BR112019003445B1

BR112019003445B1 - PROCESS OF REALIZING A THERMAL BARRIER SYSTEM ON A METALLIC SUBSTRATE OF A TURBOMACHINE PART AND TURBOMACHINE PART

Info

Publication number: BR112019003445B1
Application number: BR112019003445-5A
Authority: BR
Inventors: Nihad BEN SALAH; Jawad BADREDDINE; Aurélien Joulia
Original assignee: Safran
Priority date: 2016-08-25
Filing date: 2017-08-25
Publication date: 2023-06-20

Abstract

Processo de realização de um sistema de barreira térmica sobre um substrato metálico (1) de uma peça de turbomáquina, tal como uma pá de turbina de alta pressão, o sistema de barreira térmica compreendendo pelo menos uma camada de cerâmica colunária (31, ..., 3i, ..., 3n), caracterizado pelo fato de que o processo compreende uma etapa de compressão de pelo menos uma da dita pelo menos uma camada de cerâmica colunária (31, ..., 3i, ..., 3n).Method of creating a thermal barrier system on a metallic substrate (1) of a turbomachinery part, such as a high-pressure turbine blade, the thermal barrier system comprising at least one columnar ceramic layer (31, .. ., 3i, ..., 3n), characterized in that the process comprises a compression step of at least one of said at least one columnar ceramic layer (31, ..., 3i, ..., 3n ).

Description

TECHNICAL FIELD

[0001] O domínio da presente invenção é aquele das turbomáquinas, e mais especialmente aquele das peças dessas turbomáquinas que são submetidas a altas temperaturas, tais como as pás de turbina de alta pressão.[0001] The field of the present invention is that of turbomachinery, and more especially that of parts of these turbomachinery that are subjected to high temperatures, such as high-pressure turbine blades.

STATE OF ART

[0002] Uma turbomáquina, tal como utilizada para a propulsão no domínio aeronáutico, compreende uma entrada de ar atmosférico que se comunica com um ou vários compressores, entre os quais geralmente uma ventoinha, acionados em rotação em torno de um mesmo eixo. O fluxo primário desse ar, depois de ter sido comprimido, alimenta uma câmara de combustão disposta anularmente em torno desse eixo e é misturado com um carburante para fornecer gases quentes, à jusante, a uma ou várias turbinas através das quais esses últimos são expandidos, os rotores de turbina acionando os rotores dos compressores. Os motores funcionam a uma temperatura dos gases quentes na entrada de turbina que se procura seja tão elevada quanto possível, pois essa temperatura condiciona os desempenhos da turbomáquina. Com esse objetivo, os materiais das partes quentes são selecionados para resistir a essas condições de funcionamento e as paredes das peças varridas pelos gases quentes, tais como os distribuidores ou as aletas móveis de turbina, são providas de meios de resfriamento. Por outro lado, em razão da constituição metálica em superliga à base de níquel ou de cobalto dessas pás, é também necessário premunir as mesmas contra a erosão e a corrosão que são engendradas pelos constituintes dos gases quentes nessas temperaturas.[0002] A turbomachine, as used for propulsion in the aeronautical field, comprises an atmospheric air intake that communicates with one or more compressors, generally including a fan, driven in rotation around the same axis. The primary flow of this air, after being compressed, feeds a combustion chamber arranged annularly around this axis and is mixed with a fuel to supply hot gases, downstream, to one or more turbines through which the latter are expanded, the turbine rotors driving the compressor rotors. The engines work at a temperature of the hot gases at the turbine inlet that is sought to be as high as possible, as this temperature conditions the performance of the turbomachine. For this purpose, the materials of the hot parts are selected to withstand these operating conditions and the walls of the parts swept by hot gases, such as distributors or mobile turbine blades, are provided with cooling means. On the other hand, due to the metallic constitution in a nickel or cobalt-based superalloy of these blades, it is also necessary to protect them against erosion and corrosion that are engendered by the constituents of the hot gases at these temperatures.

