L’endommagement des revêtements barrières thermiques expose les composants des turbomachines aux gaz de combustion portés à très haute température. Une barrière thermique capable de s’auto-cicatriser permettrait d’accroitre la durabilité de ces composants. Récemment, il a été proposé d’utiliser des particules de MoSi2 (B), revêtues d’une couche d’alumine, comme agent cicatrisant. L’oxydation de celles-ci après fissuration est susceptible d’entrainer la formation de silice amorphe qui s’écoule dans la fissure puis réagit avec la barrière thermique en zircone yttriée pour former du zircon. Cette étude traite dans un premier temps de l’élaboration par Spark Plasma Sintering (SPS) de composites modèles composés de zircone yttriée et de particules de MoSi2 (B) non revêtues. Les propriétés mécaniques (ténacité, dureté, module d’Young) et thermiques (conductivité thermique, coefficient de dilatation) de ces composites ont été déterminées. Les travaux se sont ensuite orientés vers l’étude du comportement en oxydation cyclique à 1100 °C sous air de ces composites par thermogravimétrie cyclique. La modélisation de l’oxydation de ces composites mais aussi de systèmes multicouches MoSi2(B)/YPSZ modèles a permis de déterminer les mécanismes et les cinétiques de formation de la silice et du zircon. Une augmentation significative des cinétiques de formation de ces oxydes a été observée lorsque le bore est ajouté dans le MoSi2 ce qui peut être potentiellement très bénéfique pour la cicatrisation des fissures. L'utilisation du procédé SPS a permis de réaliser des systèmes barrière auto-cicatrisants sur substrats en superalliages à base de nickel revêtus à partir de zircone yttriée et de particules de MoSi2 (B) revêtues. Ces revêtements présentent une bonne résistance à l’endommagement en cyclage thermique. Les observations post-mortem de ces systèmes mettent en évidence la cicatrisation locale de fissures par formation de silice et de zircon. Toutefois, aucun gain en durée de vie du à l’auto-cicatrisation n’a pu être démontré. |
Damaging of the thermal barrier coatings expose the hot-section metal components to the high-temperature environment of the gas-turbine used for aircraft propulsion and power generation. Hence, a TBC that is capable of autonomic crack repair and structural integrity recovery in a high temperature oxidizing environment is highly desirable. Recently, the use of MoSi2 (B) as healing agent for TBC was proposed. Healing particles intercepted by cracks will oxidize preferentially, leading to the formation of amorphous SiO2, which flows into cracks and subsequently reacts with the TBC leading to the formation of a load bearing ZrSiO4 phase. In this study model composite materials were prepared from mixtures of yttria partially stabilized zirconia (YPSZ) and uncoated MoSi2 (B) particles by using Spark Plasma Sintering (SPS) technique. Mechanical (toughness, hardness, Young modulus) and thermal (conductivity, coefficient of thermal expansion) properties of these materials were determined. Then, cyclic thermogravimetry analysis (CTGA) was used to study the oxidation behavior of these materials at 1100 °C in air. Kinetics of silica and zircon formations were determined through modelling of the oxidation of composite materials but also the oxidation of multi-layer YPSZ/MoSi2(B) materials. Boron addition was shown to significantly increase silica and zircon formation rates which could be very beneficial for the healing. SPS technique was used to prepare self-healing thermal barrier coating on bond coated Ni-based superalloy. Good results were obtained upon thermal cycling and local healing of cracks was observed. |