BE898220A - Procédés pour former une couche protectrice de diffusion sur des alliages à base de nickel, de cobalt et/ou de fer. - Google Patents
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Abstract
Une forme de réalisation consiste : à déposer un revetement d'un platinoide sur les surfaces de la pièce à protéger; à former une couche de diffusion de platinoide et de chrome sur ces surfaces par chromisation en phase gazeuse, au-dessus d'une source de composés de chromisation en phases gazeuse, à une température élevée et hors de contact avec cette source; et à former sur ces surfaces une couche de diffusion constituée par un platinoide, le chrome et l'aluminium, en alumiinium ces surfaces à une température élevée.
Description
<Desc/Clms Page number 1> La Société dite : TURBINE COMPONENTS CORPORATION à Branford, New Haven County, Con. (Etats-Unis d'Amérique) "Procédés pour former une couche protectrice de EMI1.1 diffusion sur des alliages à base de nickel, de c cobalt et/ou de fer" C. I. : Demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique no 443. 036 déposée le 19 novembre 1982 aux noms de Srinivasan Shankar et G. William Goward dont la demanderesse est l'ayant droit. <Desc/Clms Page number 2> La présente invention est relative aux procédés pour former une couche protectrice de diffusion sur des alliages à base de nickel de cobalt et/ou de fer et en particulier à un procédé pour former une couche de diffusion de platine, de chrome et d'aluminium combinés sur des alliages à base de nickel, de cobalt et/ou de fer. Il est connu depuis longtemps d'appliquer une couche de diffusion d'aluminium sur des pièces en alliages à base de nickel, de cobalt et/ou de fer par des procédés de cémentation en caisse, qui prévoient la mise en place de ces pièces dans un lit d'un mélange pulvérulent consistant en une source d'aluminium et en une matière inerte et chauffé à une température élevée (par exemple 1400-2000 F (760-1093 C) ) pendant plusieurs heures, dans le but de diffuser l'aluminium dans les surfaces des pièces alliées traitées. Il a également été proposé d'améliorer la résistance à l'oxydation et à la corrosion de tels objets par un procédé consistant à munir d'abord la pièce alliée d'un revêtement d'un platinoide par un dépôt électrolytique ou un autre moyen et à aluminier ensuite la pièce platinée, en la soumettant à une cémentation en caisse. Un tel procédé est enseigné dans le brevet pris aux Etats-Unis d'Amérique au nom de Bungardt et consorts, sous le numéro 3.677. 789. Il a aussi été proposé, dans le brevet pris aux Etats-Unis d'Amérique au nom de Benden, sous le numéro 4.148. 275, d'aluminier par diffusion des canaux présents dans des pièces métalliques par un procédé consistant à relier les canaux à un répartiteur et à refouler un gaz porteur sur un lit chauffé d'une source d'aluminium et d'une charge inerte, en le dirigeant vers les passages à travers le répartiteur. Les couches de diffusion protectrices de <Desc/Clms Page number 3> cette sorte offrent des avantages particuliers dans le cas des composants de turbines à gaz, etc, qui sont soumis à des hautes températures et à des milieux oxydants et des milieux corrosifs de température élevée. Bon nombre de pièces de cette espèce sont d'une configuration relativement complexe, qui présente des canaux, etc, internes qui ne sont pas en contact avec la source d'aluminium et la matière inerte employée dans la cémentation en caisses et qui non seulement ne reçoivent pas de revêtement, mais, de plus, risquent d'être bouchés ou obstrués par le mélange pulvérulent pendant le processus de cémentation en caisse, et doivent être nettoyés. D'autre part, les pièces de cette sorte peuvent présenter des zones qui sont exposées à des milieux moins corrosifs et qui, par conséquent, exigent moins de revêtement protecteur que d'autres. La présente invention a été conçue en partie dans le but de résoudre les problèmes liés au traitement d'objets de cette nature qui ne peuvent pas être traités d'une façon satisfaisante ou économique par les procédés connus à ce jour. La présente