[0003] Dentre as proteções imaginadas para permitir que essas peças resistam a essas condições extremas, figura o depósito de vários materiais que formam um “sistema de barreira térmica”, sobre a face externa das mesmas. Um sistema de barreira térmica é composto geralmente por uma camada cerâmica de cerca de uma centena de micrômetros, que é depositada na superfície da camada metálica. Uma subcamada feita de alumínio, chamada de camada de ligação, de algumas dezenas de micrômetros, posicionada entre a cerâmica e o substrato metálico, completa a barreira térmica assegurando assim a ligação entre esses dois componentes assim como a proteção do metal subjacente contra a oxidação. Essa subcamada feita de alumínio, que é geralmente depositada por um processo de aluminização em fase vapor, se fixa ao substrato por interdifusão metálica e forma uma camada protetora de óxido na superfície. Um exemplo da execução dessa técnica é descrito no documento FR 2928664.[0003] Among the protections designed to allow these parts to withstand these extreme conditions, there is the deposit of various materials that form a “thermal barrier system” on their external face. A thermal barrier system is usually composed of a ceramic layer of about a hundred micrometers, which is deposited on the surface of the metallic layer. A sublayer made of aluminum, called the bonding layer, of a few tens of micrometers, positioned between the ceramic and the metallic substrate, completes the thermal barrier, thus ensuring the bond between these two components as well as the protection of the underlying metal against oxidation. This aluminum undercoat, which is usually deposited by a vapor-phase aluminization process, attaches to the substrate by metallic interdiffusion and forms a protective oxide layer on the surface. An example of performing this technique is described in document FR 2928664.

[0004] No que diz respeito à barreira térmica propriamente dita, feita de cerâmica, ela pode ser realizada de vários modos, de acordo com a utilização que será feita da mesma. São distinguidos grosseiramente dois tipos de estruturas para as barreiras térmicas: barreiras colunárias das quais a estrutura é aquela de colunas justapostas umas ao lado das outras e que se estendem perpendicularmente à superfície do substrato, e barreiras lamelares ou isótropas que se estendem em camadas uniformes sobre a superfície do substrato.[0004] With regard to the thermal barrier itself, made of ceramic, it can be realized in several ways, according to the use that will be made of it. Two types of structures are roughly distinguished for thermal barriers: columnar barriers whose structure is that of columns juxtaposed next to each other and which extend perpendicularly to the surface of the substrate, and lamellar or isotropic barriers which extend in uniform layers over the surface of the substrate.

[0005] As barreiras colunárias são geralmente realizadas por um processo dito EBPVD (para Electron Beam Physical Vapor Deposition em língua inglesa ou depósito físico em fase vapor por feixe de elétrons) no qual um anodo alvo é bombardeado, sob vácuo profundo, por um feixe de elétrons emitidos por um filamento de tungstênio carregado. O feixe de elétrons faz as moléculas do alvo passarem para a fase gasosa. Essas moléculas precipitam então sob uma forma solida, recobrindo a peça a proteger com uma camada fina do material do anodo. Essas barreiras térmicas se caracterizam por uma boa resistência térmica mas também por uma condutividade térmica relativamente elevada.[0005] Columnar barriers are generally carried out by a process called EBPVD (for Electron Beam Physical Vapor Deposition in English or physical deposition in vapor phase by electron beam) in which a target anode is bombarded, under deep vacuum, by a beam of electrons emitted by a charged tungsten filament. The electron beam causes the target molecules to pass into the gaseous phase. These molecules then precipitate in a solid form, covering the part to be protected with a thin layer of anode material. These thermal barriers are characterized by good thermal resistance but also by relatively high thermal conductivity.

