Évaluation de l’adhérence et des contraintes résiduelles de revêtements obtenus par projection thermique

Adhesion and residual stress evaluation of thermally sprayed coatings

• Auteur / Autrice : Mousab Hadad
• Direction : Jacky Lesage
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance le 19/11/2010
• Etablissement(s) : Lille 1

Mots clés

Mots clés contrôlés

Essais

Cisaillement (mécanique)

Contraintes résiduelles

Indentation des matériaux

Fissuration

Revêtement de surface

Projection au plasma

Mots clés libres

Perçage incrémental

Interface substrat-revêtement

Résumé

Pour les revêtements obtenus par projection thermique, c'est-à-dire entrant dans la catégorie des revêtements épais, l’adhérence sur le support et les contraintes résiduelles sont les paramètres principaux déterminant leur performance en service. Bien que de nombreuses méthodes aient été essayées pour évaluer l'adhérence, il n'existe pas de test satisfaisant toutes les exigences tant techniques que théoriques nécessaires pour représenter valablement l’adhérence d’un revêtement. L’idée essentielle est de comparer plusieurs méthodes d’essais capables d’aboutir à une ténacité d’interface ou une énergie de fissuration interfaciale représentatives de l’adhérence de revêtements préparés dans des conditions d’élaboration les plus variées possibles. En dehors de l’essai normalisé EN582, l’indentation interfaciale, l’essai de cisaillement et l’indentation Rockwell-C associée à une modélisation par éléments finis ont été utilisés. Les contraintes résiduelles ont été estimées par l’essai de courbure, le perçage incrémental et par une méthode indirecte à partir des résultats de l’indentation interfaciale. Pour les revêtements métalliques, on observe une corrélation quasi-linéaire entre les ténacités d’interface obtenues par indentation interfaciale et par cisaillement. Ce résultat, très nouveau, est très important, car le fait que les deux essais donnent des résultats parfaitement cohérents et fiables, montre leur pertinence pour évaluer l'adhérence. Enfin, le traitement de recuit, en permettant l’établissement d’un nouvel état de contraintes à l’intérieur du revêtement et du substrat, a permis de quantifier l’influence des contraintes résiduelles sur l’adhérence.

For thermal sprayed coatings that are characterized by thick coatings, the adhesion to the substrate and residual stresses are the main parameters determining their performance in service. Although many methods have been tried to assess adhesion, there is no test, nowadays, that satisfies all requirements, both technical and theoretical, necessary to properly represent the adhesion of a coating on its substrate. The essential idea here is to compare several test methods capable of delivering an interface toughness or interfacial fracture energy representative of the adhesion of coatings. Various conditions of spraying as well as different materials and substrates were used. Apart from the EN582 standard test, indentation interfacial, in-plane shear and C-Rockwell indentation associated with a finite element modeling were used. The residual stresses were estimated using the curvature bending, the incremental hole drilling and the indirect method based on the results of the interfacial indentation. We show that the methods of interfacial indentation and in-plane tensile tests provide the best prospects in terms of consistency and reliability of the physical quantities obtained. For example, for metallic coatings, a quasi-linear correlation was found between the results of the interface indentation and the in-plane tensile tests. This result is very important since both tests provide fully consistent and reliable results, thus demonstrating their relevance to assess adhesion. Finally, the annealing process, allowing the establishment of a new state of residual stress within the coating and substrate, was used to analyze the influence of residual stresses on adhesion.