invention offre un procédé et un produit où un revêtement de platlnolde est appliqué sur les surfaces les plus exposées à la température la plus extrême et à des conditions d'oxydation et de corrosion à chaud, la surface platinée et la pièce étant ensuite soumises à la chromisationeen phase gazeuse à l'aide d'un mélange de chrome, d'un activant et d'une EMI3.1 charge hors de contact avec ce mélange, après h quoi la pièce est aluminiée en phase gazeuse à l'aide d'un mélange d'aluminium ou d'un alliage d'aluminium, d'un activant et d'une charge inerte, hors de contact avec ce mélange, ou est soumise à un traitement d'aluminiage par cémentation en caisse dans ce mélange, à une température élevée. Le platinoïde est de préférence <Desc/Clms Page number 4> du platine. La pièce munie du revêtement peut être soumise à un traitement thermique, sous vide ou dans une atmosphère inerte, entre 15000 F et 20000 F (8160 C et 10930 C) environ, pour une durée allant jusqu'à 10 heures, avant d'être soumise à une chromisation en phase gazeuse. Ce traitement thermique est de préférence exécutée pendant une durée comprise entre 1 et 5 heures ; il peut cependant être omis. La chromisation en phase gazeuse est de préférence effectuée entre 12000 F et 21000 F (6490 C et 11490 C), pendant 1 à 20 heures. L'aluminiage en phase gazeuse ou l'aluminiage par cémentation en caisse est aussi effe- tué de préférence à des températures comprises entre 12000 F et 21000 F (6490 C et 11490C), pendant des durées allant de 1 à 20 heures, compte tenu de la profondeur désirée de la couche de diffusion. Le platinage de la pièce est effectué de préférence par dépôt électrolytique, l'épaisseur du placage de platine étant comprise entre 0, 0001 pouce et 0,0007 pouce (0,00254 mm et 0, 01778 mm) environ. La chromisation en phase gazeuse est de préférence effectuée au-dessus d'un mélange de 1% à 30% environ d'une source de chrome, de tout au plus 40 % environ d'activant (habituellement un hologé- nure) et de la quantité complémentaire d'une charge inerte, l'oxyde d'aluminium par exemple. L'aluminiage en phase gazeuse ou l'aluminiage par cémentation en caisse est de préférence effectué au-dessus ou dans un mélange formé respectivement par 1 % à 35 % d'une source d'aluminium, par tout au plus 40 % d'activant (habituellement un halogénure) et par la quantité complémentaire d'une charge inerte. L'épaisseur totale de la couche de diffusion combinée de platine, de chrome et d'aluminium est de 0, 0005 à 0,004 pouce (0, 5 à 4 mil (0,0127 à 0,1016 mm) environ. Dans la description générale ci-dessus de <Desc/Clms Page number 5> présente invention, on a mis en évidence certains objectifs, buts et avantages de cette dernière. D'autres objectifs, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit et à l'examen des dessins annexés, dans lesquels : La figure 1 est un schéma de marche d'une des versions partinulièrement favorables de l'invention. La figure 2 est une micrographie d'un revêtement formé par diffusion de platine, de chrome et d'aluminium, conformément au mode opératoire illustré par la figure 1. La figure 3 est un diagramme de marche d'une autre forme de réalisation de la présente invention. La figure 4 est une micrographie d'un revêtement de diffusion de chrome, de platine et d'aluminium, établi conformément au mode opératoire exposé dans la figure 3. La figure 5 est un schéma de marche d'une autre forme de réalisation de la présente invention ; et La figure 6 est une micrographie d'un revêtement de diffusion de chrome, d'aluminium et de platine, établi conformément au procédé exposé dans la figure 5. Le schéma de marche de la figure 1 les stades opératoires les plus favorables de la présente invention, à savoir : inspection, préparation (dégraissage, sablage, rinçage), masquage des zones non appelées à être plaquées, platinage, traitement thermique facultatif visant à diffuser le platine, masquage des zones non appelées à recevoir un revêtement, chromage en phase gazeuse et ensuite aluminiage. Le mode opératoire sera mieux compris si l'on se réfère à l'exemple ci-après. Une aube