[0006] O sistema de barreira térmica envelhece, devido aos fenômenos acoplados de oxidação cíclica, de erosão, de exposição a um ambiente rico em um conjunto de partículas de óxidos comumente chamadas de CMAS (para óxidos de cálcio, magnésio, alumínio e silício). O envelhecimento acarreta uma degradação rápida do sistema.[0006] The thermal barrier system ages due to the coupled phenomena of cyclic oxidation, erosion, exposure to an environment rich in a set of oxide particles commonly called CMAS (for calcium, magnesium, aluminum and silicon oxides) . Aging leads to a rapid degradation of the system.

[0007] Mecanismos múltiplos se produzem, e em especial; - um aumento da rugosidade da camada de ligação, devido à oxidação crescente, que provoca o descolamento da barreira térmica, - a infiltração dos óxidos CMAS nos espaços intercolunários da cerâmica, causando sua fragilização, - uma baixa resistência aos choques com corpos estranhos, devido à baixa tenacidade dos materiais cerâmicos.[0007] Multiple mechanisms are produced, and in particular; - an increase in the roughness of the bonding layer, due to increasing oxidation, which causes the thermal barrier to detach, - the infiltration of CMAS oxides into the intercolumn spaces of the ceramic, causing its embrittlement, - a low resistance to collisions with foreign bodies, due to to the low tenacity of ceramic materials.

[0008] O documento V HAROK E AL.: “Elastic and inelastic effects in compression in plasma-sprayed ceramic coatings”, JOURNAL OF THERMAL SPRAY TECHNOLOGY, vol. 10 n° 1, 1° de março de 2001, páginas 126-132, é um estudo da compressão de um revestimento de zircão obtido por projeção térmica com maçarico de plasma. Esse documento não descreve a compressão de uma camada de cerâmica colunária em um sistema de barreira térmica.[0008] The document V HAROK E AL.: “Elastic and inelastic effects in compression in plasma-sprayed ceramic coatings”, JOURNAL OF THERMAL SPRAY TECHNOLOGY, vol. 10 No. 1, March 1, 2001, pages 126-132, is a compression study of a zircon coating obtained by thermal projection with a plasma torch. This document does not describe the compression of a columnar ceramic layer in a thermal barrier system.

[0009] O documento EP 1 531 232 A2 descreve um processo de conserto de sistema de barreira térmica danificado. Esse documento menciona a possibilidade de retirada da barreira térmica por um processo abrasivo com o auxílio de esferas feitas de vidro, mas não divulga um jateamento de compressão de uma camada de cerâmica colunária em um sistema de barreira térmica.[0009] Document EP 1 531 232 A2 describes a process for repairing a damaged thermal barrier system. This document mentions the possibility of removing the thermal barrier by an abrasive process with the aid of spheres made of glass, but does not disclose a compression blasting of a columnar ceramic layer in a thermal barrier system.

[0010] O documento WO 2009/127725 A1 descreve um processo de jateamento por ultrassons de uma superfície metálica que compreende uma superfície de acesso difícil. Esse documento também não descreve uma compressão de uma camada de cerâmica colunária em um sistema de barreira térmica.[0010] WO 2009/127725 A1 describes a process for ultrasonic blasting of a metal surface comprising a surface that is difficult to access. This document also does not describe a compression of a columnar ceramic layer in a thermal barrier system.

[0011] A presente invenção visa corrigir esses inconvenientes, propondo para isso um processo de realização de um sistema de barreira térmica que permite lutar contra o envelhecimento do sistema.[0011] The present invention aims to correct these drawbacks by proposing a process for creating a thermal barrier system that allows combating the aging of the system.

EXPOSURE OF THE INVENTION

[0012] A invenção tem assim como objeto um processo de realização de um sistema de barreira térmica sobre um substrato metálico de uma peça de turbomáquina, tal como uma pá de turbina de alta pressão, o sistema de barreira térmica compreendendo pelo menos uma camada de cerâmica colunária.[0012] The invention thus has as its object a process for realizing a thermal barrier system on a metallic substrate of a turbomachine part, such as a high-pressure turbine blade, the thermal barrier system comprising at least one layer of columnar ceramics.

