Ablation par laser pulsé de revêtements antiérosion pour le domaine aéronautique

Les revêtements antiérosion sont grandement utilisés par l'industrie aérospatiale pour augmenter la durée de vie de certaines pièces critiques au fonctionnement des moteurs à réaction. Par contre, après plusieurs heures en service, le revêtement finira inévitablement par se détériorer. Étant donné le prix croissant du titane et le coût de fabrication des composants,les fabricants de moteurs désirent réusiner les pièces, à base d'alliages de titane, en élevant le revêtement dysfonctionnel tout en limitant les dommages au substrat durant lagravure. Cette recherche s'inscrit dans le projet industriel MANU 4, chapeauté par le CRIAQ et le CRSNG, qui vise à étudier la faisabilité d'enlever un revêtement antiérosion déposé sur un substrat de Ti-6Al-4V à l'aide de trois techniques différentes : la gravure chimique, la gravure par plasma et l'ablation par laser pulsé. Ce memoire se concentre plus spécifiquement sur l'ablation par laser pulsé d'un revêtement de 20 m de TiAlN déposé sur un substrat de Ti-6Al-4V, en comparant la potentialité de deux lasers : un laser TiSapphire femtoseconde émettant à 800 nm avec à un laser excimer de KrF nanoseconde centré a 248 nm. Ces deux lasers ont été choisis puisqu'ils sont fréquemment utilisés pour le microusinage et permettent de comparer l'effet de la longueur d'onde et de la durée de l'impulsion. Des essais préliminaires ont d'abord permis d'identifier quatre variables ayant le plus d'impact sur le taux de gravure et la rugosité de surface : (i) la taille du faisceau, (ii) la puissance du laser, (iii) la vitesse du porte-échantillon, et (iv) le pas entre chaque ligne balay ée. Pour chaque laser, les conditions optimales d'ablation ont été obtenues en variant un paramètre à la fois. Au final, la grande énergie par impulsion offerte par le laser excimer permet d'accélérer d'un ordre de grandeur le taux de gravure, mais augmente de 1 m a 1.8 m la rugosité moyenne de la surface, par rapport à celle obtenue avec le laser Ti :Sapphire. Contrairement aux autres méthodes, l'ablation par laser pulsé a le potentiel d'offrir une très grande sélectivité. Pour ce faire, la spectroscopie d'émission de la plume a été étudiée pour suivre in situ la progression de la gravure, dans le but de déterminer le moment précis ou le faisceau laser atteignait la surface du substrat. Malgré les similarites chimiques entre le revêtement et le substrat, on démontre qu'il est possible de suivre, en temps réel, la décroissance d'un pic d'azote par rapport à un pic de titane toujours présent pour diagnostiquer la fin de la gravure. Toutefois, plus d'efforts doivent être déployés pour definir un critère