Revêtements de protection à haute température pour applications aéronautiques (2009-2015)
Mise à jour : 5/06/2014
Equipes impliquées
Thème impliquant principalement les équipes MEMO, RTS et NNC
Coordinateurs
Daniel Monceau avec Florence Ansart et Claude Estournès
Bilan 2009-2014
Le CIRIMAT développe et caractérise de nouveaux revêtements pour des applications aéronautiques à haute température. En se chargeant de la formulation, de l’élaboration et de l’évaluation des propriétés de ces systèmes, le CIRIMAT peut développer des solutions innovantes et répondre à une problématique R&D industrielle, depuis l’analyse des sollicitations supportées par le matériau jusqu’au prototypage de systèmes.
Trois familles de revêtements sont actuellement en cours d’étude ou de développement :
- Systèmes de barrières thermiques et environnementales pour aubes et chambres de combustion de turbines à gaz, partie sous-couche et partie céramique isolante ;
- Revêtements abradables, abrasifs et revêtements anti-usure pour hautes températures ;
- Revêtements anti-corrosion et oxydation pour alliages à base de nickel.
L’association des compétences des trois équipes concernées a permis :
- D’optimiser l’élaboration de nouvelles barrières thermiques par voie sol-gel et électrophorèse ainsi que leur mise en forme (dip-coating ou spray-coating) afin d’obtenir de bonnes performances en cyclage thermique et/ou aux agressions environnementales (1 brevet) ;
- De tester la réparation localisée de barrière thermique après endommagement partiel de pièces rebutées, grâce au procédé sol-gel ou par le procédé de frittage flash (2 brevets) ;
- D’élaborer de nouvelles compositions de sous-couches de systèmes barrière thermique de type aluminiure de nickel enrichi en platine et dopé en éléments réactifs ou de type NiCoCrAlY modifiés Pt et/ou Al, voire même de réaliser des systèmes barrière thermique complets en une seule opération grâce à l’élaboration rapide permise par le procédé SPS (Spark Plasma Sintering) : 2 brevets. La réalisation de barrière thermique complète (superalliage/sous-couche métallique/alumine/zircone yttriée poreuse) en une seule étape a été une première mondiale (2 brevets). L’étude des caractéristiques de ses systèmes va continuer à être étudiée ainsi que la possibilité de revêtir des formes de complexité croissante ;
- De tester la durabilité (cyclage thermique, érosion) des nouveaux revêtements élaborés qui ont pu être comparés aux revêtements actuellement utilisés dans l’industrie ;
- De réaliser des composites métal/céramique par mélange de poudres et frittage SPS, avec différents taux de porosité, et de tester leur stabilité thermique et leur réactivité à haute température. Des revêtements de même nature ont été élaborés sur des superalliages de formes simples (pions cylindriques) afin de sélectionner des compositions de revêtements abradables pour anneaux de turbines à gaz. Des revêtements abradables parmi les plus performants ont également été élaborés sur des formes complexes de type secteurs ;
- D’élaborer par Frittage Flash des dépôts ultra-réfractaires denses sur des substrats composites de type barreaux cylindriques, fournis par le partenaire industriel ;
- De réaliser des barrières thermiques auto-cicatrisantes (composites zircone stabilisée à l’yttrine – MoSi2) dans le cadre du projet européen SAMBA du FP7
- De réaliser des « smart TBCs », c’est-à-dire des systèmes barrière thermique multicouches et multifonctions (anti-CMAS, anti-erosion, luminophores - en utilisant la durée de vie de luminescence …), à partir du procédé sol-gel (1 brevet) ou du frittage flash (1 brevet).
Ce travail est réalisé dans le cadre de plusieurs thèses (Justine Fenech, Lisa Pin, Guillaume Pujol, Fabien Blas, Mathieu Boidot, Serge Selezneff, Franck Nozahic), de post docs et d’ingénieurs (Aude Paillassa, Nicolas Ratel (post-doc), Romain Epherre (post-doc), Yannick Beynet (IE)). Il est ou a été financé par divers contrats directs avec nos partenaires industriels (Turboméca, Snecma, Herakles), par des projets soutenus par la DGA et l’ANR inter-Carnot CISBAT (coll. ENSTIMAC-ICA). Les tests d’érosion de barrières thermiques ont été réalisés à l’Université de Cranfield. Des travaux sur les revêtements photoluminescents ont été menés avec succès en collaboration avec l’ICA du site d’Albi et avec STS à l’Imperial College à partir de zircones dopées par des terres rares (Sm, Er, Dy).
