FR3093728A1 - Emissivity-controlled photoluminescent heat-sensitive coating - Google Patents
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Abstract
Revêtement thermosensible photoluminescent à émissivité contrôlée La présente invention concerne un matériau thermosensible sous la forme d’un revêtement dont la photoluminescence évolue de façon irréversible selon la température d’exposition. Ce revêtement thermosensible présente par ailleurs une émissivité contrôlée. Le revêtement thermosensible selon l’invention est constitué d’une matrice réalisée à partir d’un liant céramique, d’un premier composant photoluminescent thermosensible et d’un deuxième composant photoluminescent thermosensible ou non thermosensible et préférentiellement non thermosensible, ledit revêtement thermosensible présentant une évolution continue de sa photoluminescence dans la gamme de température de 600 °C à 1670 °C. Le revêtement comprend un troisième composant constitué de particules à forte émissivité non photoluminescentes. L’invention concerne aussi un procédé de cartographie thermique à température ambiante des pièces et structures revêtues, après exposition à des très hautes températures, par le biais d’un moyen de détection et d’analyse constitué d’une source d’excitation LED, ou laser dans le spectre UVA ou visible couplée à une caméra CCD, équipée d’une optique avec des filtres interférentiels, et d’un moyen de traitement des images. Figure pour l’abrégé : 1 Controlled emissivity photoluminescent heat-sensitive coating The present invention relates to a heat-sensitive material in the form of a coating, the photoluminescence of which changes irreversibly depending on the exposure temperature. This heat-sensitive coating also has a controlled emissivity. The heat-sensitive coating according to the invention consists of a matrix made from a ceramic binder, a first heat-sensitive photoluminescent component and a second heat-sensitive or non-heat-sensitive photoluminescent component and preferably non-heat-sensitive, said heat-sensitive coating having a continuous evolution of its photoluminescence in the temperature range of 600 ° C to 1670 ° C. The coating comprises a third component consisting of non-photoluminescent high emissivity particles. The invention also relates to a method of thermal mapping at ambient temperature of coated parts and structures, after exposure to very high temperatures, by means of a detection and analysis means consisting of an LED excitation source, or laser in the UVA or visible spectrum coupled to a CCD camera, equipped with optics with interference filters, and with image processing means. Figure for the abstract: 1
Description
La présente invention concerne le domaine technique des revêtements thermosensibles et plus particulièrement des revêtements thermosensibles utilisés dans des applications de marquage thermique entre +600 °C et +1670 °C sur des pièces mécaniques, des structures ou tout autre élément ou pièce soumis à températures comprises entre -150°C et +2000°C. Plus particulièrement, la présente invention concerne un matériau thermosensible se présentant sous la forme d’un revêtement dont la photoluminescence évolue de façon irréversible selon la température d’exposition, et dans une moindre mesure selon le temps d’exposition à cette température. Ce revêtement thermosensible présente par ailleurs une émissivité contrôlée.The present invention relates to the technical field of heat-sensitive coatings and more particularly heat-sensitive coatings used in thermal marking applications between +600°C and +1670°C on mechanical parts, structures or any other element or part subjected to temperatures included between -150°C and +2000°C. More particularly, the present invention relates to a heat-sensitive material in the form of a coating whose photoluminescence evolves irreversibly according to the exposure temperature, and to a lesser extent according to the time of exposure to this temperature. This heat-sensitive coating also has a controlled emissivity.
La présente invention appartient au domaine des matériaux fonctionnels pour le contrôle santé des structures au cours d’utilisations en conditions réelles de produits et la cartographie thermique de pièces ou structures dans les phases de développements de nouveaux produits soumis à de très hautes températures c’est-à-dire à des températures entre +600°C et + 2000 °C.The present invention belongs to the field of functional materials for the health control of structures during use in real conditions of products and the thermal mapping of parts or structures in the development phases of new products subjected to very high temperatures. i.e. at temperatures between +600°C and +2000°C.
La présente invention vise à cartographier thermiquement des pièces exposées à de très hautes températures, c’est-à-dire à des températures comprises entre + 600 °C et + 1670°C, et à détecter des zones de surchauffe appelées également en anglais « hot spot » de structures ou de pièces mécaniques comme les barrières thermiques ou les pièces de structures soumises à ces très hautes températuresThe present invention aims to thermally map parts exposed to very high temperatures, that is to say at temperatures between + 600 ° C and + 1670 ° C, and to detect overheating zones also called in English " hot spot” of structures or mechanical parts such as thermal barriers or parts of structures subjected to these very high temperatures
Il n’existe pas à ce jour de revêtements thermosensibles opérationnels sous hauts flux thermiques quel que soit l’environnement gazeux, ou même sous vide, soit pour de très hautes températures, c’est-à-dire entre +600 °C et +1670 °C, présentant par ailleurs une émissivité contrôlée. To date, there are no heat-sensitive coatings that are operational under high heat fluxes whatever the gaseous environment, or even under vacuum, or for very high temperatures, that is to say between +600°C and + 1670°C, also having a controlled emissivity .
On connait du document FR3051193 A1 des peintures ou revêtements thermosensibles composés d’une matrice comportant des pigments à transition de spins qui permettent de déterminer le dépassement d’un seuil ou d’une pluralité de seuils de température dans une gamme de températures inférieures à +200°C et préférentiellement comprises entre +50°C et +180°C, avec une précision inférieure à 10°C par un changement de couleur de la surface exposée.We know from document FR3051193 A1 heat-sensitive paints or coatings composed of a matrix comprising spin transition pigments which make it possible to determine the overrun of a threshold or a plurality of temperature thresholds in a range of temperatures below + 200°C and preferably between +50°C and +180°C, with a precision of less than 10°C by a change in color of the exposed surface.
D’autres solutions existent utilisant des pigments inorganiques thermosensibles pour des températures d’expositions entre +250°C et +1200 °C, comme les solutions décrites dans la demande de brevet WO 2009/083729 A1. Néanmoins, ces solutions ne permettent pas d’atteindre de très hautes températures, de +1200°C à +1670 °C, et ces solutions ne présentent pas par ailleurs une émissivité contrôlée, utilisées afin d’éviter tout phénomènes de surchauffes induits par le revêtement lui-même sur la structure recouverte. De plus, ces solutions ne permettent pas d’obtenir de mesures fines des températures d’exposition des structures car seuls des isothermes sont accessibles.Other solutions exist using heat-sensitive inorganic pigments for exposure temperatures between +250°C and +1200°C, such as the solutions described in patent application WO 2009/083729 A1. Nevertheless, these solutions do not make it possible to reach very high temperatures, from +1200°C to +1670°C, and these solutions do not moreover have a controlled emissivity, used in order to avoid any phenomena of overheating induced by the coating itself on the covered structure. In addition, these solutions do not make it possible to obtain fine measurements of the exposure temperatures of the structures because only isotherms are accessible.