de turbine munie de canaux de refroidissement a été inspectée, <Desc/Clms Page number 6> dégraissée, nettoyée au jet de sable et a reçu, sur ses surfaces particulièrement exposées, un dépôt électrolytique de platine d'une épaisseur de 0,0003 pouce (0,00762 mm). L'aube de turbine platinée a subi ensuite un traitement thermique à 19000 F (10380 C) environ dans une atmosphère d'argon, pendant 3 heures, pour opérer une diffusion du platine dans les surfaces. L'aube a été ensuite placée pendant 8 heures au-dessus d'une source de composés de chromisation gazeux, mais sans contact avec celle-ci, source chauffée à 19500 F (10660 C) environ, dans une atmosphère d'argon. La source de composés de chromisation était dans ce cas un mélange d'environ 20 % de chrome, d'environ 2 % d'activant (un halogénure) et de la quantité complémentaire d'oxyde d'aluminium. L'aube a été ensuite immergée dans un mélange contenant une source d'aluminium, un activant et une charge inerte et a été chauffée à 14000 F (7600C) environ pendant 5 heures. Le mélange pulvérulent se. composait dans ce cas de 15 % d'un alliage contenant de l'aluminium, de 2 % d'un activant constitué par un halogénure, et de la quantité complémentaire d'oxyde d'aluminium. La section finale de la surface est représentée dans la figure 2. Les pièces traitées suivant cette version de l'invention résistent beacoup mieux à la corrosion à chaud que les pièces analogues aluminiées par cémentation en caisse, comme dans le brevet 3.677. 789 et le brevet 4.148. 275 précités. On a constaté que l'on peut obtenir une microstructure et une résistance au milieu favorables similaires en faisant suivre d'abord la chromisation en phase gazeuse par les stades de platinage et d'aluminiage. La figure 3 est un schéma de marche d'une version particulièrement favorable de cette deuxième <Desc/Clms Page number 7> forme de réalisation, tandis que la figure 4 est une micrographie d'un revêtement diffusé de chrome, de platine et d'aluminium, établi conformément au mode opératoire exposé dans la figure 3. Le schéma de marche de la figure 3 expose un autre procédé suivant l'invention, à savoir : inspection, préparation (dégraissage, sablage, rinçage), chromisation en phase gazeuse, masquage des zones non appe- EMI7.1 lées à être revêtues de platine, platinage, traitement thermique facultatif visant à diffuser le platine, masquage des zones non appelées à être revêtues, et alumi- niage. Ce mode opératoire sera mieux compris si l'on se réfère à l'exemple ci-après. Une aube de turbine, pourvue de canaux de refroidissement, a été inspectée, dégraissée, nettoyée au jet de sable et chromisée en phase gazeuse, où l'aube de turbine a été pourvue d'un revêtement au-dessus de composés formant une source de chromisation en phase gazeuse, mais sans contact avec cette source, laquelle a été chauffée, pendant 8 heures, à 19500 F (10660 C) environ. La source constituée par les composés de chromisation consistait dans ce cas en un mélange d'environ 20 % de chrome, d'environ 2 % d'activant représenté par un halogénure, et de la quantité complémentaire d'oxyde d'aluminium. L'aube de turbine chromisée a reçu ensuite un dépôt électrolytique de platine appliqué sur les surfaces critiques en une épaisseur de 0, 0003 pouce (0,00762 mm). L'aube a été ensuite immergée dans un mélange contenant une source d'aluminium, un activant et une charge inerte, mélange chauffé pendant 5 heures à 14000 F (7600 C) environ. Le mélange pulvérulent se composait dans ce cas de 15 % d'un alliage contanant de l'aluminium et de 2 % dun activant constitué par un halogénure et de la quantité complémentaire d'oxyde d'aluminium. La section finale <Desc/Clms Page number 8> de la surface est représentée dans la figure 4. Les pièces traitées conformément à cette version de l'invention résistent beaucoup mieux à la corrodion à chaud que des pièces analogues aluminiées par cémentation en caisse, comme dans les brevets précités 3. 677. 789 et 4.148. 