Des barrières thermiques pour une meilleure gestion de la chaleur
Les revêtements de barrières thermiques (TBC) protègent les surfaces métalliques des composants de turbo-moteurs à gaz avancés contre les gaz haute température. Il existe plusieurs configurations (bicouche ou multicouche) composées de céramique avancée, un matériau affichant une conductance thermique extrêmement faible, ainsi que d'une «couche d'accroche» entre la céramique et le métal sous-jacent. La couche d'accroche protège le substrat en superalliage de l'oxydation et de la corrosion à haute température. L'oxydation de l'aluminium contenu dans la couche d'accroche donne naissance à de l'oxyde à croissance thermique (TGO). La zircone stabilisée à l'oxyde d'yttrium (Yittria stabilised zirconia-YSZ) est utilisée comme couche d'isolation. Elle est déposée via des procédés de projection au plasma et de dépôt physique en phase vapeur par faisceau d'électrons (EBPVD). En raison de leur point de fusion élevé, de leur faible conductance thermique, de leur excellente stabilité en phase haute température et de leur bonne résistance au trempage, le zirconate lanthanide et les zirconiums co-dopés viennent désormais remplacer la YSZ. Les membres du groupe de recherche interdisciplinaire HIPERCOAT ont rassemblé leurs forces pour mettre en lumière les mécanismes complexes et la dynamique de ces matériaux en cherchant à améliorer la résistance à l'érosion et la stabilité de la microstructure. La spallation (disparition du revêtement) constitue un mécanisme de défaillance courant des TBC et se manifeste après un nombre critique de cycles thermiques sous l'effet de la contrainte thermique, de l'érosion et/ou de la corrosion. Les défauts résultant de la spallation apparaissent souvent par propagation des fissures au niveau de l'interface TGO/TBC ou directement au-dessus de cette dernière. Dès lors, une couche intermédiaire à base de YSZ d'une épaisseur de 50 µm a été insérée entre un nouveau matériau TBC et le TGO. Celle-ci agit efficacement à la manière d'une barrière de diffusion à partir de 1 200 °C. La microscopie électronique analytique à transmission n'a révélé aucune interdiffusion en volume ou en limite entre les nouveaux matériaux TBC à base de zirconate lanthanide et le TGO. Par ailleurs, le zirconate croît de manière épitaxiale sur les colonnes de YSZ, à partir du dépôt EBPVD, et ne provoque aucune perturbation au niveau de la microstructure. L'intégrité de la surface laisse présager de sa résistance au cyclage thermique. Le projet HIPERCOAT est à l'origine d'avancées scientifiques en matière de revêtements haute température multifonctionnels et ouvre ainsi la voie vers d'autres évolutions dans ce domaine. Les applications sont multiples dans le secteur industriel.