L’invention a pour but de remédier à tout ou partie des inconvénients précités et notamment à fournir un revêtement thermosensible configuré pour permettre la cartographie thermique continue des pièces revêtues préalablement dudit revêtement thermosensible dans une gamme de températures comprises entre +600°C et +1670°C.The object of the invention is to remedy all or part of the aforementioned drawbacks and in particular to provide a heat-sensitive coating configured to allow continuous thermal mapping of parts previously coated with said heat-sensitive coating in a range of temperatures between +600°C and +1670 °C.
À cet effet, l’invention a pour objet un revêtement thermosensible présentant sous une excitation électromagnétique une luminescence détectable, ledit revêtement thermosensible comprenant au moins une matrice réalisée au moins à partir d’un liant céramique, au moins un premier composant photoluminescent thermosensible et au moins un deuxième composant photoluminescent thermosensible ou non thermosensible et préférentiellement non thermosensible , ledit revêtement thermosensible présentant une évolution continue de sa photoluminescence dans la gamme de température de +600 °C à +1670 °C. L’invention permet de cartographier thermiquement à température ambiante et après exposition en température, des pièces revêtues préalablement par le revêtement thermosensible selon l’invention dans une gamme de températures comprises entre +600 °C et +1670 °C, et ce, quel que soit les conditions environnementales, c’est-à-dire quel que soit l'environnement gazeux, la pression (sous vide, à pression atmosphérique, sous conditions plasma), les hauts flux thermiques. L’association des composants photoluminescents avec le liant céramique comme matrice du revêtement permet de préserver les éléments thermosensibles de toute interaction et diffusion chimique avec l’environnement gazeux extérieur et ses fluctuations (pression, mélange, plasma…). En outre, le liant céramique permet d’assurer la transmission du signal de photoluminescence sans le perturber optiquement. En outre, l’application d’un tel revêtement partiellement ou totalement sur une structure de type protection thermique, permet d’introduire un marquage thermique intelligent à la structure ainsi fonctionnalisée, et ce dans l’optique de détecter des surchauffes de la pièce portant cette structure et de simplifier les opérations de maintenance de la pièce.To this end, the subject of the invention is a heat-sensitive coating exhibiting detectable luminescence under electromagnetic excitation, said heat-sensitive coating comprising at least one matrix made at least from a ceramic binder, at least one first heat-sensitive photoluminescent component and at least at least one second heat-sensitive or non-heat-sensitive and preferably non-heat-sensitive photoluminescent component, said heat-sensitive coating exhibiting a continuous evolution of its photoluminescence in the temperature range from +600°C to +1670°C. The invention makes it possible to thermally map at room temperature and after exposure to temperature, parts previously coated with the heat-sensitive coating according to the invention in a range of temperatures between +600°C and +1670°C, and this, whatever or the environmental conditions, that is to say whatever the gaseous environment, the pressure (under vacuum, at atmospheric pressure, under plasma conditions), the high heat fluxes. The combination of photoluminescent components with the ceramic binder as the matrix of the coating makes it possible to preserve the heat-sensitive elements from any interaction and chemical diffusion with the external gaseous environment and its fluctuations (pressure, mixture, plasma, etc.). In addition, the ceramic binder ensures the transmission of the photoluminescence signal without disturbing it optically. In addition, the application of such a coating partially or totally on a structure of the thermal protection type, makes it possible to introduce an intelligent thermal marking to the structure thus functionalized, and this with a view to detecting overheating of the part carrying this structure and to simplify the maintenance operations of the part.
Selon une caractéristique de l'invention, le liant céramique de la matrice du revêtement est composé notamment d’aluminosilicates et de silicates de sodium, ce qui permet d’assurer une tenue globale et une bonne homogénéisation des composants présents dans le revêtement à hautes températures.According to one characteristic of the invention, the ceramic binder of the coating matrix is composed in particular of aluminosilicates and sodium silicates, which makes it possible to ensure overall strength and good homogenization of the components present in the coating at high temperatures. .
Par exemple, le liant céramique peut être le produit de la société COTRONICS commercialisé sous la référence « Resbond 793 » ou le produit de la société AREMCO commercialisé sous la référence « 644-S ».For example, the ceramic binder can be the product from COTRONICS sold under the reference “Resbond 793” or the product from AREMCO sold under the reference “644-S”.
Selon une caractéristique de l'invention, le liant céramique de la matrice du revêtement est optiquement transparent dans le spectre du visible.According to one characteristic of the invention, the ceramic binder of the coating matrix is optically transparent in the visible spectrum.
Selon une caractéristique de l'invention, chaque composant peut se présenter sous la forme de poudre.According to one characteristic of the invention, each component can be in the form of a powder.
Selon une caractéristique de l'invention, le revêtement peut comprendre un agent thixotrope afin de réaliser une solution liquide globale plus facile à mettre en œuvre.According to one characteristic of the invention, the coating may comprise a thixotropic agent in order to produce an overall liquid solution that is easier to implement.
Selon une caractéristique de l'invention, l’agent thixotrope représente de 5 à 6 % du revêtement en volume.According to one characteristic of the invention, the thixotropic agent represents 5 to 6% of the coating by volume.
Préférentiellement, l’agent thixotrope peut être par exemple un produit de la marque Laponite commercialisé sous la référence « RDS » ou un produit de la société Crayvallac commercialisé sous la référence « LA 350 » dont le fournisseur est la société Chimilab Essor. Cet agent permet également d’éviter les problèmes de décantation des composants dans le liant.Preferably, the thixotropic agent may for example be a product of the Laponite brand marketed under the reference “RDS” or a product from the company Crayvallac marketed under the reference “LA 350” whose supplier is the company Chimilab Essor. This agent also avoids the problems of settling of the components in the binder.
Selon une caractéristique de l'invention, le revêtement comprend au moins un troisième composant comprenant au moins des particules à forte émissivité non photoluminescentes. Ainsi, l’émissivité du revêtement est contrôlée de façon optimisée selon le besoin d’une forte ou faible émissivité globale. Ce contrôle d’émissivité est particulièrement avantageux pour des applications dans le domaine spatial selon que l’on souhaite une forte réflectance (engins spatiaux soumis au rayonnement solaire comme les satellites) ou au contraire une forte émissivité (engins spatiaux pour les phases de ré-entrée atmosphérique comme les lanceurs réutilisables).According to one characteristic of the invention, the coating comprises at least one third component comprising at least non-photoluminescent high emissivity particles. Thus, the emissivity of the coating is controlled in an optimized manner according to the need for high or low overall emissivity. This emissivity control is particularly advantageous for applications in the space domain depending on whether a high reflectance is desired (spacecraft subjected to solar radiation such as satellites) or on the contrary a high emissivity (spacecraft for the reflection phases). atmospheric entry like reusable launchers).
Selon une caractéristique de l'invention, le premier composant comprend de l'oxyde d'aluminium pré-dopé au chrome de composition chimique Al2O3: Cr3+, dont la luminescence initiale a été modifiée par un traitement thermochimique. Avantageusement, le premier composant se présente sous la forme d’une poudre de grains d’oxyde d’aluminium pré-dopés au chrome.According to one characteristic of the invention, the first component comprises aluminum oxide pre-doped with chromium of chemical composition Al 2 O 3 : Cr 3+ , the initial luminescence of which has been modified by a thermochemical treatment. Advantageously, the first component is in the form of a powder of aluminum oxide grains pre-doped with chromium.
