Comparaison de revêtements fabriqués par projection plasma de suspensions avec deux configurations de torche (classique et à cascades) et deux types d’injecteur (mécanique et atomiseur)
Résumé :
Cette étude examine l’effet de la projection plasma en suspension (SPS) sur la microstructure, la porosité et les performances thermiques des revêtements YSZ. Deux types de torches plasma soufflé ont été utilisés : la
torche ProPlasma et la torche Cascade, chacune étant couplée à deux modes d’injection différents : un injecteur mécanique et un atomiseur à double fluide. L’objectif de cette recherche est d’analyser l’influence combinée du type de torche et du mode d’injection sur le comportement des gouttelettes dans le jet plasma, sur les caractéristiques structurelles du revêtement déposé ainsi que sur ses performances en service. Un programme expérimental complet a été mené, intégrant des techniques de diagnostic in situ (SprayCam et AccuraSpray) pour observer et mesurer les caractéristiques des gouttelettes en suspension dans le plasma permettant de définir les pressions d’injection optimales pour chaque couple Torche/Injecteur.
Des différences significatives au niveau de la morphologie des revêtements YSZ, de leur microstructure et de leurs propriétés ont été trouvées en fonction des conditions opératoires. Par ailleurs, l’influence de cinq paramètres clés du procédé a été étudiée de manière systématique : la charge massique de la suspension, la distance de projection, la puissance du plasma, le pas de projection et la rugosité du substrat sur la porosité du revêtement. À partir des données expérimentales, des modèles prédictifs de la porosité des revêtements ont été élaborés en utilisant la méthode des surfaces de réponse (RSM) et les réseaux de neurones artificiels (ANN). Enfin, des essais de cyclages thermiques (à 1150 °C) ont révélé que la microstructure joue un rôle déterminant dans le comportement à haute température : les fissures verticales traversantes favorisent la diffusion de l’oxygène vers le substrat, induisant la formation de phases spinelles à la périphérie de la couche d’oxyde de croissance (TGO), qui tend à accélérer la défaillance du revêtement.
Ce travail propose ainsi une méthode généralisable d’optimisation du procédé SPS, en s’appuyant sur une analyse numérique pour établir les relations entre les paramètres de procédé, la microstructure du revêtement et sa porosité. La construction de modèles prédictifs fournit un soutien théorique et une base de données utiles pour la conception de revêtements de type TBC.