275. Une autre forme de réalisation de l'invention est représentée dans la figure 5, à savoir : inspection, préparation (dégraissage, sablage, rinçage), chromisation en phase gazeuse, masquage des zones non appelées à être revêtues, aluminiage, masquage des zones non appelées à être platinées, et platinage. La figure 6 est une micrographie d'un revêtement diffusé de chrome, d'aluminium et de platine, établi conformément au mode opératoire exposé dans la figure 5' Ce mode opératoire sera mieux compris si l'on se réfère à l'exemple ci-après. Une aube de turbine, pourvue de canaux de refroidissement, a été inspectée, dégraissée, nettoyée au jet de sable et chromisée en phase gazeuse, où l'aube de turbine a été munie d'un revêtement au-dessus d'une source de composés de chromisation gazeux, sans entrer en contact avec cette source, laquelle a été chauffée pendant 8 heures à 19500 F (10660 C) environ. La source de composés de chromisation était dans ce cas un mélange d'environ 20 % de chrome, d'environ 2 % d'activant constitué par un halogénure, et de la quantité complémentaire d'oxyde d'aluminium. L'aube de turbine a été ensuite aluminiée par immersion pendant 5 heures, dans un mélange contenant une source d'aluminium, un activant et une charge inerte, mélange chauffé à 14000 F (7600 C) environ. Le mélange pulvérulent se composait dans ce cas de 15 % d'un alliage contenant de l'aluminium, de 2 % d'activant constitué par un halogénure et de la quantité complémentaire d'oxyde d'aluminium. L'aube de turbine, dont les <Desc/Clms Page number 9> surfaces avaient été enrichies en chrome et en aluminium, a ensuite reçu sur ses surfaces critiques un dépôt électrolytique d'une épaisseur de 0,0003 pouce (0,00762 mm). La section finale de la surface est représentée dans la figure 6. Les pièces traitées suivant cette version de l'invention résistent beaucoup mieux à la corrosion à haute température que des pièces analogues aluminiées par cémentation en caisse, comme dans les brevets précités 3.677. 789 et 4.148. 275. Le procédé suivant la présente invention peut être appliqué à des pièces telles que fabriquées EMI9.1 > ou à des pièces remaniées ou récupérées. Dans la description ci-dessus on a exposé certains modes opératoires et formes de réalisation particulièrement favorables de la présente invention. Il est toutefois bien entendu que cette invention peut être mise en oeuvre d'une manière différente tout en restant dans son cadre. <Desc/Clms Page number 10> LEGENDE DES DESSINS EMI10.1 -------------------- FIGURE 1 : 1.1 : réception et inspection 1.2 : préparation de la surface 1.3 : masquage 1.4 : platinage 1.5 : traitement thermique facultatif 1.6 : chromisation en phase gazeuse 1.7 : masquage 1.8 : aluminiage FIGURE 3 : 3.1 : réception et inspection 3.2 : préparation de la surface 3.3 : chromisation en phase gazeuse 3.4 : masquage 3.5 : platinage 3.6 : traitement thermique facultatif 3.7 : masquage 3.8 : aluminiage FIGURE 5 : 5.1 : réception et inspection 5.2 : préparation de la surface 5.3 : chromisation en phase gazeuse 5.4 : masquage 5.5 : aluminiage 5.6 : masquage 5.7 : platinage 5.8 : traitement thermique facultatif FIGURES 2,4 et 6 : Z : zone de diffusion
Claims (30)
- REVENDICATIONS 1. Procédé pour former une couche protectrice de diffusion sur des pièces en alliages à base de nickel, de cobalt et/ou de fer, procédé qui comprend les dispositions qui consistent à appliquer sur ces pièces un revêtement de diffusion combiné de chrome, d'un platinoide et d'aluminium.
- 2. Procédé pour former une couche de diffusion protectrice sur des pièces en alliages à base de nickel de cobalt et/ou de fer suivant la revendication l, caractérisé par les dispositions qui consistent : à déposer un revêtement d'un platinoide sur les surfaces de la pièce à protéger ; à former une couche de diffusion de platinoide et de chrome sur ces surfaces par chromisation en phase gazeuse au-dessus d'une source de composés de chromisation en phase gazeuse, à une température élevée, la pièce étant hors de contact avec cette source ; et à former sur ces surfaces une couche de diffusion constituée par un platinoïde, le chrome et l'aluminium, en aluminiant ces surfaces à une température élevée.
