Revêtements d’ALumine ALPHA à basse température – ALALPHA

Le projet ALALPHA d’une durée de trois ans est un projet de recherche industrielle associant les compétences d’un partenaire académique, l’Institut de Chimie de la Matière Condensée de Bordeaux, à celles d’un partenaire industriel, SAFRAN. Ce projet porte sur le développement de procédés alternatifs capable à basse température d’obtenir la phase alpha de l’alumine (?? - ????2??3). L’alumine est une céramique technique adaptée aux applications hautes-performances dans les industries de la défense et de l’aérospatial. L’élaboration de revêtements d’alumine ?? à basse température reste encore un challenge. Or cela permettrait de répondre à un des défis majeurs de l'industrie aéronautique et spatiale (militaire comme civil) qu’est l'allégement des structures et la réduction des couts, de par l’utilisation d’alliages plus légers (voire moins chers) en substitution des superalliages, par exemple. Le bénéfice premier serait une économie de carburant significative avec des conséquences positives sur l’impact environnemental. C’est dans cette optique que la société SAFRAN, leader mondial des moteurs d’avions, cherche continuellement à alléger son turboréacteur LEAP (évolution du CFM56, le moteur équipant le plus d'avions au monde). En effet, sous forme de couche dense déposée sur un alliage métallique, l’alumine ?? est une barrière protectrice efficace à la diffusion de l’oxygène particulièrement dans les turbines à basse pression des turboréacteurs.
Ce projet concerne l’obtention d’un revêtement épais, adhérent et dense d’alumine ?? nanostructurée sur différents substrats métalliques plans et de formes complexes (type ovoïdes), à partir d’un procédé polyvalent et en rupture basé sur le phénomène de déshydratation hydrothermale à des températures inférieures à 500 °C. Les propriétés mécaniques et en température de ce revêtement épais seront comparées à celles d’un revêtement fin modèle, élaboré par le procédé de pulvérisation cathodique magnétron réactive en régime impulsionnel à haute puissance (R-HiPIMS).
Les principaux objectifs du projet ALALPHA sont de: 1) Concevoir une nouvelle génération de réacteur à parois froides permettant d’obtenir des revêtements nanostructurés composés de 100 % d’alumine ?? homogènes en épaisseur pour une température de procédé inférieure à 500 °C, 2) Elaborer un revêtement nanostructuré modèle d’alumine ?? par R-HiPIMS dans la même gamme de températures, 3) Etablir les relations entre le procédé, la microstructure et les propriétés, et 4) Caractériser les propriétés en termes d’adhésion à différents substrats métalliques ainsi que celles de rugosité, de dureté et de résistance à la diffusion de l’oxygène. Quel que soit le procédé, les challenges à relever seront de : 1) Obtenir un revêtement nanostructuré et monophasé d’alumine ?? à basse température, 2) Maîtriser sa microstructure par la compréhension des différents phénomènes mis en jeu en lien avec les paramètres procédés, et 3) Revêtir des substrats métalliques de compositions différentes tout en gardant des propriétés d’adhésion et de résistance à la corrosion similaires.
Le projet est organisé en 6 tâches en interactions fortes et se déroulera en 3 grandes étapes. Premièrement, concevoir un réacteur permettant de maitriser à la fois la température et l’hydrodynamique (écoulements des fluides) au voisinage du substrat à revêtir. Deuxièmement, optimiser les paramètres du procédé afin de contrôler la microstructure et l’épaisseur du revêtement monophasé d’alumine ??. Troisièmement, caractériser les différentes propriétés.
Le Projet ALALPHA s’inscrit dans l’axe thématique 8 Matériaux avec comme thématiques les « nouveaux procédés » et les « traitements de surface et revêtements, fonctionnalisation et smart coatings ». Il répond aux priorités : a) Matériaux et protections thermiques pour des conditions extrêmement sévères et b) Maîtrise de la corrosion, ingénierie des surfaces.
Le projet ALALPHA est dans une gamme de TRL comprise entre 1 et 3.