Des chercheurs de l'Université West en Suède ont commencé à utiliser des nanoparticules dans la couche superficielle d'isolation thermique qui protège les moteurs d'avion de la chaleur. Dans les essais, cela a augmenté la durée de vie du revêtement de 300 %. C'est quelque chose qui intéresse au plus haut point l'industrie aéronautique, et l'espoir est que les moteurs avec les nouvelles couches seront en production d'ici deux ans.

Pour augmenter la durée de vie des moteurs d'avion, une couche superficielle d'isolation thermique est projetée sur le dessus des composants métalliques. Grâce à cette couche supplémentaire, le moteur est à l'abri de la chaleur. La température peut également être augmentée, ce qui conduit à une efficacité accrue, émissions réduites, et une diminution de la consommation de carburant.

L'objectif du groupe de recherche University West est de pouvoir contrôler la structure de la couche de surface afin d'augmenter sa durée de vie et son pouvoir isolant. Ils ont utilisé différents matériaux dans leur travail.

"La base est une poudre de céramique, mais nous avons également testé l'ajout de plastique pour générer des pores qui rendent le matériau plus élastique, " dit Nicholas Curry, qui vient de présenter sa thèse de doctorat sur le sujet.

Grande contrainte sur le matériel

La couche de céramique est soumise à de fortes contraintes lorsque les énormes changements de température font que le matériau se dilate et se contracte alternativement. Rendre la couche élastique est donc important. Au cours des dernières années, les chercheurs se sont concentrés sur le raffinement de la microstructure, tout cela pour que la couche présente un intérêt pour l'industrie.

"Nous avons testé l'utilisation d'une couche formée de nanoparticules. Les particules sont si fines que nous ne sommes pas en mesure de pulvériser la poudre directement sur une surface. Au lieu de cela, on mélange d'abord la poudre avec un liquide qui est ensuite pulvérisé. C'est ce qu'on appelle l'application par pulvérisation de plasma en suspension."

Les tests de choc simulent les changements de température

Le Dr Curry et ses collègues ont depuis testé la nouvelle couche des milliers de fois dans ce que l'on appelle des "tests de choc thermique" pour simuler les changements de température dans un moteur d'avion. Il s'est avéré que la nouvelle couche de revêtement dure au moins trois fois plus longtemps qu'une couche conventionnelle alors qu'elle a de faibles capacités de conduction thermique.

« Un moteur d'avion qui dure plus longtemps n'a pas besoin de subir des "service" chronophage aussi souvent; cela permet à l'industrie aéronautique d'économiser de l'argent. La nouvelle technologie est également nettement moins chère que la technologie conventionnelle, ce qui signifie que davantage d'entreprises pourront acheter l'équipement. »

La recherche à l'Université West est menée en étroite collaboration avec le constructeur de moteurs d'avion GKN Aerospace (anciennement Volvo Aero) et Siemens Industrial Turbomachinery, qui fabrique des turbines à gaz. L'idée est que la nouvelle couche soit utilisée à la fois dans les moteurs d'avion et les turbines à gaz d'ici deux ans.

Qu'arrive-t-il au matériel sur de longues périodes de temps ?

L'un des problèmes les plus importants que les chercheurs doivent résoudre est de savoir comment ils peuvent surveiller ce qui arrive à la structure du revêtement au fil du temps, et de comprendre le fonctionnement de la microstructure de la couche.

"Une couche de surface conventionnelle ressemble à un sandwich, avec couche après couche. La couche de surface que nous produisons avec la nouvelle méthode peut être comparée davantage à des colonnes debout. Cela rend la couche plus flexible et plus facile à surveiller. Et il adhère au métal, que la surface soit complètement lisse ou non. Le plus important n'est pas le matériau lui-même, mais comme c'est poreux, " dit le Dr Curry.

Comment fonctionne l'application par pulvérisation thermique

Les couches de surface sur les moteurs d'avion et les turbines à gaz sont appelées revêtement de barrière thermique et elles sont fabriquées à l'aide d'une méthode appelée application par pulvérisation thermique. Une poudre céramique est pulvérisée sur une surface à très haute température-7, 000 à 8, 000 degrés C–à l'aide d'un flux de plasma. Les particules de céramique fondent et frappent la surface, où ils forment une couche protectrice d'environ un demi-millimètre d'épaisseur.