- 3. Procédé pour former une couche de diffusion protectrice sur des pièces en alliages à base de nickel, de cobalt et/ou de fer, suivant la revendication l, caractérisé par les dispositions qui consistent : à former une couche de diffusion de chrome, par chromisation en phase gazeuse, sur les surfaces de la pièce à protéger ; à déposer un revêtement d'un platinoide sur les surfaces de la pièce à protéger ; et à former une couche de diffusion de chrome, de platinoïde et d'aluminium sur ces surfaces, en aluminiant ces surfaces à une température élevée.
- 4. Procédé pour former une couche de diffusion protectrice sur des pièces en alliages à base de nickel, de cobalt et/ou de fer suivant la revendication 1, caractérisé par les dispositions qui consistent : <Desc/Clms Page number 12> à former une couche de diffusion de chrome, par chromisation en phase gazeuse, sur les surfaces de la pièce à protéger ; à former ensuite une couche de diffusion de chrome et d'aluminium, en aluminiant ces surfaces à une température élevée ; à déposer ensuite un platinoïde sur les surfaces de la pièce à protéger.
- 5. Procédé suivant la revendication l ou 2 ou 3 ou 4, caractérisé en ce que le platinolde est du platine.
- 6. Procédé suivant la revendication l ou 2 ou 3 ou 4, caractérisé en ce que le revêtement de pla- tinoïde est appliqué par une des méthodes suivantes : galvanoplastie, immersion, projection, métallisation sous vide, dépôt de métal par ions secondaires, et placage mécanique.
- 7. Procédé suivant la revendication 5, caractérisé en ce que le revêtement de platine est appliqué par une des méthodes suivantes : galvanoplastie, immersion, projection, métallisation sous vide, dépôt de métal par ions secondaires, et placage mécanique.
- 8. Procédé suivant la revendication 1 ou 2 ou 3 ou 4, caractérisé en ce que la chromisation en phase gazeuse est effectuée en maintenant la pièce à une température élevée au-dessus d'un mélange consistant en une source de chrome, en un activant et en une charge inerte, la pièce étant hors de contact avec ce mélange.
- 9. Procédé suivant la revendication 5, caractérisé en ce que la chromisation en phase gazeuse est effectuée en maintenant la pièce à une température élevée au-dessus d'un cément consistant en une source de chrome, un activant et une charge inerte, hors de contact avec ce cément.
- 10. Procédé suivant la revendication 7, caractérisé en ce que la chromisation en phase gazeuse <Desc/Clms Page number 13> est effectuée en maintenant la pièce au-dessus d'un cément consistant en une source de chrome, un activant et une charge inerte, la pièce étant hors de contact avec ce cément.
- 11. Procédé suivant la revendication 1 ou 2 ou 3 ou 4, caractérisé en ce que la pièce qui reçoit un revêtement de platlnolde est chauffée pour effectuer la diffusion du platinoïde dans les surfaces de la pièce.
- 12. Procédé suivant la revendication 11, caractérisé en ce que la pièce est chauffée, pendant une à cinq heures, à une température comprise entre 15000 F et 2000 F (816 C et 10930 C) environ, soit sous vide, soit dans une atmosphère inerte.
- 13. Procédé suivant la revendication 5, caractérisé en ce que la pièce qui reçoit un revêtement de platine est chauffée pour effectuer la diffusion du platine dans les surfaces de la pièce.
- 14. Procédé suivant la revendication 13, caractérisé en ce que la pièce est chauffée pendant une à cinq heures à une température comprise entre 15000 F et 20000 F (8160 C et 10930 C) environ, soit sous vide, soit dans une atmosphère inerte.
- 15. Procédé suivant la revendication 1 ou 2 ou 3 ou 4, caractérisé en ce que la chromisation en phase gazeuse est effectuée, pendant l à 20 heures, à une température comprise entre 12000 F et 21000 F (6490 C et 11490 C) environ, soit sous vide, soit dans une atmosphère inerte, soit dans une atmosphère réductrice.
- 16. Procédé suivant la revendication 5, caractérisé en ce que la chromisation en phase gazeuse est effectuée, pendant 1 à 20 heures, à une température comprise entre 12000 F et 21000 F (6490 C et 1149 C) environ, soit sous vide, soit dans une atmosphère inerte, <Desc/Clms Page number 14> soit dans une atmosphère réductrice.
