Elaboration de revêtements multifonctionnels par projection plasma de suspensions pour des applications aéronautiques

Elaboration of multifunctional coatings by suspension plasma spray for aeronautical applications

• Auteur / Autrice : Maxence Gombault
• Direction : Christophe Chazelas, Simon Goutier, Julien Escobar
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux céramiques et traitements de surface
• Date : Soutenance le 16/03/2022
• Etablissement(s) : Limoges
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences et ingénierie des matériaux, mécanique, énergétique (Poitiers ; 2018-2022)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche sur les CERamiques
• Jury : Président / Présidente : Francis Rebillat
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christophe Chazelas, Simon Goutier, Julien Escobar, Armelle Vardelle, Alain Denoirjean
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Vincent Guipont, Frédéric Rousseau

Mots clés

Mots clés contrôlés

Résistance des matériaux

Projection au plasma

Mots clés libres

Suspensions

Alumine-dioxyde de titane

Anti-érosion

Glaciophobie

Diagnostic

Aéronautique

Plasma spray

Suspensions

Alumina-titania

Anti-erosion

Icephobicity

Diagnostic

Aerospace

Résumé

Dans le domaine de l’aéronautique, les pièces extérieures des aéronefs sont soumises à de fortes contraintes d’érosion, mais aussi à de l’accrétion de glace. Une solution potentielle pour les protéger de l’érosion et de la glace est un revêtement céramique. Ce dernier peut être appliqué par projection plasma de poudres (procédé conventionnel) ou de suspensions (particules sub-micrométriques dans un solvant). Si la première technique conduit à des revêtements avec une microstructure lamellaire, la seconde permet une grande variété de microstructures plus fines. Ces travaux portent sur la tenue à l’érosion et à la glace de revêtements d’Al2O3-TiO2 élaborés par projection plasma de suspensions (SPS) sur des substrats en alliage de titane. Des essais standardisés sont utilisés à savoir le test des 10 000 impacts de gouttes d’eau (PJET) permettant de caractériser l’érosion par particules liquides ainsi que le test par pulvérisation de sable (ASTM G76) pour caractériser l’érosion par particules solides. Les propriétés glaciophobes sont, quant à elles, caractérisées en mesurant la force d’arrachage de la glace préalablement formée sur les revêtements. Le procédé SPS est en parallèle étudié en profondeur à travers des outils de diagnostic avancés permettant de collecter les particules en vol et les lamelles afin d’établir un lien de causalité avec la construction et la composition des dépôts. Ces travaux ont été réalisés dans le cadre du projet FREEzING piloté par l’IRT Saint-Exupéry, en collaboration avec SAFRAN, AIRBUS, LIEBHERR et le soutien de l’ANR.

In aerospace, the exterior parts of aircrafts are subjected to strong erosion stresses, but also to ice accretion. One potential solution to protect them from erosion and ice is a ceramic coating. The latter can be applied by plasma spray of powders (conventional process) or suspensions (submicron particles in a solvent). If the first technique leads to coatings with a lamellar microstructure, the second allows a wide variety of finer microstructures. This work focuses on the erosion and ice resistance of Al2O3-TiO2 coatings made by suspension plasma spray (SPS) on titanium alloy substrates. The latter were tested by using a 10 000-impact standardized rain erosion test (PJET) and solid particle impingement test (ASTM G76). Icephobic properties are characterized by measuring the pulling force of the ice previously formed on the coatings. In parallel, SPS process is deeply studied through advanced diagnostic tools allowing collection of in-flight particles and splats to establish a causal link with growth conditions and phase composition of the coatings. This work is funding by the ANR, SAFRAN, AIRBUS, LIEBHERR and performed in the frame of the FREEzING project led by IRT Saint-Exupéry.