Elaboration de dépôts à gradients de propriétés par projection plasma de suspension de particules submicroniques

Manufacturing of graded layers by suspension plasma spraying of submicronical particles

• Auteur / Autrice : Olivier Tingaud
• Direction : Jean-François Coudert, Thierry Chartier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Procédés Céramiques et Traitements de surface
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Limoges
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire science des procédés céramiques et traitements de surface (Limoges)
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université de Limoges. Faculté des sciences et techniques

Mots clés

Mots clés contrôlés

Couches minces

Cinématique

Projection au plasma

Mots clés libres

Particules submicroniques

Dépôts à gradients

Résumé

La projection plasma de suspension (SPS) de particules submicroniques est une technologie émergente, versatile, qui permet de réaliser des dépôts finement structurés, plus minces que ceux résultant de la projection plasma conventionnelle, et présentant des architectures multiples. Cependant, les différents paramètres contrôlant les propriétés finales du dépôt et, leur interdépendance, ne sont pas encore complètement identifiés. Ainsi, le but de cette étude est, d’une part, de comprendre l’influence des paramètres opératoires sur les mécanismes de construction de dépôts, notamment l’effet des paramètres cinématiques, et, d’autre part, de réaliser des dépôts à gradient de propriétés. Tout d’abord, un banc de projection plasma de suspension a été mis au point, associé à un système de contrôle en ligne. Un modèle théorique simplifié a été utilisé afin de décrire le fonctionnement de la torche plasma et, nous avons entrepris une étude analytique globale sur l’ensemble du procédé, au travers de l’étude des cordons, couplée avec des expériences ciblées. Les différents résultats ont permis d’améliorer notre connaissance du procédé SPS et de déterminer l’influence de certains paramètres clefs. De plus, cette étude a démontré qu’à côté de la criticité des paramètres plasma et d’injection, les paramètres cinématiques étaient aussi déterminants. Enfin, des dépôts aux architectures variées et à gradient de propriétés ont été réalisés et ce, de manière reproductible.

Suspension plasma spraying (SPS) of sub-micrometric-sized particles is an emerging technology, versatile, which allows to manufacture finely structured layers, thinner than those resulting from conventional plasma spraying, showing multiple architectures. However, the different parameters controlling the final properties of the coating, and their interdependence, are not yet completely identified. Thus, the aim of this study is, on the one hand, to understand the influence of operating parameters on the coating manufacturing mechanisms, in particular, the kinematics parameter effects and, on the other hand, to produce graded layers. First of all, a SPS equipment has been developed, associated with an on line control system. A simple theoretical model was used to describe the plasma torch working conditions and, we undertook a global analytic study on whole process, through the bead study, associated with focused experiments. The different results have enabled to improve our knowledge of the SPS process and to determine the influence of some key parameters. Moreover, this study has demonstrated that beside the criticity of the plasma and injection parameters, the kinematics parameters are also determinant. At last, coatings with large varieties of architectures and graded layers are manufactured, in a reproducible way.