Ingénieur d'étude "Pré-oxydation avant déposition d’un revêtement par projection plasma en suspensions (SPS) sur pièces de moteurs d’avions"

CONTEXTE : Les préoccupations environnementales actuelles incitent à réduire les émissions de CO2. Dans ce contexte, Safran Aircraft Engines cherche à optimiser ses moteurs d’avion pour réduire leurs émissions, via une augmentation des températures de fonctionnement des zones chaudes (turbine haute pression). Afin d’assurer cette augmentation de température, il est nécessaire d’améliorer la résistance à la température des pièces situées dans ces zones. Trois solutions complémentaires existent. La première consiste à refroidir ces pièces par le biais de canaux internes de refroidissement. La seconde est d’améliorer le matériau de base des pièces en développant des superalliages base Ni monocristallins présentant des résistances mécaniques en température accrues. Enfin, la troisième solution réside dans l’application d’une barrière thermique base céramique en surface des pièces aux endroits les plus chauds. Traditionnellement, les barrières thermiques sont élaborées par Air Plasma Spraying (APS), permettant d’obtenir un dépôt lamellaire à faible conductivité thermique, qui néanmoins ne permet pas de relaxer les contraintes thermomécaniques, résultant en une durée de vie limitée du revêtement. A alors été développé l’Electron Beam Physical Vapor Deposition (EB-PVD) permettant de former un dépôt colonnaire relaxant alors les contraintes thermomécaniques, mais s’accompagne en contrepartie d’un revêtement moins protecteur thermiquement. La technologie SPS (Suspension Plasma Spraying) a l’intérêt d’associer les avantages de l’APS et de l’EB-PVD, en conduisant à des barrières thermiques colonnaires poreuses. Deux effets sont alors à noter, une faible conductivité thermique (autour de 1 W.m-1.K-1 à 1100°C) et une bonne relaxation des contraintes thermomécaniques. Le SPS est une technique de dépôt qui repose sur l’apport de poudre submicronique en suspension dans un solvant au sein d’un jet plasma, permettant par phénomène de déflection et d’ombrage de former un dépôt colonnaire. La barrière thermique est déposée sur une sous-couche aluminisée (dopée ou non) servant de protection contre l’oxydation à chaud de la pièce métallique, et de couche d’accroche pour la barrière thermique. Le procédé SPS implique des étapes de préparation de surface sur cette sous-couche en amont du dépôt, pour assurer l’accroche et la tenue de la barrière thermique. Ces étapes sont composées d’un sablage de la surface suivi d’un traitement de préoxydation ayant pour rôle de créer une couche d’alumine en surface de la sous-couche, permettant une accroche chimique entre la barrière thermique et cette sous-couche. Ce projet a pour objectif d’étudier le traitement de préoxydation pour améliorer la maitrise et la compréhension du mécanisme de formation de la couche d’alumine, ainsi que pour déterminer les caractéristiques de la couche d’alumine requises pour atteindre les requis de tenue de barrière thermique. Plusieurs configurations d’alliages et de sous-couches seront étudiées. Ce projet sera piloté et réalisé par l’IRCER, porté et financé par Safran Aircraft Engines, avec une étroite collaboration de la plateforme technologique SAFIR créée en 2019. MISSIONS : Vous serez chargé(e) d’étudier le traitement de préoxydation pour améliorer la maitrise et la compréhension du mécanisme de formation de la couche d’alumine et de déterminer les caractéristiques de la couche d’alumine requises pour atteindre les objectifs de tenue des barrières thermiques Les tâches à accomplir seront : l’analyse des caractéristiques chimiques des substrats avant et après oxydation, la mise en place du four d’oxydation, l’oxydation des substrats en four et l’analyse physicochimique de la couche d’oxyde avant et après le dépôt de la BT par SPS (recouvrement ou continuité et structure cristalline de la couche d’alumine).

A partir de BAC+5 en matériaux, métallurgie.

Le candidat/La candidate doit disposer de compétences solides dans les domaines suivants : (i) connaissance des mécanismes de préoxydation des alliages métalliques (alliages base Ni, Co ou aciers résistants à haute température), (ii) compréhension des mécanismes de croissance et de transformation de l’alumine (θ-, γ- vers α-Al₂O₃), (iii) maîtrise des paramètres influençant la formation de la couche d’alumine (température, atmosphère, durée, cinétique d’oxydation), (iv) connaissance des barrières thermiques (BT/TBC) et de leur architecture (substrat / couche d’alumine (TGO) / couche céramique), (v) mise en œuvre et paramétrage d’un four d’oxydation (température, atmosphère contrôlée, rampes thermiques), (vi) réalisation d’essais d’oxydation isotherme, (vii) respect des protocoles de sécurité liés aux hautes températures, (viii) connaissances dans les techniques d’analyses MEB, DRX, MET, (ix) connaissance du procédé SPS (Suspension Plasma Spraying) pour le dépôt des couches céramiques, (x) interprétation critique des résultats expérimentaux et (xi) rédaction de rapports techniques et/ou publications scientifiques.