Préférentiellement, le premier composant est du corindon blanc micronisé, qui peut être par exemple celui référencé et commercialisé par la société EYRAUD sous la référence EK1200.Preferably, the first component is micronized white corundum, which may for example be that referenced and marketed by the company EYRAUD under the reference EK1200.
Dans la présente invention, le pré-dopage du premier composant consiste à :
- Imprégner à sec des particules d’alumines (corindon blanc micronisé) à l'aide d'une solution de nitrate ou une solution de chlorate de chrome, afin d’obtenir une poudre d’oxyde d’aluminium dite ainsi pré-dopée.
- Traiter thermiquement entre 600°C et 1000°C ladite poudre obtenue, préférentiellement le traitement thermique est réalisé dans un four à air chaud.
- Dry impregnate alumina particles (micronized white corundum) with a nitrate solution or a chromium chlorate solution, in order to obtain a so-called pre-doped aluminum oxide powder.
- Heat treating between 600° C. and 1000° C. said powder obtained, preferably the heat treatment is carried out in a hot air oven.
Dans la présente invention, on distingue le pré-dopage du premier composant d’un dopage classique car l’élément ion Cr3+est seulement positionné préférentiellement en surface des particules d’alumines et l’ion Cr3+ne diffusera dans les lacunes Al3+du réseau d’Al2O3qu’essentiellement sous l’effet de la température d’exposition. Le réseau d’alumine est constitué d’ion Al3+et d’ions O2- . In the present invention, the pre-doping of the first component is distinguished from conventional doping because the Cr 3+ ion element is only preferentially positioned on the surface of the alumina particles and the Cr 3+ ion will not diffuse into the vacancies. Al 3+ of the Al 2 O 3 lattice only essentially under the effect of the exposure temperature. The alumina network consists of Al 3+ ions and O 2- ions.
Dans la présente invention, les termes « corindon micronisé » désignent des particules d’alumines.In the present invention, the terms "micronized corundum" denote alumina particles.
La sensibilité de photoluminescence du premier composant prétraité thermiquement est optimisée par l’introduction de la quantité optimale d’ion Chrome Cr3+dans l’environnement du réseau d’alumine, sachant que la quantité de lacunes d’ions Al3+dans le réseau d’alumine à combler est limitée.The photoluminescence sensitivity of the thermally pretreated first component is optimized by introducing the optimum amount of Chrome Cr 3+ ion into the environment of the alumina lattice, knowing that the amount of Al 3+ ion vacancies in the alumina network to fill is limited.
Avantageusement, la sensibilité de photoluminescence du premier composant est optimisée pour des valeurs inférieures à 5 % moles de l’élément chrome introduites dans la matrice d’alumine alpha (corindon blanc micronisé).Advantageously, the photoluminescence sensitivity of the first component is optimized for values of less than 5% moles of the chromium element introduced into the alpha alumina matrix (micronized white corundum).
Selon une caractéristique de l'invention, le revêtement thermosensible présente un ratio volumique entre le premier composant photoluminescent thermosensible et le deuxième composant photoluminescent thermosensible ou non thermosensible et préférentiellement non thermosensible compris entre 70/100 et 90/100 en volume du premier composant et entre 30/100 et 10/100 en volume du deuxième composant.According to one characteristic of the invention, the heat-sensitive coating has a volume ratio between the first heat-sensitive photoluminescent component and the second heat-sensitive or non-heat-sensitive and preferably non-heat-sensitive photoluminescent component of between 70/100 and 90/100 by volume of the first component and between 30/100 and 10/100 by volume of the second component.
Selon une caractéristique de l'invention, le deuxième composant est préférentiellement un oxyde d’yttrium dopé à l’Europium (Y2O3: Eu3+). Avantageusement, le deuxième composant ne présentera aucune évolution de sa photoluminescence en fonction de la température. Cette caractéristique est notamment due à la taille des ions Eu3+qui comblent les lacunes Y3+du réseau Y2O3.En effet, les ions Eu3+sont de taille conséquente, ce qui engendre une diffusion difficile sous l’effet de la température. Par exemple, les sociétés Merck-Sigma Aldrich, Rhodia, ou encore la société OSRAM produisent de façon commerciale de telles poudres micronisées d’oxyde d’yttrium dopée à l’Europium et de composition chimique Y2O3: Eu3+.According to one characteristic of the invention, the second component is preferably an yttrium oxide doped with europium (Y 2 O 3 : Eu 3+ ). Advantageously, the second component will not show any change in its photoluminescence as a function of temperature. This feature is particularly due to the size of Eu 3+ ions that fill gaps Y network 3+ Y 2 O 3. In fact, the Eu 3+ ions are of significant size, which results in a difficult broadcast due of the temperature. For example, the companies Merck-Sigma Aldrich, Rhodia, or even the company OSRAM commercially produce such micronized powders of yttrium oxide doped with Europium and of chemical composition Y 2 O 3 :Eu 3+ .
Selon une caractéristique de l'invention, le revêtement comprend au moins un troisième composant comprenant au moins des particules à forte émissivité non photoluminescentes. Ainsi, l’émissivité du revêtement est contrôlée de façon optimisée selon le besoin d’une forte ou faible émissivité globale. Ce contrôle d’émissivité est particulièrement avantageux pour des applications dans le domaine spatial selon que l’on souhaite une forte réflectance (engins spatiaux soumis au rayonnement solaire) ou au contraire une forte émissivité (engins spatiaux réutilisables pour les phases de ré-entrée atmosphérique).According to one characteristic of the invention, the coating comprises at least one third component comprising at least non-photoluminescent high emissivity particles. Thus, the emissivity of the coating is controlled in an optimized manner according to the need for high or low overall emissivity. This emissivity control is particularly advantageous for applications in the space domain depending on whether high reflectance is desired (spacecraft subjected to solar radiation) or on the contrary high emissivity (reusable spacecraft for atmospheric re-entry phases ).
Selon une caractéristique de l'invention, le troisième composant est un élément contaminant, préférentiellement à base de particules de Carbone. Avantageusement, la présence d’un élément contaminant dans le revêtement permet de contrôler les valeurs d’émissivité dudit revêtement.According to one characteristic of the invention, the third component is a contaminating element, preferably based on carbon particles. Advantageously, the presence of a contaminating element in the coating makes it possible to control the emissivity values of said coating.
Selon une caractéristique de l'invention, le troisième composant peut comprendre des particules de Carbure de silicium (SiC).According to one characteristic of the invention, the third component may comprise particles of silicon carbide (SiC).
