Recherche de matériaux pour des revêtements permettant d'allonger la durée de vie des moteurs
Les superalliages à base de nickel ont contribué de manière significative à la capacité des moteurs modernes à turbine à gaz à fonctionner à des fractions élevées de leur température de fusion et à supporter des contraintes mécaniques importantes. L'addition de revêtements d'isolation thermique (TBC) a encore augmenté la capacité des superalliages à subir des expositions prolongées et répétées aux environnements d'exploitation corrosifs et à température élevée. Les TBC comportent des céramiques de pointe comme les zircones stabilisés à l'oxyde d'yttrium, qui présentent une conductivité thermique très faible et constituent un revêtement d'ancrage qui assure la protection de la surface métallique sous-jacente contre l'oxydation et la corrosion. Le travail de recherche dans le cadre du projet HIPERCOAT visait à étudier les améliorations potentielles de la capacité thermique des couches de revêtement d'ancrage au ruthénium, en définissant un processus de fabrication approprié. L'évolution microstructurelle de couches de revêtement d'ancrage modifiées au ruthénium et au platine a été étudiée en détail aux différentes étapes du processus de revêtement. Une base scientifique a été développée pour guider l'évolution des matériaux pour revêtements d'ancrage et pour évaluer leur potentiel. Par l'interdiffusion en phase vapeur de l'aluminium et du nickel du substrat, les chercheurs de l'université du Michigan ont produit des couches d'alliage enrichies en ruthénium et en aluminium. Une série d'expériences de couple de diffusion ont indiqué que la disposition des couches dépendait du processus, où les revêtements d'ancrage contenant une faible concentration de ruthénium produisaient une couche extérieure NiAl avec une couche intérieure RuAl. Pour pouvoir personnaliser les propriétés des revêtements à barrière thermique en évolution permanente, il est nécessaire de disposer d'informations supplémentaires concernant la stabilité de phase et les caractéristiques de diffusion des additions de ruthénium aux superalliages monocristallins à base de nickel. La modélisation exhaustive de l'évolution des contraintes et autres mécanismes de déformation au sein de ces structures multicouches durant les cycles thermiques, constituera un élément intégral de la prévision de la durée de vie d'un système de revêtement.