de
préparation spécifique de la surface pour obtenir l’adhérence de la couche. Cependant, cette
remarque doit être pondérée car cela ne se vérifie que pour des couches d’épaisseur faible (<
100 µm).
La réalisation d’un revêtement céramique épais (de l’ordre de 500 µm) comme protection
thermique sur un substrat lisse et mince (1 mm d’épaisseur) requière une procédure
spécifique. Pour la mettre au point, le procédé ne peut être géré comme une « boite noire » et
il est nécessaire de comprendre et si possible contrôler le comportement des particules depuis
leur injection dans le jet de plasma jusqu’à leur impact sur le substrat et leur empilement pour
former le revêtement. Cette compréhension repose sur la connaissance du fonctionnement de
la torche plasma, de l’interaction des particules et des gouttes avec le jet de plasma puis avec
le substrat, et enfin des phénomènes physiques et mécaniques régissant l’empilement des
particules et la formation du revêtement.
Dans ce chapitre nous développons les points qui nous ont parus essentiels à maitriser pour
développer la procédure de dépôt. Ainsi, la première partie s’intéresse aux modes de
fonctionnement de la torche plasma, de la génération de l’arc électrique jusqu’à
l’établissement de l’écoulement plasma, et à l’influence des paramètres opératoires sur son
fonctionnement. La deuxième partie porte sur la préparation d’une surface avant dépôt. Enfin,
la dernière partie est consacrée à la réalisation d’un revêtement par projection plasma, par la
voie classique, c'est-à-dire en injectant une poudre dans le jet de plasma ou en injectant une
suspension ; elle traite de l’interaction plasma-particules ou plasma-liquide ainsi que de
l’impact des particules sur le substrat et la formation du dépôt.
De nombreuses études et revues bibliographiques ont déjà traités ces sujets, aussi nous nous
limiterons à mettre en avant les points clefs en se référant aux travaux de la littérature.
B.2. Principe de fonctionnement de la torche
Afin de maitriser les propriétés du revêtement, qui sont directement liées à l’architecture de la
couche et donc à l’empilement des particules, il est nécessaire de maitriser le traitement de ces
dernières dans l’écoulement plasma. Ce traitement dépend, outre des conditions d’injection,
des propriétés thermiques (température et conductivité thermique) et dynamiques (viscosité et
vitesse) du jet de plasma.
Une torche à plasma d’arc soufflé permet de produire un flux fortement enthalpique (densité
d’énergie : 10 6 - 10 7 J/m 3 ) grâce à la dissipation par effet Joule dans un flux gazeux de
l’énergie fournie par un arc électrique. En effet, lorsque l’arc électrique s’établit entre la
cathode et l’anode concentrique servant de tuyère, une partie de son énergie est transférée à
l’écoulement gazeux et permet l’ionisation partielle du gaz (densité électronique > 10 22 m -3 ) et
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