rapport d'activités 2003-2008 - RQMP

Revêtements de pointe résistants à l’érosion et à la tribo-corrosion
Chercheurs : Jolanta E. Klemberg-Sapieha et Ludvik Martinu
Collaborateurs : J. Szpunar (U. McGill); F. Gitzhofer (U. Sherbrooke); O. Zabeida (Polytechnique); M. Bielawski (NRC); A. Raveh (Israël)
Étudiants : E. Bousser, S. Hassani, M. Hala, G. Srinivasan, P. Robin, M. Benkahoul, M. Azzi et D. Li
Contact : Jolanta Klemberg-Sapieha; jsapieha@polymtl.ca; www.polymtl.ca/larfis
Notre but est de concevoir, fabriquer et tester de nouveaux matériaux et revêtements nanostructurés
hautement performants. Ces matériaux, aux propriétés mécaniques, tribologiques et de résistance
à la corrosion optimisées, pourront améliorer significativement les performances de systèmes et
composantes trouvés dans des domaines tels : aérospatiale, avionique, automobile, transport, secteur
manufacturier, etc. Une méthodologie basée sur la modélisation par éléments finis, a été développée
pour simuler le comportement des revêtements sous l’impact de particules érosives à leur surface.
86 | RQMP | projets | Propriétés technologiques des matériaux
De bonnes propriétés en érosion sont critiques au fonctionnement
optimal et sécuritaire de pièces de moteurs d’aéronefs
et d’hélicoptères. Les aubes de compresseurs, disques de
moteurs et bords d’attaque de pales d’hélicoptères sont quelques
composantes qui doivent opérer dans des environnements
hostiles. Les alliages de titane ou de nickel ou les aciers
inoxydables sont généralement utilisés dans la fabrication des
aubes de compresseur dû à un rapport résistance-poids élevé
et à une bonne résistance à la fatigue et au fluage. Cependant,
ces matériaux ont le désavantage d’être peu résistants à l’érosion
par impact de particules solides, à l’usure, à la corrosion
et à l’usure de contact, ce qui mène à la détérioration de leur
performance aérodynamique, à la hausse des vibrations et
possiblement à un bris catastrophique.
Grâce à une compréhension accrue des propriétés tribomécaniques
complexes en jeu, notre équipe développe de
nouvelles architectures de revêtements comportant des systèmes
multicouches, à gradient et/ou nanostructurés. Ces systèmes
répondent directement aux besoins industriels par leurs
dureté et module d’Young contrôlés, tout en présentant des
ténacités et adhésion élevées.
Une partie essentielle du projet est la conception et la fabrication
de revêtements composés de couches dures et superdures,
comportant des microstructures amorphes, polycristallines
ou nanocomposites.
Évolution structurale du matériau nanocomposite.
Des couches nanocomposites formées de particules de nitrure,
carbure ou carbo-nitrure métalliques (5-10 nm de diamètre)
enrobées d’une matrice amorphe, présentent des duretés
(H > 40 GPa) et des ténacités élevées. L’implantation de ces
matériaux, est présentement étudiée par le développement
d’architectures multicouches et à gradient, pour les destiner
à des utilisations sur des aubes de compresseur de moteurs
et autres pièces d’hélicoptères et d’avions ainsi que sur des
implants et instruments médicaux.
Un effort particulier est mis sur la conception d’architectures
de revêtements, à l’étude des mécanismes d’érosion et à la
pré diction du comportement du revêtement dans des conditions
d’érosion simulées par la méthode des éléments finis, MEF.
Zone à haute probabilité de formation de fissures.
En effet, nous avons développé et validé un modèle par la MEF
de l’érosion par l’impact d’une seule particule, qui est maintenant
utilisé pour prédire le taux d’érosion de systèmes de
plusieurs couches nanocomposites. La fabrication des revêtements
et les essais comparatifs avec les prédictions par MEF
sont en cours.
Références
• “Quaternary Hard Nanocomposite TiC xN y / SiCN Coatings Prepared by PECVD”,
P. Jedrzejowski, J.E. Klemberg-Sapieha et L. Martinu,
Thin Solid Films 466, 189 (2004).
• “Real-Time In-Situ Growth Study of TiN- and TiCxNy- Based Superhard
Nanocomposite Coatings Using Spectroscopic Ellipsometry”, P. Jedrzejowski,
A. Amassian, E. Bousser, J.E. Klemberg-Sapieha et L. Martinu,
Appl. Phys. Lett. 88, 071915 (2006).