Le sujet de recherche de cette thèse est consacrée à l'étude du comportement à une haute température de revêtements nanostructurés à base de zircone, lequel comprend: la caractérisation des matières premières, la fabrication et caractérisation des propriétés des dépôts et finalement le plus important du travail a été son comportement à une haute température, surtout dans des ambients agressifs. Trois types de techniques de projection thermique ont été utilisés pour élaborer les dépôts: flamme (FS), plasma atmosphérique en utilisant comme matière première des poudres (APS) et suspensions (SPS). Trois types de substrats ont été utilisés et caractérisés pour la fabrication des revêtements: un acier à faible carbone (AISI / SAE12L15), acier inoxydable 304L et superalliage Inconel 718. Une couche de liaison de Ni-Al-Mo a été utilisée pour la projection thermique pour flamme et une couche de liaison de NiCrAlCo-Y2O3 pour la technique de APS et SPS. Les revêtements ont été caractérisés pour analyser sa morphologie de la section transversale, la surface, la composition élémentaire des zones d'intérêt, des phases, l'épaisseur, la porosité, la microdureté, groupes vibratoires, la résistance à la corrosion et à l'usure. En addition, le plus important était caractériser les performances à haute température des dépôts par des tests comme le choc thermique, l'oxydation isothermique et la corrosion à chaud avec des sels. Pour analyser le comportement des revêtements après avoir été soumis à ces essais, une étude de la morphologie de la surface et section transversal, la composition élémentaire et l'analyse des phases dans les régions d'intérêt ont également été effectuées. / The research topic of this thesis is devoted on the study of the behavior of nanostructured coatings based on zirconia, which extends from the characterization of raw materials through manufacturing, characterization of the properties of the coatings and then end up in the study of their behavior at high temperature, especially in strong environments to make them comparable. Three kinds of techniques were used for manufacturing the coatings: flame spraying (FS), atmospheric plasma spraying (APS) and suspensions plasma spraying (SPS).Three types of substrates were used and characterized for manufacturing the coatings: a low carbon steel (AISI/SAE12L15), stainless steel 304L and superalloy Inconel 718. A surface treatment of blasting with corundum was applied to all substrates in order to generate a noticeable roughness (> 5 µm), then apply a bond coat of Ni-Al-Mo for the technique FS and a bond coat of NiCrAlCo-Y2O3 for the technique APS and SPS. The coatings were characterized to know and correlate the morphology of the cross section and surface, elemental composition of the zones of interest, phases, thickness, porosity, microhardness, vibrational groups, corrosion resistance and wear resistance. Additionally, the most important was to characterize the high temperature performance of the coating by tests as thermal shock, isothermal oxidation and hot corrosion with salts. For knowing the behavior of the coatings after being subjected to these tests, a study of the morphology of the surface and cross-section, elemental composition and phases analysis in the regions of interest have also been carried out.

In Kenntnis der beschriebenen verfahrenstechnischen Einflussfaktoren auf die Struktur und die Eigenschaften der faserverstärkten MMC geht es darum, ein prepregtechnologisches Verfahren für das Herstellen lang- bzw. endlosfaserverstärkter MMC mit Aluminiummatrix zu erarbeiten und die Machbarkeit im Hinblick auf die Reproduzierbarkeit und das Erreichen der prinzipiell möglichen mechanischen Eigenschaftskennwerte nachzuweisen. Es geht darum, den Einfluss der Prozessparameter auf die Struktur der Prepregs und der verdichteten MMC`s zu erfassen und zu bewerten. In Kenntnis dieser Zusammenhänge sind die qualitätsrelevanten Kennwerte der Werkstoffstruktur denen der mechanischen Eigenschaften gegenüberzustellen. In Weiterführung der o.g. Darstellungen zwischen Struktur- und Eigenschaften der Verbundwerkstoffe geht es darum, die experimentell bestimmten Kennwerte der Festigkeit und des E-Moduls auf Übereinstimmung mit den entsprechenden Korrelationsmodellen (Shear Lag Modell, Grenzwert- und Modellkonzept, EIAS-Methode) zu überprüfen. Ferner geht es darum, die Zusammenhänge zwischen den im Modell definierten idealen Gefügebedingungen mit den realen im Hinblick auf deren Einfluss auf die Eigenschaftskennwerte kritisch zu diskutieren. Aufbauend auf den definierten Zielstellungen kann nach der erfolgten Bewertung aller Untersuchungsergebnisse gezeigt werden, dass die entworfene Technologie zur Herstellung langfaserverstärkter Metallmatrix-Verbundwerkstoffe dazu geeignet ist, Fasern mit geringem Durchmesser und hoher Flexibilität (am Beispiel der hochfesten Kohlenstofffasern vom Typ HTA 5131) mit dem ausgewählten Matrixmetall (am Beispiel der AlSi5-Legierung) zunächst zu Prepregs und weiterhin in verdichtete Verbundstrukturen zusammenzuführen. Das vergleichende Gegenüberstellen von Simulation und Experiment dienen einerseits dem Verifizieren der Prozessmodelle. Die Prozessmodelle stellen andererseits die wertvolle versuchstechnische Grundlage zur Definition und auch der Einengung des Arbeitsfensters für die Prozessparameter und der Anzahl erforderlicher Verifikationsexperimente im Hinblick auf die Probebeschichtungen und deren Auswertung dar. Derartige Modelle leisten eine wichtige Hilfestellung zum weiteren Erhöhen der Prozessstabilität und damit auch dem Nachweis der Reproduzierbarkeit. / The aim of this work is a described prepreg-technological method to create aluminium based MMC reinforced with continuous fibres and the verification of reproducibility to achieve relevant mechanical properties. This aim is based on the knowledge of technological influences on structure and properties of fibre reinforced MMC. And so activities are focussed on the evaluation of the influence of process functions on structure and mechanical properties of prepregs and compacted MMC. The comparison between structure and properties is necessary to describe the correlation function of composite material. Furthermore the application of different correlation models (“Shear Lag”, “Grenzwert- Modellkonzept“, “EIAS”) to describe the influence of composite structures on strength and Young`s modulus is necessary to compare theoretical results with those of relevant experiments. The object is a critical quantification of the influence of real structure parameters compared with those of a model defined structure. In view of the described aim it is shown that the described technology to manufacture long fibre reinforced MMC is applicable for preparation of carbon fibres (HTA 5131) with low diameter and high flexibility and metal matrix (AlSi5) to prepregs and compact composites. The comparison of simulated and experimental results is the base for verification of different process models. So it is possible to describe and optimize the process function and moreover to minimize the number of technological experiments. After optimization specified models are a good base to achieve a high level of stability and reproducibility for all steps in prepreg technology.

