Caractérisation physico-chimique d'un revêtement de protection anti-oxydation multi-composants pour freins d'avions en composites C/C

Physico-chemical characterization of an anti-oxidation multi-components protective coating for aircraft brakes in C/C composites

• Auteur / Autrice : Aline Gatoux
• Direction : Lionel Montagne, Grégory Tricot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Molécules et matière condensée
• Date : Soutenance le 13/12/2013
• Etablissement(s) : Lille 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement (Lille ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : UCCS - Unité de Catalyse et Chimie du Solide

Mots clés

Mots clés contrôlés

Durée de vie (ingénierie)

Matériaux

Freins

Avions

Réactivité (chimie)

Spectroscopie de la résonance magnétique nucléaire

Phosphates

Borures

Protection

Oxydation

Composites à fibres de carbone

Revêtements protecteurs

Mots clés libres

Borosilicates

Résumé

Ce manuscrit présente les travaux réalisés sur l’évolution physico-chimique d’un revêtement protecteur développé par la société Messier-Bugatti-Dowty. Ce revêtement est utilisé pour protéger de l’oxydation des freins d’avions en matériaux composites C/C. La protection développée est de type multi-couches et résulte de l’association entre les différents éléments que sont : (i) une solution de phosphate métallique, (ii) un verre borosilicaté, (iii) une solution de silice colloïdale et (iv) un borure métallique. Si la formulation donne de très bons résultats en anti-oxydation, il existe peu d’information sur l’évolution physico-chimique des constituants et sur leurs interactions. Le travail de thèse a donc consisté en une caractérisation multi-techniques (DRX, RMN des solides, microscopie, TOF-SIMS) de systèmes simulant le revêtement. Les premières études ont été réalisées sur un système simplifié puis l’impact de chaque constituant a été mis en évidence en le complexifiant progressivement pour aboutir à la formulation complète. L’ensemble des résultats a permis de confirmer le rôle de chaque constituant dans la formulation, de caractériser le vieillissement de la protection en température et en présence d’eau et a également apporté de nouvelles informations sur la réactivité entre les différents constituants. Les conclusions de cette étude physico-chimique délimitent les avantages et limitations de la protection et nous proposons quelques pistes d’améliorations pour le revêtement.

The manuscript presents our work on the physico-chemical evolution of a protective coating developed by the Messier-Bugatti-Dowty company. This coatong is used to protect aircraft brakes against oxidation, and they are manufactured from C/Ccomposites. The developed protection is multi-layer type and is based on the association between different elements: (i) a metal phosphate solution, (ii) a borosilicate glass, (iii) a solution of colloidal silica and (iv) a metal boride. If the formulation gives very good results as anto-oxidationcoating, there is little information on the physico-chemical evolution of its components and their interactions. The thesis work has consisted of a multi-technique characterization (XRD, solid-state NMR, microscopy, TOF-SIMS) of systems simulating the coating. The first studies were carried out on anextremely simplified system and the impact of each component has been highlighted by adding each component separately, leading finally to the complete formulation. The overall results confirmed the role of each component in the formulation. We characterized the aging of the protection with the temperature and in the presence of water, which provided new information on the reactivity between the various components. This physicochemical study enabled to define the advantages and limitations of the protection, and we could propose new improvements to enhance the efficiency of the coating.