Vers une sécurité accrue et un fonctionnement plus économique des turbines à gaz
Il est possible d'accroître sensiblement les performances des turbines à gaz avancées, principalement utilisées comme source d'énergie dans le transport aérien et maritime ou pour la production d'électricité, en augmentant la température des gaz. L'application de revêtements de barrières thermiques (TBC) sur les composants de la turbine principale en superalliage permet d'obtenir ce résultat en garantissant une protection contre la fatigue thermomécanique et l'oxydation. Les revêtements de barrières thermiques se composent d'un isolant suffisamment épais et résistant pour supporter la différence de température minimale requise entre le substrat porteur en superalliage et la couche de finition en céramique. Dans le cadre du projet HIPERCOAT, les scientifiques de l'Université de Californie, Santa Barbara, ont mis l'accent sur les instabilités morphologiques de l'oxyde à croissance thermique (TGO) sur la couche d'accroche en raison des imperfections initiales de l'interface. Ces instabilités apparaissent lorsque l'amplitude de l'aplanarité du TGO s'accroît tandis que le système est soumis à un cyclage thermique avec des taux très élevés de variation de température. Au moyen d'instruments numériques, les chercheurs ont étudié la part des déplacements induits par la déformation plastique et les contraintes de la couche d'accroche, lesquels résultent de l'inadéquation de la dilatation thermique avec le substrat en superalliage. Les résultats analytiques des contraintes planaires ont permis d'obtenir un aperçu inestimable des mécanismes de défaillance régissant les défauts. Ces derniers étant source de fissures se propageant latéralement, ils compromettent l'intégrité du système de barrière thermique multicouche. La compréhension du mécanisme n'est pas totale, toutefois, les recherches se révèlent être une base solide permettant d'identifier les attributs inhérents aux procédés de traitement actuels et de favoriser les efforts d'amélioration de la résistance. Ce travail s'est concentré sur la microstructure et les propriétés des matériaux transformés et traités thermiquement et sera complété par une analyse expérimentale menée dans le cadre d'études de cas industriels. Les conclusions seront probablement utiles pour une gamme plus nombreuse d'applications nécessitant une intégrité structurelle durable dans des conditions difficiles.