In Kenntnis der beschriebenen verfahrenstechnischen Einflussfaktoren auf die Struktur und die Eigenschaften der faserverstärkten MMC geht es darum, ein prepregtechnologisches Verfahren für das Herstellen lang- bzw. endlosfaserverstärkter MMC mit Aluminiummatrix zu erarbeiten und die Machbarkeit im Hinblick auf die Reproduzierbarkeit und das Erreichen der prinzipiell möglichen mechanischen Eigenschaftskennwerte nachzuweisen. Es geht darum, den Einfluss der Prozessparameter auf die Struktur der Prepregs und der verdichteten MMC`s zu erfassen und zu bewerten. In Kenntnis dieser Zusammenhänge sind die qualitätsrelevanten Kennwerte der Werkstoffstruktur denen der mechanischen Eigenschaften gegenüberzustellen. In Weiterführung der o.g. Darstellungen zwischen Struktur- und Eigenschaften der Verbundwerkstoffe geht es darum, die experimentell bestimmten Kennwerte der Festigkeit und des E-Moduls auf Übereinstimmung mit den entsprechenden Korrelationsmodellen (Shear Lag Modell, Grenzwert- und Modellkonzept, EIAS-Methode) zu überprüfen. Ferner geht es darum, die Zusammenhänge zwischen den im Modell definierten idealen Gefügebedingungen mit den realen im Hinblick auf deren Einfluss auf die Eigenschaftskennwerte kritisch zu diskutieren. Aufbauend auf den definierten Zielstellungen kann nach der erfolgten Bewertung aller Untersuchungsergebnisse gezeigt werden, dass die entworfene Technologie zur Herstellung langfaserverstärkter Metallmatrix-Verbundwerkstoffe dazu geeignet ist, Fasern mit geringem Durchmesser und hoher Flexibilität (am Beispiel der hochfesten Kohlenstofffasern vom Typ HTA 5131) mit dem ausgewählten Matrixmetall (am Beispiel der AlSi5-Legierung) zunächst zu Prepregs und weiterhin in verdichtete Verbundstrukturen zusammenzuführen. Das vergleichende Gegenüberstellen von Simulation und Experiment dienen einerseits dem Verifizieren der Prozessmodelle. Die Prozessmodelle stellen andererseits die wertvolle versuchstechnische Grundlage zur Definition und auch der Einengung des Arbeitsfensters für die Prozessparameter und der Anzahl erforderlicher Verifikationsexperimente im Hinblick auf die Probebeschichtungen und deren Auswertung dar. Derartige Modelle leisten eine wichtige Hilfestellung zum weiteren Erhöhen der Prozessstabilität und damit auch dem Nachweis der Reproduzierbarkeit. / The aim of this work is a described prepreg-technological method to create aluminium based MMC reinforced with continuous fibres and the verification of reproducibility to achieve relevant mechanical properties. This aim is based on the knowledge of technological influences on structure and properties of fibre reinforced MMC. And so activities are focussed on the evaluation of the influence of process functions on structure and mechanical properties of prepregs and compacted MMC. The comparison between structure and properties is necessary to describe the correlation function of composite material. Furthermore the application of different correlation models (“Shear Lag”, “Grenzwert- Modellkonzept“, “EIAS”) to describe the influence of composite structures on strength and Young`s modulus is necessary to compare theoretical results with those of relevant experiments. The object is a critical quantification of the influence of real structure parameters compared with those of a model defined structure. In view of the described aim it is shown that the described technology to manufacture long fibre reinforced MMC is applicable for preparation of carbon fibres (HTA 5131) with low diameter and high flexibility and metal matrix (AlSi5) to prepregs and compact composites. The comparison of simulated and experimental results is the base for verification of different process models. So it is possible to describe and optimize the process function and moreover to minimize the number of technological experiments. After optimization specified models are a good base to achieve a high level of stability and reproducibility for all steps in prepreg technology.