[0013] De acordo com a invenção, o processo compreende uma etapa de compressão de pelo menos uma da dita pelo menos uma camada de cerâmica colunária. A compressão pode ser parcial ou total. A camada de cerâmica comprimida compreende assim pelo menos uma parte comprimida.[0013] According to the invention, the process comprises a step of compressing at least one of said at least one columnar ceramic layer. Compression can be partial or total. The pressed ceramic layer thus comprises at least one pressed part.

[0014] O documento T, Frey and W. Pfeiffer, “Shot peening of Ceramics: Damage or Benefit?”, International Conference on Shot Peening, 2002, pp. 1-10, indica que a introdução de tensões de compressão por jateamento em cerâmicas é possível sem danificar as mesmas.[0014] The document T, Frey and W. Pfeiffer, “Shot peening of Ceramics: Damage or Benefit?”, International Conference on Shot Peening, 2002, pp. 1-10, indicates that the introduction of compressive stresses by blasting into ceramics is possible without damaging them.

[0015] A etapa de compressão é utilizada na invenção em uma cerâmica específica, e com um objetivo bem específico, não considerado pelo estado da técnica: estreitar os espaços entre as colunas de uma ou várias camadas de cerâmica colunária, o que tem como efeito limitar as infiltrações dos óxidos CMAS, aumentar a duração de vida do sistema de barreira térmica, e melhorar as propriedades mecânicas do sistema de barreira térmica.[0015] The compression step is used in the invention in a specific ceramic, and with a very specific objective, not considered by the state of the art: to narrow the spaces between the columns of one or more layers of columnar ceramics, which has the effect limit infiltration of CMAS oxides, increase the lifetime of the thermal barrier system, and improve the mechanical properties of the thermal barrier system.

[0016] A compressão é própria para reduzir os espaços entre as colunas da ou das camadas de cerâmica colunárias comprimidas. A compressão induz de fato uma deformação na superfície da ou das camadas comprimidas, a dita deformação acarretando uma redução dos espaços entre as colunas.[0016] Compression is suitable for reducing the spaces between the columns of the compressed columnar ceramic layers or layers. The compression in fact induces a deformation on the surface of the compressed layer or layers, said deformation leading to a reduction of the spaces between the columns.

[0017] A compressão pode ser por exemplo um jateamento, uma microareação ou ainda uma compressão por choque de laser.[0017] The compression can be, for example, a sandblasting, a micro-aeration or even a laser shock compression.

[0018] A compressão de pelo menos uma da dita camada de cerâmica colunária pode ser um jateamento e a intensidade de Almen do dito jateamento é vantajosamente compreendida entre F10A e F42A.[0018] The compression of at least one of said columnar ceramic layer can be sandblasted and the Almen intensity of said sandblasting is advantageously comprised between F10A and F42A.

[0019] Trata-se de uma referência tecnológica desenvolvida por Almen (General Motors, USA) e universalmente adotada (Norma AFNOR NFL 06-832). É utilizada uma amostra feita de aço ao carbono de tipo XC65 temperada e revenida, fixada em um suporte e exposta a um jato de granalha, na proximidade imediata das peças a jatear. Quando a amostra é liberada de suas fixações, ela se deforma, pois, a face jateada está alongada. É observada então uma flecha característica chamada de flecha de Almen. As normas definem três tipos de amostras N, A, C. A título de exemplo, um jateamento de intensidade Almen F15A significa F: Norma Francesa, 15: flecha de 0.15 mm, A: amostra de tipo A.[0019] It is a technological reference developed by Almen (General Motors, USA) and universally adopted (Standard AFNOR NFL 06-832). A sample made of carbon steel type XC65 quenched and tempered is used, fixed on a support and exposed to a blast of shot, in the immediate vicinity of the parts to be blasted. When the specimen is released from its fixtures, it deforms as the blasted face is elongated. A characteristic arrow called the Almen arrow is then observed. The standards define three types of samples N, A, C. As an example, an Almen intensity sandblasting F15A means F: French Standard, 15: 0.15 mm arrow, A: type A sample.

