Caractérisation de la résistance à l'érosion par cavitation d'aciers et de revêtements HVOF pour la protection de turbines hydrauliques

La cavitation est la cause principale d'érosion des turbines hydrauliques. Les revêtements HVOF ont été étudiés comme solution potentielle à ce problème. La méthode de projection thermique HVOF permet la déposition de revêtements protecteurs, tel que le composite WC-CoCr. Un appareil vibratoire décrit dans la norme ASTM G32 a été utilisé pour tester l'érosion par cavitation. L'échantillon a été maintenu à une distance de 500 μm de la tête de vibration, qui produisait un champ acoustique et provoquait l'apparition de bulles de cavitation. Ces bulles causaient des impacts et de l'érosion lorsqu'elles implosaient près de l'échantillon. Certains calculs théoriques sur le champ de pression et la dynamique des bulles ont été effectués. Le champ de pression approximatif a été dérivé à l'aide de l'équation de Rayleigh, en considérant que l'onde émise est plane. Entre l'échantillon et la tête de vibration s'établit donc une onde quasi-stationnaire d'une amplitude de 5MPa et d'une fréquence de 20kHz. Dans ce champ de pression, les bulles ayant un rayon plus grand que 5,6 μm dans des conditions quasi-statiques et plus petit que 2,6 mm dans des conditions dynamiques vont imploser. Par ailleurs, le comportement en érosion par cavitation d'aciers ferritiques, martensitiques, de revêtements métalliques broyés ou non (444HVOF, Fe3Al) ainsi que des cermets (WCCoCr, Fe3Al...) a été étudié. L'effet d'un recuit pré-déposition a été déterminé sur un revêtement composite basé sur l'aluminure de fer, soit le (Fe3Al)30Ti35BN35. Les mécanismes d'enlèvement de matière des matériaux ont été observés à l'aide de l'imagerie par microscopie électronique à balayage (MEB). Des piqûres et des fissures ont été observées dans le cas des matériaux massifs, alors que des particules du matériau ont été arrachées instantanément dans le cas des revêtements HVOF. La matrice métallique des composites a été arrachée préférentiellement, suivie par des grains de céramiques. Les taux d'érosion des revêtements HVOF étaient un peu plus faibles que ceux des aciers inoxydables martensitiques. D'autres matériaux projetés, comme les plastiques ou des matériaux qui se transforment sous contrainte pourraient être encore plus résistants. Les revêtements métalliques de Fe3Al ont été complètement érodés après 100 min. Un recuit pré-déposition de 2 heures à 1000�C du (Fe3Al)30Ti35BN35 a réduit le taux d'érosion d'un facteur 2, tandis qu'à 1400�C le taux d'érosion a augmenté significativement. Le revêtement possédant le plus faible taux d'érosion est le (Fe3Al)30Ti35BN35 recuit à 1000�C. La dureté des matériaux a été déterminée à l'aide de la micro- ou nano-indentation. Le taux d'érosion des aciers massifs diminue avec la dureté, mais aucune corrélation entre les propriétés des revêtements et leur résistance à l'érosion par cavitation n'a été observée.