Étude comparative du comportement tribologique de revêtements frottant à grande vitesse sur un alliage de titane : CoCrAlYSiBN, CuNiIn, et MAO

Comparative study of the tribological behaviour of coatings sliding at high speed on a titanium alloy : CoCrAlYSiBN, CuNiIn, and MAO

• Auteur / Autrice : Mathieu Marquer
• Direction : Pierre Chevrier, Sylvain Philippon, Laurent Faure
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences des matériaux
• Date : Soutenance le 30/11/2017
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : EMMA - Ecole Doctorale Energie - Mécanique - Matériaux
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Etude des Microstructures et de Mécanique des Matériaux (Metz ; 2011-....)
• Jury : Président / Présidente : François Robbe-Valloire
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pierre Chevrier, Sylvain Philippon, Laurent Faure, Rodolphe Bolot, Hamid Zaïdi, Jean-Yves Paris, Sophie Berveiller
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Rodolphe Bolot, Hamid Zaïdi

Mots clés

Mots clés contrôlés

Tribologie (technologie)

Frottement

Titane -- Alliages

Mots clés libres

Frottement

Grande vitesse

Microstructure

Usure

Modélisation du contact

Titane

Ti6Al4V

Revêtement

Projection thermique

MAO

Friction

High speed

Microstructure

Wear

Contact modelization

Titanium

Ti6Al4V

Coating

Thermal spray

MAO

Résumé

Dans le cadre du développement d'un nouveau type de revêtement anodique pour le Ti6Al4V, l'application au pied d'aube de turboréacteur est étudiée. En cas d'impact d'un corps étranger sur l'aube, du frottement sévère peut avoir lieu entre le pied d'aube et le disque de rotor, tous deux en Ti6Al4V. Ces travaux visent à évaluer, en conditions sévères de glissement, le comportement de revêtements de référence (CoCrAlYSiBN et CuNiIn), déjà employés au niveau de ce contact, ainsi que du nouveau revêtement (MAO). Pour cela, un tribomètre spécifique a été conçu et adapté sur un banc balistique, permettant de mesurer les efforts de frottement pendant l'interaction et en déduire le coefficient de frottement moyen. L'évolution du volume usé et de la microstructure en fonction de la vitesse de glissement et de la pression de contact, a été analysée. Ceci a permis de proposer des scénarios de comportement tribologique pour les revêtements. Il a été possible de conclure de ces résultats que le revêtement MAO étudié n'est pas applicable au contact pied d'aube/disque de rotor en conditions sévères. Un modèle thermique intégrant l'abaissement du coefficient de frottement causé par le troisième corps a été développé mais nécessite encore quelques évolutions avant de pouvoir lier les conditions de glissement aux altérations microstructurales engendrées. La comparaison des propriétés thermiques aux résultats précédents a permis de proposer un mécanisme d'action, en fonction de ses propriétés, du revêtement sur les altérations thermiques et mécaniques de la pièce non-revêtue. Ces travaux de thèse ont étés réalisés dans le cadre du Projet MAO de l'IRT M2P et sont le fruit d'une collaboration entre l'IRT M2P, le LEM3, et Safran Aircraft Engines.

As part of the development of a new type of anodic coating for Ti6Al4V, its application to jet engine blades roots is studied. In the event of an impact of a foreign object on the blade, severe friction can occur between the blade root and the rotor disc, both in Ti6Al4V. This work aims to evaluate, under severe sliding conditions, the behaviour of reference coatings (CoCrAlYSiBN and CuNiIn), already applied to this contact, as well as the new coating (MAO). For this purpose, a specific tribometer was designed and adapted on a ballistic test bench, allowing to measure the friction forces during the interaction and to deduce the average friction coefficient. The wear volume and microstructure evolution was sliding speed and contact pressure, was analyzed. This led to propose tribological behaviour scenarios for coatings. From these results, it was possible to conclude that the studied MAO coating is not applicable to the blade foot/rotor disc contact under severe conditions. A thermal model incorporating the reduction of the friction coefficient caused by the third body was developed but still requires some evolutions before the sliding conditions can be linked to the microstructural alterations generated. The comparison of the thermal properties with the previous results has made it possible to propose a mechanism of action, according to its properties, of the coating on the thermal and mechanical alterations of the uncoated part. This thesis work was carried out as part of the MAO Project of IRT M2P and is the result of a collaboration between IRT M2P, LEM3, and Safran Aircraft Engines.