Selon une caractéristique de l'invention, le troisième composant représente, en volume, une valeur comprise entre 0 à 30%. Si la valeur est proche de 0%, on considère que le revêtement est à forte réflectance et si la valeur est proche de 30 %, on considère le revêtement comme un revêtement à forte émissivité. Avantageusement, le troisième composant présente une proportion comprise entre 10 et 15 % de carbone ou de Carbure de Silicium, soit 1,9 à 2,3 g/cm3 en poids, soit 20 à 30 % en volume sur le volume global du revêtement.According to one characteristic of the invention, the third component represents, by volume, a value of between 0 and 30%. If the value is close to 0%, the coating is considered to be high reflectance and if the value is close to 30%, the coating is considered to be a high emissivity coating. Advantageously, the third component has a proportion of between 10 and 15% carbon or silicon carbide, ie 1.9 to 2.3 g/cm3 by weight, ie 20 to 30% by volume on the overall volume of the coating.
Selon une caractéristique de l'invention, le revêtement présente une épaisseur comprise entre 1 µm et 500 µm, préférentiellement entre 1 et 200 µm. Ainsi, pour une épaisseur de revêtement thermosensible selon l’invention, comprise entre 1 µm et 200 µm, la mesure de photoluminescence pour une température d’exposition donnée et une durée d’exposition donnée est conditionnée en partie par le volume excité par les UVA.According to one characteristic of the invention, the coating has a thickness of between 1 μm and 500 μm, preferably between 1 and 200 μm. Thus, for a heat-sensitive coating thickness according to the invention, comprised between 1 μm and 200 μm, the photoluminescence measurement for a given exposure temperature and a given exposure time is conditioned in part by the volume excited by UVA .
L’invention a également pour objet une utilisation revêtement thermosensible selon l’invention, comme peinture applicable sur une pièce ou structure plane ou tridimensionnelle.The invention also relates to a heat-sensitive coating use according to the invention, as a paint applicable to a flat or three-dimensional part or structure.
Dans la présente invention, on entend par peinture un produit liquide ou en poudrecomposé de pigments thermochromes, d’éléments contaminants et d'un liant, utilisé pour recouvrir une surface. L’utilisation d’un agent thixotrope en complément des pigments, des éléments contaminants et du liant dans la présente invention permet une meilleure utilisation de la peinture en assurant le contrôle de sa viscosité et la bonne dispersion entre les pigments et le liant. La peinture sera appliquée par des moyens de projection sous air comprimé préférentiellement, mais la peinture pourra aussi être appliquée en co-projection avec des particules abrasives par exemple afin de préparer les surfaces à revêtir.In the present invention, paint means a liquid or powder product composed of thermochromic pigments, contaminants and a binder, used to cover a surface. The use of a thixotropic agent in addition to the pigments, the contaminants and the binder in the present invention allows better use of the paint by ensuring control of its viscosity and good dispersion between the pigments and the binder. The paint will be applied by spraying means under compressed air preferably, but the paint may also be applied in co-spray with abrasive particles, for example in order to prepare the surfaces to be coated.
L’invention a également pour objet une barrière thermique comprenant au moins un revêtement thermosensible selon l’invention et au moins une pièce ou une structure, plane ou tridimensionnelle, ledit revêtement thermosensible étant appliqué sur au moins une portion de la pièce ou la structure.The invention also relates to a thermal barrier comprising at least one heat-sensitive coating according to the invention and at least one part or structure, flat or three-dimensional, said heat-sensitive coating being applied to at least a portion of the part or the structure.
L’invention a également pour objet un procédé de cartographie thermique d’au moins une pièce ou structure revêtue d’un revêtement thermosensible selon l’invention, le procédé comprenant au moins les étapes suivantes :
- Excitation par UVA de longueur d’onde comprise entre 315 nm et 400 nm proche du visible ou par une lampe dans le spectre du visible,
- Acquisition de données de photoluminescence provenant du premier composant et/ou du second composant du revêtement appliqué, préférentiellement par un capteur photographique associé à un filtre interférentiel pour le premier composant et/ou un filtre interférentiel pour le deuxième composant, par mesure du rayonnement électromagnétique du premier composant et/ou du rayonnement électromagnétique du deuxième composant, et conversion dudit rayonnement électromagnétique en un signal électrique analogique,
- Représentation du signal électrique analogique, obtenu lors de l’étape de conversion, en au moins une image,
- Traitement de chaque image obtenue en étape de représentation, le traitement consistant à faire correspondre l’intensité de chaque pixel de chaque image en une température maximale atteinte.
- Excitation by UVA with a wavelength between 315 nm and 400 nm close to the visible or by a lamp in the visible spectrum,
- Acquisition of photoluminescence data originating from the first component and/or from the second component of the coating applied, preferably by a photographic sensor associated with an interference filter for the first component and/or an interference filter for the second component, by measuring the electromagnetic radiation of the first component and/or electromagnetic radiation from the second component, and conversion of said electromagnetic radiation into an analog electrical signal,
- Representation of the analog electrical signal, obtained during the conversion step, in at least one image,
- Processing of each image obtained in the representation step, the processing consisting in matching the intensity of each pixel of each image to a maximum temperature reached.
Avantageusement, la cartographie thermique de pièces ou structures revêtues d’un revêtement est avantageuse puisque ledit revêtement garde en mémoire la température maximale atteinte.Advantageously, the thermal mapping of parts or structures coated with a coating is advantageous since said coating stores the maximum temperature reached in memory.
Avantageusement, les informations de photoluminescence sont restituées sous forme d’intensités différentes en fonction des températures atteintes dans chaque zone de la pièce ou la structure revêtue du revêtement selon l’invention, ceci étant possible car l’intensité est proportionnelle à la température vue par le revêtement.Advantageously, the photoluminescence information is restored in the form of different intensities depending on the temperatures reached in each zone of the part or the structure coated with the coating according to the invention, this being possible because the intensity is proportional to the temperature seen by the coating .
Avantageusement, la cartographie thermique est réalisée à température ambiante.Advantageously, the thermal mapping is carried out at room temperature.
Selon une caractéristique de l'invention, les étapes d’acquisition, de conversion et de représentation sont réalisées par un système de lecture comprenant préférentiellement une caméra numérique à dispositif de transfert de charge (CCD) couplée à un capteur photographique, préférentiellement un capteur à dispositif de transfert de charge.According to one characteristic of the invention, the steps of acquisition, conversion and representation are carried out by a reading system preferably comprising a digital camera with charge transfer device (CCD) coupled to a photographic sensor, preferably a sensor with charge transfer device.
Selon une caractéristique de l'invention, l’étape de traitement est réalisée par un logiciel de traitement d’images configuré pour convertir les données de photoluminescence en données de températures maximales atteintes lors des étapes de sollicitations thermiques.According to one characteristic of the invention, the processing step is carried out by image processing software configured to convert the photoluminescence data into maximum temperature data reached during the thermal stress steps.
Préférentiellement, le capteur photographique présente une bonne sensibilité dans le spectre visible et notamment dans le rouge, entre 600 nm et 750 nm.Preferably, the photographic sensor has good sensitivity in the visible spectrum and in particular in the red, between 600 nm and 750 nm.
Selon une caractéristique de l'invention, le capteur photographique est un capteur à dispositif de transfert de charge, appelé également CCD (Charge-coupled device).
Alternativement, le capteur photographique est un capteur CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor).According to one characteristic of the invention, the photographic sensor is a sensor with charge transfer device, also called CCD (Charge-coupled device).
Alternatively, the photographic sensor is a CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) sensor.
