Nous étudions les mécanismes d’endommagement dus à l’érosion pluie sur des matériaux massifs et sur des matériaux revêtus. Pour cela, un banc d’essais spécifique a permis de mener des recherches en laboratoire. Le principe de l’essai repose sur l’émission de jets à haute vitesse et à haute fréquence.L’étude des matériaux massifs met en évidence un mécanisme de propagation de fissures par fatigue qui aboutit à des pertes de matière. Ces mêmes endommagements ont été observés sur des échantillons usés en service. Il a été confirmé que la dureté augmente la résistance à l’érosion pluie des matériaux métalliques.L’étude des revêtements s’est focalisée sur 2 technologies, à savoir la pulvérisation cathodique magnétron, qui est un procédé de déposition phase vapeur, et la projection thermique sous flamme supersonique. Les revêtements obtenus par projection thermique (dont l’épaisseur était supérieure à 200 μm), se sont révélés moins résistants à cause d’un manque d’adhérence ou de la présence de défauts au sein du matériau. Les revêtements obtenus par PVD (dont l’épaisseur était inférieure à 30 μm) ont permis d’obtenir des gains de résistance significatifs. Dans tous les cas, quel que soit la technologie utilisée, l’adhérence du revêtement s’est révélé être un paramètre critique en ce qui concerne la résistance de la surface à l’érosion pluie. Enfin, une simulation numérique en dynamique a permis d’étudier les champs de contraintes dans des feuillets métalliques, et ce, en faisant varier leurs épaisseurs, les matériaux qui les composent, et la vitesse d’impact. Les résultats de la simulation tendent à prouver que la propagation des ondes de contraintes dans le matériau peut entrainer des phénomènes de sur-contraintes dans les feuillets les plus fins à cause de la réflexion des ondes sur la face antérieure de la plaque. / The study deals with the rain erosion mechanisms of both bulk and coated materials. For that purpose, a specific test bench has been built, enabling laboratory research. The principle of the test is based on the emission of high-speed water jets at high frequency.Studying bulk materials confirmed the positive influence of hardness on rain erosion resistance for metallic materials. The mechanism found responsible for material losses is the propagation of fatigue cracks. These fatigue damages were also observed on in-service worn out samples.The analysis of coated materials focused on two covering technologies, namely physical vapor magnetron sputtering deposition (Magnetron PVD) and high velocity oxy-fuel coating spraying (HVOF). The coatings obtained by HVOF (> 200μm) weren’t resistant enough due to lack of adhesion and/or due to specific defects within the material. The coatings obtained by PVD (< 30μm) have yielded to significant improvements on the surface resistance. However, the adhesion of the coating appeared as a critical parameter for the rain erosion resistance.Finally, a numerical simulation has been designed to study dynamic stress fields in metal sheets. Moreover the model allowed the sheets thicknesses, the materials, and the speed of impact to vary. The simulation showed that the propagation of stress waves in the material may cause over-stresses phenomena in the thinner sheets, due to the reflection waves on the back side of the plate.

Nous étudions les mécanismes d'endommagement dus à l'érosion pluie sur des matériaux massifs et sur des matériaux revêtus. Pour cela, un banc d'essais spécifique a permis de mener des recherches en laboratoire. Le principe de l'essai repose sur l'émission de jets à haute vitesse et à haute fréquence.L'étude des matériaux massifs met en évidence un mécanisme de propagation de fissures par fatigue qui aboutit à des pertes de matière. Ces mêmes endommagements ont été observés sur des échantillons usés en service. Il a été confirmé que la dureté augmente la résistance à l'érosion pluie des matériaux métalliques.L'étude des revêtements s'est focalisée sur 2 technologies, à savoir la pulvérisation cathodique magnétron, qui est un procédé de déposition phase vapeur, et la projection thermique sous flamme supersonique. Les revêtements obtenus par projection thermique (dont l'épaisseur était supérieure à 200 μm), se sont révélés moins résistants à cause d'un manque d'adhérence ou de la présence de défauts au sein du matériau. Les revêtements obtenus par PVD (dont l'épaisseur était inférieure à 30 μm) ont permis d'obtenir des gains de résistance significatifs. Dans tous les cas, quel que soit la technologie utilisée, l'adhérence du revêtement s'est révélé être un paramètre critique en ce qui concerne la résistance de la surface à l'érosion pluie. Enfin, une simulation numérique en dynamique a permis d'étudier les champs de contraintes dans des feuillets métalliques, et ce, en faisant varier leurs épaisseurs, les matériaux qui les composent, et la vitesse d'impact. Les résultats de la simulation tendent à prouver que la propagation des ondes de contraintes dans le matériau peut entrainer des phénomènes de sur-contraintes dans les feuillets les plus fins à cause de la réflexion des ondes sur la face antérieure de la plaque.

Mimicking nature gives rise to many important facets of biomaterials. This study is inspired by nature and reports on the fabrication of an intercalated polymer-NiTi nanocomposite that mimics the structural order of urethral tissue performing micturition. PTFE is chosen due to its hydrophobicity, low surface energy, and thermal and chemical stability. NiTi has been selected as a prime candidate for this research due to its excellent mechanical stability, corrosion resistance, energy absorbance, shape memory and biocompatibility. Nanoscale engineering of intercalated nanocomposites is done by PVD sputtering PTFE and NiTi. FTIR spectroscopy confirms that PTFE reforms as polymer chains after sputtering. Suitable PVD sputtering parameters were selected by investigating their influence on deposition rates, microstructure and properties of PTFE and NiTi thin films. PTFE forms stable nanocomposite coatings with NiTi and displays favourable surface interactions, known as ‘intercalation’. Intercalated PTFE-NiTi films were fabricated as layered and co-sputtered thin films. Co-sputtered nanocomposites contained nearly one-third vacant sites within its internal microstructure because of intercalation while intercalation introduced minute pits in fibrous NiTi columns of layered nanocomposites. These pits allow PTFE to extend their chains and crosslinks, resulting in microstructural and functional changes in the thin films. Intercalated PTFE-NiTi nanocomposites offer a close match to the natural tissue in terms of responding to the fluid contact (wetting angle modifications), and allow the soft and hard matter to incorporate in one framework without any chemical reactions (intercalation). An intercalated microstructure in co-sputtered and layered nanocomposites was verified by EDS-SEM and EDS-TEM techniques. The functional responses were witnessed by changes in water contact angle (WCA) and coefficient of friction (CoF) values measured on the film surface. The WCA (99°) and CoF (0.1 – 0.2) of the intercalated nanocomposite (sample PNT12) were different to the NiTi (top layer). WCA and CoF indicate the internal microstructural interactions because of intercalation. Although the pseudoelastic behaviour of NiTi can provide additional fluid response but the difficulty is an absence of crystallinity in as-deposited NiTi, and the heat treatment that melts PTFE. However, DSC and XRD techniques were employed to find the optimum NiTi composition and transition temperatures for phase transformation related to pseudoelasticity. This study provides the basis to incorporate the shape memory (pseudoelasticity or thermal shape memory effect (shape memory effect)) features of NiTi into the intercalated nanocomposite in future. The intercalated PTFE-NiTi nanocomposite reveals a fascinating research precinct, having the response generating characteristics similar to that of natural tissue.