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Theses Year : 2014

Study of the plasma torch resonant modes associated with the synchronous injection for coating elaboration

Etude des modes de résonance d'une torche à plasma d'arc associée à une injection synchrone pour la réalisation de dépôts par voie liquide

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Abstract

Suspension plasma spraying permits to elaborate finely structured coatings with graded properties which address the needs, for example, in the photocatalytic applications, the solid oxide fuels or the thermal barrier coatings. However, the plasma torches, even powered by dc regulated sources, generate highly fluctuating plasma jets. These instabilities result in large variations in dynamic and heat transfers to particles, what decreases the reproducibility and reliability of the method. Consequently, the special efforts have to be devoted to ameliorate the suspension plasma spraying method and, thus, the properties of the coatings. In recent years, the research has been focused on the improvement of heat and momentum transfers between material and plasma by means of the development of new non-conventional torches and the reduction of arc instabilities. The following dissertation presents a new approach to the suspension plasma spraying. The profound studies of the plasma instabilities are performed, what leads to the production of the pulsed laminar plasma jet characterized by high modulation of the specific enthalpy. These regular plasma oscillations are combined with phased injection of suspension, what is achieved by using the ink-jet printer triggered by the arc voltage signal. The results are evaluated by time-resolved imaging system and the time-resolved emission optical spectroscopy. This new method presents the possibility to control heat and momentum transfers between the particles and the plasma.
La projection par plasma d'arc de suspension permet d'obtenir des revêtements finement structurés à gradients de propriétés qui répondent aux besoins, par exemple, des applications photocatalytiques, les piles à combustible à oxyde solide ou les revêtements de barrière thermique. Cependant, les torches à plasma, même alimentées par dessources de courant continu régulé, génèrent des jets de plasma fortement fluctuants. Ces instabilités causent des variations importantes dans les transferts thermiques et dynamiques des particules, ce qui diminue la fiabilité et la reproductibilité de la méthode. Par conséquent, des efforts particuliers doivent être faits pour améliorer la projectionpar plasma d'arc de suspension et, ainsi, les propriétés des revêtements. Depuis de nombreuses années, la recherche s'est concentrée sur l'amélioration des transferts de chaleur et de quantité de mouvement entre la matière et le plasma au moyen de la mise au point de nouvelles torches et la réduction des instabilités de l'arc. Cette thèse présenteune nouvelle approche pour la projection par plasma d'arc de suspension. L'étude approfondie des instabilités du plasma sont réalisées ce qui conduit à la production du jet laminaire de plasma pulsé caractérisé par une forte modulation de l'enthalpie spécifique. Ces oscillations régulières de plasma sont associées à l'injection de la suspensionsynchronisée, ce qui est réalisé à l'aide de l'impression à jet d'encre déclenchée par le signal de tension d'arc. Les résultats sont évalués par le système d'imagerie résolue en temps et la spectroscopie d'émission optique résolue en temps. Cette nouvelle méthode offre la possibilité de contrôler les transferts de chaleur et de quantité de mouvemententre les particules et le plasma.
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Cite

Joanna Krowka. Etude des modes de résonance d'une torche à plasma d'arc associée à une injection synchrone pour la réalisation de dépôts par voie liquide. Matériaux et structures en mécanique [physics.class-ph]. Université de Limoges, 2014. Français. ⟨NNT : 2014LIMO0014⟩. ⟨tel-01127257⟩
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