Un exemple de filtre interférentiel utilisé pour le suivi de photoluminescence du premier composant du revêtement selon l’invention peut être un filtre interférentiel commercialisé par la société Trioptics France. Dans cet exemple de filtre interférentiel, le filtre interférentiel a une bande passante centrée sur la longueur d’onde à 694 nm avec une largeur à mi-hauteur FWHM = 10+/- 2 nm. Dans cet exemple de filtre interférentiel, la transmission optique du filtre interférentiel est supérieure à 70 %. Dans cet exemple de filtre interférentiel, le filtre interférentiel présente un diamètre de 12,5 mm, configuré pour s’adapter sur un objectif optique intégré d’une caméra à dispositif de transfert de charge.An example of an interference filter used for monitoring the photoluminescence of the first component of the coating according to the invention may be an interference filter marketed by the company Trioptics France. In this interference filter example, the interference filter has a bandwidth centered on the wavelength at 694 nm with a width at half maximum FWHM = 10 +/- 2 nm. In this example of interference filter, the optical transmission of the interference filter is greater than 70%. In this interference filter example, the interference filter is 12.5 mm in diameter, configured to fit over an integrated optical lens of a CCD camera.
Un exemple de filtre interférentiel utilisé pour le suivi de photoluminescence du second composant du revêtement selon l’invention peut être un filtre interférentiel commercialisé par la société EO Edmund optics. Dans cet exemple de filtre interférentiel, le filtre interférentiel a une bande passante centrée sur la longueur d’onde à 610 nm avec une largeur à mi-hauteur FWHM = 10+/- 2 nm. Dans cet exemple de filtre interférentiel, la transmission optique du filtre interférentiel est supérieure à 45 %. Dans cet exemple de filtre interférentiel, le filtre interférentiel présente un diamètre de 12,5 mm, configuré pour s’adapter sur un objectif optique intégré d’une caméra à dispositif de transfert de chargeAn example of an interference filter used for monitoring the photoluminescence of the second component of the coating according to the invention may be an interference filter marketed by the company EO Edmund Optics. In this interference filter example, the interference filter has a bandwidth centered on the wavelength at 610 nm with a width at half maximum FWHM = 10 +/- 2 nm. In this example of interference filter, the optical transmission of the interference filter is greater than 45%. In this interference filter example, the interference filter has a diameter of 12.5 mm, configured to fit over an integrated optical lens of a CCD camera
Selon une caractéristique de l'invention, le procédé de cartographie comprend une étape de collecte d’information portant sur l’épaisseur du revêtement thermosensible. Cette étape de collecte d’information portant sur l’épaisseur est directement liée à la valeur d’intensité de photoluminescence I2provenant du second composant du revêtement.According to one characteristic of the invention, the mapping method comprises a step of collecting information relating to the thickness of the heat-sensitive coating. This step of collecting information relating to the thickness is directly linked to the photoluminescence intensity value I 2 originating from the second component of the coating.
Dans l’étape de traitement de chaque image, on réalisera préférentiellement le suivi de la valeur du ratio de l’intensité de photoluminescence provenant du premier composant thermosensible I1par l’intensité de photoluminescence provenant du second composant non thermosensible I2, soit I1/ I2.In the step of processing each image, the value of the ratio of the intensity of photoluminescence coming from the first heat-sensitive component I 1 will preferably be monitored by the intensity of photoluminescence coming from the second non-heat-sensitive component I 2 , i.e. I 1 / I 2 .
Selon une caractéristique de l'invention, le procédé de cartographie comprend une étape préalable de calibration consistant à exposer un ou des coupons étalon sur lesquels le revêtement thermosensible selon l’invention est appliqué, à différentes températures selon un cycle thermique représentatif d’un cycle thermique réel de la ou des pièces revêtues du revêtement thermique, que l’on souhaite cartographier.According to one characteristic of the invention, the mapping method comprises a prior calibration step consisting in exposing one or more standard coupons on which the heat-sensitive coating according to the invention is applied, at different temperatures according to a thermal cycle representative of a cycle actual thermal of the part(s) coated with the thermal coating, which one wishes to map.
Avantageusement, le ou les coupons-étalon établis pour différentes températures maximales atteintes au cours du cycle thermique permettent d’établir des courbes d’évolution de la photoluminescence du revêtement thermosensible selon l’invention : photoluminescence = f(T°).Advantageously, the standard coupon(s) established for various maximum temperatures reached during the thermal cycle make it possible to establish curves of evolution of the photoluminescence of the heat-sensitive coating according to the invention: photoluminescence=f(T°).
Selon une caractéristique de l'invention, l’exposition du ou des coupons étalons est réalisée préférentiellement dans un four de calibration.According to one characteristic of the invention, the exposure of the standard coupon(s) is preferably carried out in a calibration furnace.
Selon une caractéristique de l'invention, l’étape de traitement est basée sur l’étape préalable de calibration, par comparaison des données de calibration avec les données acquises.According to one characteristic of the invention, the processing step is based on the prior calibration step, by comparing the calibration data with the acquired data.
Selon une caractéristique de l'invention, la cartographie issue du procédé selon l’invention peut être obtenue pour des pièces planes, en deux dimensions, ou structures préalablement revêtues par le revêtement thermosensible selon l’invention.According to one characteristic of the invention, the cartography resulting from the method according to the invention can be obtained for flat parts, in two dimensions, or structures previously coated with the heat-sensitive coating according to the invention.
Selon une caractéristique de l'invention, la cartographie issue du procédé selon l’invention peut être obtenue pour des pièces complexes, en trois dimensions, ou structures préalablement revêtues par le revêtement thermosensible selon l’invention.According to one characteristic of the invention, the mapping resulting from the method according to the invention can be obtained for complex parts, in three dimensions, or structures previously coated with the heat-sensitive coating according to the invention.
Avantageusement, pour des pièces complexes, le principe de réalisation est de coupler un bras de mesure tridimensionnel à une à une fibre UV et de synchroniser la prise de mesure des coordonnées dans l’espace X, Y et Z de la surface des pièces en trois dimensions et les acquisitions de la photoluminescence par le système de lecture, préférentiellement une caméra à dispositif de transfert de charge.Advantageously, for complex parts, the production principle is to couple a three-dimensional measuring arm to one to a UV fiber and to synchronize the measurement of the coordinates in space X, Y and Z of the surface of the parts in three dimensions and the acquisitions of the photoluminescence by the reading system, preferably a camera with a charge transfer device.
En outre, pour des pièces complexes, la source UVA utilisée provient préférentiellement d’une fibre optique couplée à un bras tridimensionnel.In addition, for complex parts, the UVA source used preferably comes from an optical fiber coupled to a three-dimensional arm.
L’invention a également pour objet un second moyen de cartographie via des mesures de durée de vie du signal de photoluminescence d’au moins une pièce ou structure revêtue d’un revêtement thermosensible selon l’invention, le procédé comprenant au moins les étapes suivantes :
- Excitation par source LED ou laser pulsé dans le spectre UV ou visible.
