Dépôts partiellement nanostructurés par projection plasma conventionnelle et forte puissance de zircone yttriée

Partially stabilized zirconia nanostructured deposits obtained by conventional and high power plasma spray

• Auteur / Autrice : Nicolas Noël
• Direction : Pierre Fauchais, Michel Vardelle
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Limoges
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université de Limoges. Faculté des sciences et techniques

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matériaux nanostructurés

Zircone -- Couches minces

Projection au plasma

Mots clés libres

Plazjet

Barrières thermiques

Projections thermiques

Résumé

Lors d’une projection thermique de zircone partiellement stabilisée de type Nanox (particules micrométrique faites de nanoparticules agglomérées), il est difficile de conserver la nanostructure. Cela ne peut être réalisé que lorsque les plus grosses particules sont fondues en périphérie alors que les plus petites le sont totalement formant un liant entre les parties infondues nanostructurées. C’est pourquoi les temps de résidence des particules projetées, le coefficient de transfert thermique entre le plasma et les particules, les profils de température du plasma et les vitesses d’impact des particules doivent être soigneusement contrôlées pour pouvoir obtenir des dépôts présentant une distribution bimodale de structures nano et micrométriques ainsi qu’une tenue mécanique adéquate. Des projections thermiques ont été effectuées au moyen de torches PT-F4 et Plazjet (tuyères Conique et Step). Les paramètres de fonctionnement ont été optimisés via modélisation du traitement thermique des particules et caractérisation (module de Weibull de la dureté, microscopie électronique et optique) des dépôts. Avec la torche PT-F4, la nanostructure ne représente au mieux que 20 % du volume des dépôts alors que la Plazjet équipée d’une tuyère conique permet d’atteindre 40 % de nanostructure avec une meilleure tenue mécanique.

When spraying partially stabilized zirconia micrometric particles made of agglomerated nanoparticles (Nanox), it is difficult to keep the nanostructure. This can be achieved only if the big particles are melted only at their periphery while the small are completely melted to make the “cement” between the unmelted nanostrutured cores. Thus the residence time of the particle, the heat transfer coefficient between plasma and particles, the plasma temperatures and the particle impact velocity have to be carefully controlled to achieve coatings with bimodal distribution of nano and micrometric structures and a sufficient mechanical resistance. Spraying has been performed with PT-F4 and Plazjet (equipped with Conical or Step anode nozzle) torches. The working parameters have been optimized though modelling of the heat treatment of particles and characterization (hardness Weibull modulus and Scanning Electron Microscope or Optical Microscope) of coatings. With the PT-F4 torch the nanostructure represents at the best 20 % of the coating volume while with the Plazjet equipped with the conical nozzle nanostructure can reach 40 % with a better mechanical resistance than that obtained with the PT-F4 with 20 % nanostructure.