Evolution du système barrière thermique AM1/(Ni,Pt)Al/YPSZ en conditions de fatigue thermo-mécanique

Résumé de la thèse en français

Pour modéliser la durée de vie à écaillage des systèmes de revêtement barrière thermique actuellement utilisés, l'identification robuste de l'évolution de l'endommagement est un élément clé. Dans cette étude, une méthodologie expérimentale innovante est utilisée. Elle consiste à introduire par choc laser des zones de décohésion dont la taille et la localisation sont connues sur des échantillons du système de l'étude AM1/(Ni,Pt)Al/YSZ-EBPVD, et à suivre l'évolution du délaminage progressif associé aux défauts introduits, dans des conditions de fatigue thermique, de fatigue thermo-mécanique, et de fatigue thermique à gradient au banc à flamme. Ce faisant, les modes de ruine relatifs aux différentes conditions de chargement sont identifiés, et les évolutions des phénomènes de cloquage et de délaminage associés aux décohésions d'interface sont caractérisées. Une deuxième partie est consacrée à la modélisation numérique explicite du système barrière thermique multicouche combinant à la fois le défaut d'interface à l'échelle macroscopique et une description de l'endommagement à l'échelle microscopique, en vue de rendre compte des mécanismes d'évolution de l'état mécanique du blister en conditions d'essais. Ainsi ces travaux mettent en évidence les forces motrices de l'endommagement d'interface dans le cas d'un délaminage couplé au flambage.

Résumé de la thèse en anglais

To model life to spallation of currently used Thermal Barrier Coating (TBC) systems, the robust identification of damage evolution is a key issue. In this work, an innovative experimental methodology is used. It consists in introducing artificial interfacial debonded areas known in size and localization by laser shock on AM1/(Ni,Pt)Al/YSZ-EBPVD specimens, and monitoring related progressive delamination, under thermal fatigue, thermo-mechanical fatigue conditions, and under thermal gradient cycling on burner rig. Macroscopic damage mechanisms related to each loading condition are identified, and progressive evolutions of buckling and delamination associated to initially processed blisters are assessed. A second part is dedicated to finite element numerical modeling of the multi-layered thermal barrier coating system, accounting for both explicit modeling of the blister on a macroscopic scale, and for damage mechanisms modeling on microscopic scale, in order to account for the evolution of the mechanical state of the blister under test conditions. Thus, this work highlights the driving forces of interface damage in the case buckling driven delamination.

 

 

Date de soutenance : mardi 6 décembre 2022 à 14h00
Adresse de soutenance : 60 Boulevard Saint-Michel 75272 Paris – salle Bibliothèque
Directeur de thèse : Vincent MAUREL
Codirecteur : Vincent GUIPONT
Co-encadrant : Basile MARCHAND

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Etude de l'essai d'adhérence par choc laser (LASAT) sur dépôts plasma d'hydroxyapatite : influence des effets de bord sur les contraintes et la fissuration à l'interface

Résumé de la thèse en français

Du fait de ses caractéristiques originales (méthode sans contact et locale, répétabilité et reproductibilité avérées des tirs lasers sur dépôts projetés), LASAT (LAser Shock Adhesion Test) représente une alternative prometteuse pour soutenir les fabricants de prothèses biomédicales dans leurs développements procédés/produits puis la mise sur le marché. Une méthode LASAT doit être développée sur des dépôts biocompatibles pour répondre au mieux à la problématique liée à la mise en œuvre d'un essai d'adhérence rapide et robuste dont on envisage à terme la normalisation. L'étude approfondie des dépôts biocompatibles soumis à la décohésion au choc laser doit permettre l'optimisation de protocoles d'essais et la caractérisation des phénomènes impactant la tenue mécanique des interfaces (effets bidimensionnels) en relation avec la fissuration identifiée par des contrôles non destructifs. L'étude de la faisabilité de la technique sur différents biomatériaux industriels, le choix d'un protocole d'essai complet et transférable seront étayés par la réalisation d'évaluations croisées par diverses méthodes de mesure (plots collés et essais de micro/nano-indentation) ou de calculs de la tenue mécanique interfaciale. L'étude de la robustesse (répétabilité et reproductibilité) et de la fiabilité du LASAT seront les indicateurs principaux de cette étude qui permettraient d'aboutir à l'implantation d'un nouveau démonstrateur.

Résumé de la thèse en anglais

The LASAT (Laser Shock Adhesion Test) represents a promising alternative to support manufacturers of biomedical prostheses in their process / product developments, entering market. A LASAT method must be developed on biocompatible deposits in order to best respond to the problems associated with the implementation of a fast and robust adhesion test that is expected to be standardized in a near future. The thorough study of biocompatible deposits submitted to laser shock debonding must allow the optimization of a LASAT protocols and the characterization of phenomena impacting the mechanical strength of interfaces (two-dimensional effects) in relation to the debonding analyzed with non-destructive techniques. The study of the feasibility of the technique on various industrial biomaterials, the choice of a complete and transferable test protocol will be supported by the carrying out of cross-evaluations by various methods of measurement (pull-out and scratch tests) or calculations of interfacial mechanical strength. The study of the robustness (repeatability and reproducibility) and the reliability of LASAT will be the main indicators of this study which would lead to the definition of a new demonstrator.

 

Titre anglais : Study of the LAser Shock Adhesion Test (LASAT) applied to plasma sprayed hydroxyapatite coatings: contribution of edge effects on interfacial stress and damaging
Date de soutenance : vendredi 7 mai 2021 à 10h00
Adresse de soutenance : 60 bld Saint-Michel à Paris – L109 (en visioconférence partielle)
Directeur de thèse : Vincent GUIPONT

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