- Acquisition d’information de durée de vie de photoluminescence provenant du premier composant du revêtement appliqué, préférentiellement par un capteur photographique ou un photomultiplicateur (PM) associé à un filtre interférentiel, le système d’acquisition étant synchroniser avec la source d’excitation.
- Conversion de la durée de vie du rayonnement électromagnétique du premier composant en un signal électrique analogique.
- Représentation du signal électrique analogique, obtenu lors de l’étape de conversion, en au moins une image,
- Traitement de chaque image obtenue en étape de représentation, le traitement consistant à faire correspondre le temps de vie de photoluminescence de chaque pixel de chaque image en une température.The invention also relates to a second means of mapping via lifetime measurements of the photoluminescence signal of at least one part or structure coated with a heat-sensitive coating according to the invention, the method comprising at least the following steps :
- Excitation by LED source or pulsed laser in the UV or visible spectrum.
- Acquisition of photoluminescence lifetime information originating from the first component of the applied coating, preferably by a photographic sensor or a photomultiplier (PM) associated with an interference filter, the acquisition system being synchronized with the excitation source.
- Conversion of the lifetime of the electromagnetic radiation of the first component into an analog electrical signal.
- Representation of the analog electrical signal, obtained during the conversion step, in at least one image,
- Processing of each image obtained in the representation step, the processing consisting in matching the photoluminescence lifetime of each pixel of each image to a temperature.
Dans le cas de cartographie thermique réalisée par des mesures temporelles, c’est-à-dire via des informations de durée de vie de photoluminescence, le capteur photographique de la caméra ou du photomultiplicateur (PM) devra couvrir des temps de réponses allant de 0,1 µs à plusieurs ms.In the case of thermal mapping carried out by temporal measurements, that is to say via photoluminescence lifetime information, the photographic sensor of the camera or of the photomultiplier (PM) must cover response times ranging from 0 .1 µs to several ms.
L'invention sera mieux comprise, grâce à la description ci-après, qui se rapporte à des exemples de réalisation selon la présente invention, donnés à titre d’exemples non limitatifs et expliqués avec référence aux figures schématiques annexées. Les figures schématiques annexées sont listées ci-dessous :
- La figure 1
- La figure 2 [Fig.2] est un graphique représentant l’évolution de la photoluminescence du premier composant,
- La figure 3 [Fig.3] est un graphique représentant l’évolution de la photoluminescence du premier composant comparativement à l’évolution de la photoluminescence du deuxième composant,
- La figure 4 [Fig.4] est un graphique illustrant le phénomène d’influence de l’épaisseur du revêtement thermosensible sur la mesure de photoluminescence pour des épaisseurs du revêtement comprises entre 1 µm et 200 µm.
- La figure 5 A [Fig.5A] est une illustration du test à la flamme sur une maquette d’engin spatial réutilisable recouvert du revêtement selon l’invention.
- La figure 5B [Fig.5B] est une illustration de l’analyse après le test à la flamme sur une maquette d’engin spatial réutilisable recouvert du revêtement selon l’invention.
- La figure 6 [Fig.6] est une illustration des équipements nécessaires pour procéder à la cartographie thermique de pièces complexes ou structures selon l’invention.
- Figure 1
- Figure 2 [Fig.2] is a graph representing the evolution of the photoluminescence of the first component,
- Figure 3 [Fig.3] is a graph representing the evolution of the photoluminescence of the first component compared to the evolution of the photoluminescence of the second component,
- FIG. 4 [Fig.4] is a graph illustrating the phenomenon of influence of the thickness of the heat-sensitive coating on the measurement of photoluminescence for thicknesses of the coating comprised between 1 μm and 200 μm.
- Figure 5A [Fig.5A] is an illustration of the flame test on a reusable spacecraft model covered with the coating according to the invention.
- Figure 5B [Fig.5B] is an illustration of the analysis after the flame test on a model of a reusable spacecraft covered with the coating according to the invention.
- FIG. 6 [Fig.6] is an illustration of the equipment necessary to carry out thermal mapping of complex parts or structures according to the invention.
DESCRIPTION DETAILLEE DES FIGURESDETAILED DESCRIPTION OF FIGURES
Plus particulièrement, la figure 2
La figure 3
En figure 4
La figure 5 A
La figure 5 B
La figure 6
PARTIE EXPERIMENTALEEXPERIMENTAL PART
Des expérimentations ont été réalisées avec des revêtements thermosensibles selon l’invention appliqués sur différentes pièces ou structures.Experiments have been carried out with heat-sensitive coatings according to the invention applied to different parts or structures.
Exemple 1 – Revêtement thermosensible selon l’invention déposé sur un divergent de lanceur spatial en matériau métallique (support Inconel – Alliage base Nickel) puis testé lors d’un tir en conditions réelles sur le site de Snecma Vernon. Example 1 – Heat-sensitive coating according to the invention deposited on a space launcher diverger in metallic material (Inconel support – Nickel-based alloy) then tested during firing in real conditions on the Snecma Vernon site.
Le revêtement thermosensible selon l’invention a été utilisé au cours d’une campagne de 24 essais sur un divergent en matériau Inconel (alliage base Nickel) de lanceur spatial (Ariane 5).The heat-sensitive coating according to the invention was used during a campaign of 24 tests on a divergent in Inconel material (Nickel-based alloy) of a space launcher (Ariane 5).
Les procédures utilisées et préparation du revêtement thermosensible sont par ordre chronologique:
- Préparation du revêtement et mise en solution liquide selon le tableau de composition suivant :
(EK1200 pré-dopée)
- Préparation préalable de surfaces métalliques du divergent en Inconel avant dépôt par nettoyage à l’acétone puis sablage des surfaces afin d’obtenir une surface non oxydée et rugueuse propice à une meilleure accroche du revêtement thermosensible.
- Dépôt par spray coating (projection par pistolet pneumatique) entre 0,3 et 1, 5 Bars de pression pour réalisation de revêtements thermosensibles d’épaisseur moyenne de 50 µm après séchage.
- Séchage des revêtements thermosensibles de 2 heures à +300 °C.
- Preparation of the coating and liquid solution according to the following composition table:
(EK1200 pre-doped)
- Prior preparation of the metal surfaces of the Inconel divergent before deposition by cleaning with acetone then sandblasting the surfaces in order to obtain a non-oxidized and rough surface conducive to better adhesion of the heat-sensitive coating.
- Deposition by spray coating (projection by pneumatic gun) between 0.3 and 1.5 Bars of pressure for the production of heat-sensitive coatings with an average thickness of 50 µm after drying.
- Drying of heat-sensitive coatings for 2 hours at +300°C.
Les acquisitions d’images de photoluminescence sont réalisées après test en température, c’est-à-dire après le tir en conditions réelles d’un lancement d’une fusée ARIANE 5.Acquisitions of photoluminescence images are carried out after temperature testing, i.e. after firing in real conditions of an ARIANE 5 rocket launch.
