Influence d'une sous-couche d'accrochage NiCrAl sur l'état de contraintes dans un dépôt d'alumine plasma sur éprouvette cylindrique en acier

Influence of a NiCrAl underlayer on the state of stress in alumina plasma deposits on a cylindrical steel specimen

¹ Laboratoire SDM, Université de Reims Champagne-Ardenne, 08000 Charleville-Mézières
² Laboratoire LLB, CEN de Saclay, 91191 Gif sur Yvette

Résumé

Les dépôts céramiques obtenus par projection plasma prennent actuellement une importance de plus en plus grande dans les industries mécaniques en raison de leur comportement à haute température et de leurs caractéristiques mécaniques spécifiques. L'inconvénient majeur de ces revêtements reste leur fragilité extrême due à l'absence de toute déformation plastique et la présence de la porosité et de la micro-fissuration.

Lors de l'élaboration des dépôts plasma, des contraintes résiduelles apparaissent dans le revêtement et au niveau de l'interface dépôt/ substrat. Ces contraintes, dues essentiellement à la différence de propriétés thermique et mécanique des deux matériaux, peuvent augmenter par réalisation de chocs thermiques et provoquer une dégradation rapide de la céramique. La présence d'une sous-couche d'accrochage, entre le dépôt et le substrat, ayant des caractéristiques thermiques et mécaniques intermédiaires permet de diminuer les valeurs de ces contraintes résiduelles.

La caractérisation des dépôts d'alumine obtenus par torche plasma par la méthode de diffraction des neutrons a fait le principal objet de ce travail. Cette technique permet de contrôler, en volume et de façon non destructive, la microstructure et l'état des contraintes dans ce type de revêtement. Nous avons étudié l'influence d'un cyclage thermique et de la présence d'une sous-couche de liaison sur la répartition des contraintes résiduelles dans le dépôt, dans le substrat et à l'interface des deux matériaux. Nous avons utilisé pour les mesures des contraintes différentes techniques complémentaires: la diffraction des neutrons, la diffraction des rayons X et la méthode du trou incrémentale.

Abstract

Our study consisted in characterizing the microstructure and the state of stress in the alumina deposits achieved by projecting plasma on the Z38CDV5 steel, and in the influence of heat cycling, with or without an NiCrAl under-layer between the two materials. We have used various complementary techniques: neutron diffraction, X-ray diffraction, the increment hole-drilling method and the finite element method. The study of the microstructure of the alumina plasma deposits was realized through neutron diffraction and X-ray diffraction.

The experimental values of the both steel and alumina elasticity factors obtained through four point bending are compared to those obtained from the theoretical models of Voigt, Reuss, Kröner and Eshelby. The increment hole-drilling method enabled the determination of the order of stress according to depth in the alumina deposits, in the NiCrAl underlayer, in the steel and at the interfaces. The passing from the state of deformation - recorded thanks to extensometry gauges - to the state of stress of the removed layer is secured by calibration coefficients calculated according to the finite element method.