- 17. Procédé suivant la revendication 7, caractérisé en ce que le mélange est constitué essentiellement par environ l à 35 % d'un ou de plusieurs membres du groupe consistant en chrome et en alliages de chrome et comprend jusqu'à 40 % d'activant, et par la quantité complémentaire de charge consistant en oxyde d'aluminium.
- 18. Procédé suivant la revendication 9, caractérisé en ce que le mélange est constitué essentiellement par environ 1 à 35 % d'un ou de plusieurs membres du groupe consistant en chrome et en alliages de chrome et comprend jusqu'à 40 % d'activant, et par la quantité complémentaire de charge consistant en oxyde d'aluminium.
- 19. Procédé suivant la revendication 1 ou 2 ou 3 ou 4, caractérisé en ce que l'aluminiage est ef- fectué à une température élevée, dans un-ou au-dessus d'un-mélange consistant en une source d'aluminium, un activant et une charge inerte.
- 20. Procédé suivant la revendication 5, caractérisé en ce que l'aluminiage est effectué à une température élevée, dans un-ou au-dessus d'un-mélan- ge consistant en une source d'aluminium, un activant et une charge inerte.
- 21. Procédé suivant la revendication 7, caractérisé en ce que l'aluminiage est effectué à une température élevée, dans un-ou au-dessus d'un-mélange consistant en une source d'aluminium, un activant et une charge inerte.
- 22. Procédé suivant la revendication 1 ou 2 ou 3 ou 4, caractérisé en ce que l'aluminiage est effectué, pendant l à 20 heures, à une température comprise entre 12000 F et 21000 F (6490 C et 11490 C) environ, soit sous vide, soit dans une atmosphère iner- <Desc/Clms Page number 15> te, soit dans une atmosphère réductrice.
- 23. Procédé suivant la revendication 5, caractérisé en ce que l'aluminiage est effectué, pendant 1 à 20 heures, à une température comprise entre 12000 F et 21000 F (6490 C et 11490C) environ, soit sous vide, soit dans une atmosphère inerte, soit dans une atmosphère réductrice.
- 24. Procédé suivant la revendication 19, caractérisé en ce que le mélange est constitué essen- tiellement par 1 à 35 % environ d'un ou de plusieurs membres du groupe consistant en aluminium et en alliages d'aluminium et comprend jusqu'à 40 % d'activant, et par la quantité complémentaire de charge consistant en oxyde d'aluminium.
- 25. Procédé suivant la revendication 20, caractérisé en ce que le mélange est constitué essentiellement par l à 35 C') environ d'un ou de plusieurs membres d'un groupe consistant en aluminium et en allia- EMI15.1 ges d'aluminium et comprend jusqu'à 40 environ d'activant, et par la quantité complémentaire de charge consistant en oxyde d'aluminium.
- 26. Procédé suivant la revendication 8, caractérisé en ce que l'aluminiage est effectué à une température élevée, dans un-ou au-dessus d'un- mélange consistant en une source d'aluminium, un activant et une charge inerte.
- 27. Procédé suivant la revendication 9, caractérisé en ce que l'aluminiage est effectué à une température élevée, dans un-ou au-dessus d'unmélange consistant en une source d'aluminium, un activant et une charge inerte.
- 28. Procédé suivant la revendication 26, caractérisé en ce que l'aluminiage est effectué à. une température élevée, dans un-ou au-dessus d'unmélange consistant en une source d'aluminium, un acti- <Desc/Clms Page number 16> vant et une charge inerte.
- 29. Procédé suivant la revendication 15, caractérisé en ce que l'aluminiage est effectué, pendant 1 à 20 heures, à une température comprise entre 12000 F et 21000F (6490 C et 11490 C) environ, soit sous vide, soit dans une atmosphère inerte, soit dans une atmosphère réductrice.
- 30. Procédé suivant la revendication 16, caractérisé en ce que l'aluminiage est effectué pendant 1 à 20 heures, à une température comprise entre 12000 F et 21000 F (6490 C et 11490 C) environ, soit sous vide, soit dans une atmosphère inerte, soit dans une atmosphère réductrice.
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