Les conditions environnementales lors des tirs en configuration réelle sont les suivantes :
- Flux thermique = 10 MW/m2
- Durée du tir : 10 minutes
- Environnement gazeux : H2/ H20 – ambiance réductrice -
- Heat flux = 10 MW/m 2
- Shooting time: 10 minutes
- Gaseous environment: H 2 / H 2 0 – reducing atmosphere -
Le principe est que la peinture garde en mémoire la température maximum atteinte. Puis, sous excitation UVA, cette information est restituée sous forme d’intensités différentes en fonction des températures atteintes dans chaque zone.The principle is that the paint remembers the maximum temperature reached. Then, under UVA excitation, this information is returned in the form of different intensities depending on the temperatures reached in each zone.
Une fois les images prises, il faut traiter chaque image avec un logiciel, qui retransmet l’intensité de chaque pixel en température : l’intensité étant proportionnelle à la température maximum atteinte par le revêtement thermosensible. Des courbes d’étalonnage du revêtement thermosensible sont préalablement réalisées à cet effet.Once the images have been taken, each image must be processed with software, which retransmits the intensity of each pixel as a temperature: the intensity being proportional to the maximum temperature reached by the heat-sensitive coating. Calibration curves of the heat-sensitive coating are previously produced for this purpose.
Les cartographies thermiques pour des surfaces préalablement revêtues de revêtements thermosensibles photoluminescents sont réalisées à température ambiante après les tirs à très hautes températures selon la procédure décrite précédemment pour des configurations planes (2D).The thermal maps for surfaces previously coated with photoluminescent thermosensitive coatings are carried out at room temperature after firing at very high temperatures according to the procedure described above for flat configurations (2D).
Exemple 2 – Revêtement thermosensible selon l’invention déposé sur une protection thermique d’engin spatial réutilisable – TPS (Thermal Protective System) – matériaux supports en PM2000 et C/SiC (CMC).Example 2 – Heat-sensitive coating according to the invention deposited on a reusable spacecraft thermal protection – TPS (Thermal Protective System) – support materials in PM2000 and C/SiC (CMC).
Le revêtement thermosensible a été utilisé dans le cadre d’un projet européen de protection thermique ‘intelligente’ métallique en PM200 (smart Thermal protection systems ) utilisée sur des engins spatiaux. Les conditions d’essais sont similaires aux conditions réelles qu’une protection thermique rencontre lors de la ré-entrée atmosphérique de navettes spatiales ou de lanceurs réutilisables.The thermosensitive coating was used in the framework of a European project for ‘intelligent’ metallic thermal protection in PM200 (smart Thermal protection systems) used on spacecraft. The test conditions are similar to the real conditions that a thermal protection encounters during the atmospheric re-entry of space shuttles or reusable launchers.
De la même façon des surfaces de bouclier thermique en matériau composite C/SiC, appelé encore shingle, ont été revêtues du revêtement thermosensible selon l’invention, avant d’être testées sur un banc d’essai chez ASTRIUM : le banc SIMOUN.In the same way, heat shield surfaces made of C/SiC composite material, also called shingle, were coated with the heat-sensitive coating according to the invention, before being tested on a test bench at ASTRIUM: the SIMOUN bench.
Les procédures utilisées et préparation du revêtement thermosensible sont par ordre chronologique:
- Préparation du revêtement et mise en solution liquide selon le tableau de composition suivant :
(EK1200 pré-dopée)
0,25 g à 1 g
- Préparation préalable de surfaces métalliques PM200 avant dépôt par nettoyage à l’acétone puis sablage des surfaces afin d’obtenir une surface non oxydée et rugueuse propice à une meilleure accroche du revêtement thermosensible. Pour les surfaces en C/SiC, aucun sablage préalable des surfaces n’est effectué.
- Dépôt par spray coating (projection par pistolet pneumatique) entre 0,3 et 1, 5 Bars de pression pour réalisation de revêtements thermosensibles d’épaisseur moyenne de 50 µm après séchage.
- Séchage des revêtements thermosensibles de 2 heures à +300 °C.
- Preparation of the coating and liquid solution according to the following composition table:
(EK1200 pre-doped)
0.25g to 1g
- Prior preparation of PM200 metal surfaces before depositing by cleaning with acetone then sandblasting the surfaces in order to obtain a non-oxidized and rough surface conducive to better adhesion of the heat-sensitive coating. For C/SiC surfaces, no preliminary sandblasting of the surfaces is carried out.
- Deposition by spray coating (projection by pneumatic gun) between 0.3 and 1.5 Bars of pressure for the production of heat-sensitive coatings with an average thickness of 50 µm after drying.
- Drying of heat-sensitive coatings for 2 hours at +300°C.
Les acquisitions d’images de photoluminescence sont réalisées après test en température, c’est-à-dire après un essai sous hauts flux thermiques similaire aux conditions réelles d’une ré-entrée atmosphériqueThe acquisitions of photoluminescence images are carried out after temperature testing, i.e. after a test under high thermal fluxes similar to the real conditions of an atmospheric re-entry
Les conditions environnementales lors des tirs en configuration réelle sont les suivantes :
- Flux thermique = 1 MW/m2
- Durée du tir : 10 à 13 minutes
- Environnement gazeux : P=1 mBar à 1000 mBar et sous plasma
- Heat flux = 1 MW/m 2
- Shooting time: 10 to 13 minutes
- Gaseous environment: P=1 mBar at 1000 mBar and under plasma
Le principe est que la peinture garde en mémoire la température maximum atteinte. Puis, sous excitation UVA, cette information est restituée sous forme d’intensités différentes en fonction des températures atteintes dans chaque zone.The principle is that the paint remembers the maximum temperature reached. Then, under UVA excitation, this information is returned in the form of different intensities depending on the temperatures reached in each zone.
Une fois les images prises, il faut traiter chaque image avec un logiciel, qui retransmet l’intensité de chaque pixel en température : l’intensité étant proportionnelle à la température maximum atteinte par le revêtement thermosensible. Des courbes d’étalonnage du revêtement thermosensible sont préalablement réalisées à cet effet.Once the images have been taken, each image must be processed with software, which retransmits the intensity of each pixel as a temperature: the intensity being proportional to the maximum temperature reached by the heat-sensitive coating. Calibration curves of the heat-sensitive coating are previously produced for this purpose.
Les cartographies thermiques pour des surfaces préalablement revêtues de revêtements thermosensibles photoluminescents sont réalisées à température ambiante après les tirs à très hautes températures selon la procédure décrite précédemment pour des configurations planes (2D). The thermal maps for surfaces previously coated with photoluminescent heat-sensitive coatings are carried out at room temperature after firing at very high temperatures according to the procedure described above for flat configurations (2D).
Exemple 3 – Revêtement thermosensible selon l’invention déposé à l’intérieur d’une section de statoréacteur – matériaux supports en Zircone Yttriée (ZrO2 – Y2O3 (8%) sur un banc d’essai à l’ONERA Example 3 – Heat-sensitive coating according to the invention deposited inside a section of a ramjet – supporting materials in Yttriated Zirconia (ZrO2 – Y2O3 (8%) on a test bench at ONERA
Le revêtement thermosensible selon l’invention a été utilisé dans le cadre d’essai en conditions réelles d’un statoréacteur dont les sections internes sont recouvertes d’une protection thermique en Zircone yttriée (ZrO2 – Y2O3 8%).The heat-sensitive coating according to the invention was used in the context of testing in real conditions of a ramjet whose internal sections are covered with a thermal protection made of yttria-containing Zirconia (ZrO2 – Y2O3 8%).
Les procédures utilisées et préparation du revêtement thermosensible sont par ordre chronologique:
- Préparation du revêtement et mise en solution liquide selon le tableau de composition suivant :
(EK1200 pré-dopée)
- Préparation préalable de surfaces par nettoyage à l’acétone.
- Dépôt par spray coating (projection par pistolet pneumatique) entre 0,3 et 1, 5 Bars de pression pour réalisation de revêtements thermosensibles d’épaisseur moyenne de 50 µm après séchage.
- Séchage des revêtements thermosensibles de 2 heures à +300 °C.
- Preparation of the coating and liquid solution according to the following composition table:
(EK1200 pre-doped)
- Prior preparation of surfaces by cleaning with acetone.
- Deposition by spray coating (projection by pneumatic gun) between 0.3 and 1.5 Bars of pressure for the production of heat-sensitive coatings with an average thickness of 50 µm after drying.
- Drying of heat-sensitive coatings for 2 hours at +300°C.
Les acquisitions d’images de photoluminescence sont réalisées après test en température, c’est-à-dire après un essai sous hauts flux thermiques similaire aux conditions réelles d’utilisation des statoréacteursThe acquisitions of photoluminescence images are carried out after temperature testing, i.e. after a test under high thermal fluxes similar to the real conditions of use of ramjets
Les conditions environnementales lors des tirs en configuration réelle sont les suivantes :
- Flux thermique = 3,5 MW/m2
- Durée du tir : 18 secondes
- Environnement gazeux : inconnu
- Heat flux = 3.5 MW/m 2
- Shot duration: 18 seconds
- Gaseous environment: unknown
Le principe est que la peinture garde en mémoire la température maximum atteinte. Puis, sous excitation UVA, cette information est restituée sous forme d’intensités différentes en fonction des températures atteintes dans chaque zone.The principle is that the paint remembers the maximum temperature reached. Then, under UVA excitation, this information is returned in the form of different intensities depending on the temperatures reached in each zone.
Une fois les images prises, il faut traiter chaque image avec un logiciel, qui retransmet l’intensité de chaque pixel en température : l’intensité étant proportionnelle à la température maximum atteinte par le revêtement thermosensible. Des courbes d’étalonnage du revêtement thermosensible sont préalablement réalisées à cet effet.Once the images have been taken, each image must be processed with software, which retransmits the intensity of each pixel as a temperature: the intensity being proportional to the maximum temperature reached by the heat-sensitive coating. Calibration curves of the heat-sensitive coating are previously produced for this purpose.
Les cartographies thermiques pour des surfaces préalablement revêtues de revêtements thermosensibles photoluminescents sont réalisées à température ambiante après les tirs à très hautes températures selon la procédure décrite précédemment pour des configurations planes (2D).The thermal maps for surfaces previously coated with photoluminescent thermosensitive coatings are carried out at room temperature after firing at very high temperatures according to the procedure described above for flat configurations (2D).
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés aux figures annexées et aux exemples décrits. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments ou par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention. Of course, the invention is not limited to the embodiments described and represented in the appended figures and to the examples described. Modifications remain possible, in particular from the point of view of the constitution of the various elements or by substitution of technical equivalents, without thereby departing from the scope of protection of the invention.
Claims (17)
- Excitation par UVA de longueur d’onde comprise entre 315 nm et 400 nm proche du visible ou par une lampe dans le spectre du visible,
- Acquisition d’information d’intensité de photoluminescence provenant du premier composant et/ou du second composant du revêtement appliqué, préférentiellement par un capteur photographique associé à un filtre interférentiel pour le premier composant et/ou un filtre interférentiel pour le deuxième composant
- Conversion du rayonnement électromagnétique du premier composant en un signal électrique analogique et/ou conversion du rayonnement électromagnétique du deuxième composant en un signal électrique analogique,
- Représentation du signal électrique analogique, obtenu lors de l’étape de conversion, en au moins une image,
- Traitement de chaque image obtenue en étape de représentation, le traitement consistant à faire correspondre l’intensité de chaque pixel de chaque image en une température.
- Excitation by UVA with a wavelength between 315 nm and 400 nm close to the visible or by a lamp in the visible spectrum,
- Acquisition of photoluminescence intensity information originating from the first component and/or from the second component of the coating applied, preferably by a photographic sensor associated with an interference filter for the first component and/or an interference filter for the second component
- Conversion of the electromagnetic radiation from the first component into an analog electrical signal and/or conversion of the electromagnetic radiation from the second component into an analog electrical signal,
- Representation of the analog electrical signal, obtained during the conversion step, in at least one image,
- Processing of each image obtained in the representation step, the processing consisting in making the intensity of each pixel of each image correspond to a temperature.
- Excitation par source LED ou laser pulsé dans le spectre UV ou visible.
-Acquisition d’information de durée de vie de photoluminescence provenant du premier composant du revêtement appliqué, préférentiellement par un capteur photographique ou un photomultiplicateur (PM) associé à un filtre interférentiel, le système d’acquisition étant synchroniser avec la source d’excitation.
- Conversion de la durée de vie du rayonnement électromagnétique du premier composant en un signal électrique analogique.
- Représentation du signal électrique analogique, obtenu lors de l’étape de conversion, en au moins une image,
- Traitement de chaque image obtenue en étape de représentation, le traitement consistant à faire correspondre le temps de vie de photoluminescence de chaque pixel de chaque image en une température.
Method for mapping at least one part or structure coated with a heat-sensitive coating according to any one of Claims 1 to 10, the method comprising at least the following steps:
- Excitation by LED source or pulsed laser in the UV or visible spectrum.
-Acquisition of photoluminescence lifetime information originating from the first component of the applied coating, preferably by a photographic sensor or a photomultiplier (PM) associated with an interference filter, the acquisition system being synchronized with the excitation source.
- Conversion of the lifetime of the electromagnetic radiation of the first component into an analog electrical signal.
- Representation of the analog electrical signal, obtained during the conversion step, in at least one image,
- Processing of each image obtained in the representation step, the processing consisting in matching the photoluminescence lifetime of each pixel of each image to a temperature.
Priority Applications (2)
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|---|---|---|---|
| FR1902714A FR3093728B1 (en) | 2019-03-15 | 2019-03-15 | Controlled emissivity photoluminescent heat-sensitive coating |
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|---|---|---|---|
| FR1902714 | 2019-03-15 | ||
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| FR2836229A1 (en) * | 2002-02-15 | 2003-08-22 | Lilian Martinez | Control of the integrity and/or degradation of a coating involves using a coating that has detectable luminescence under electromagnetic excitation |
| WO2009083729A1 (en) | 2007-12-31 | 2009-07-09 | Southside Thermal Sciences (Sts) Limited | Determining thermal history of components |
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-
2019
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2020188157A1 (en) | 2020-09-24 |
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