[0020] Para obter essa intensidade, é possível utilizar os parâmetros seguintes, socinhos ou de preferência em combinação: - microesferas de forma esférica (o jateamento é uma técnica que consiste em projetar, com o auxílio de uma máquina de jateamento, microesferas sobre a superfície de um objeto para modificar a estrutura superficial do mesmo e introduzir tensões de compressão), - material das microesferas: WC, ZrO2, SiO2, Al2O3, aço, - o tamanho das esferas é compreendido entre 300 μ m e 1 mm para um jateamento com bico, entre 0,8 e 3 mm para um jateamento com ultrassons, e entre 1 e 6 mm para um jateamento vibratório, - os ângulos de incidência para o jateamento com bico estão compreendidos entre 60° e 90°.[0020] To obtain this intensity, it is possible to use the following parameters, alone or preferably in combination: - spherical microspheres (sandblasting is a technique that consists of projecting, with the aid of a blasting machine, microspheres onto the surface of an object to modify its surface structure and introduce compressive stresses), - material of the microspheres: WC, ZrO2, SiO2, Al2O3, steel, - the size of the spheres is between 300 μm and 1 mm for sandblasting with nozzle, between 0.8 and 3 mm for ultrasonic blasting, and between 1 and 6 mm for vibratory blasting, - the angles of incidence for blasting with a nozzle are between 60° and 90°.

[0021] O substrato é tipicamente um substrato feito de superliga à base de níquel ou de cobalto.[0021] The substrate is typically a substrate made of nickel- or cobalt-based superalloy.

[0022] A dita pelo menos uma camada de cerâmica colunária pode ser uma camada de zircônia com ítrio.[0022] Said at least one layer of columnar ceramic may be a layer of yttrium zirconia.

[0023] A dita pelo menos uma camada de cerâmica colunária pode ser obtida por depósito físico em fase vapor.[0023] Said at least one columnar ceramic layer can be obtained by physical deposition in the vapor phase.

[0024] O depósito em fase vapor pode ser um depósito físico em fase vapor por feixe de elétrons (EBPVD).[0024] The vapor phase deposit may be a physical electron beam vapor phase deposit (EBPVD).

[0025] O sistema de barreira térmica pode compreender uma ou várias camadas de cerâmica colunárias, e o processo pode compreender a compressão de uma ou do conjunto das camadas de cerâmica colunárias.[0025] The thermal barrier system may comprise one or more columnar ceramic layers, and the process may comprise compressing one or all of the columnar ceramic layers.

[0026] O processo pode em especial compreender a compressão da camada superior de cerâmica ou a compressão da camada de cerâmica situada diretamente sob a dita camada superior.[0026] The process may in particular comprise pressing the ceramic top layer or pressing the ceramic layer located directly under said top layer.

[0027] O sistema de barreira térmica pode compreender por outro lado uma camada de ligação disposta entre o dito substrato metálico e a dita pelo menos uma camada de cerâmica colunária.[0027] The thermal barrier system may further comprise a bonding layer arranged between said metal substrate and said at least one columnar ceramic layer.

[0028] A dita camada de ligação pode ser uma camada de um material, notadamente alumino-formador, que compreende na superfície uma camada de alumina.[0028] Said bonding layer may be a layer of a material, notably aluminium-forming, which comprises an alumina layer on the surface.

[0029] O processo pode compreender uma etapa de compressão da dita camada de ligação. Quando a compressão da dita camada de ligação é um jateamento, a intensidade de Almen do jateamento é vantajosamente compreendida entre F9N e F30A.[0029] The process may comprise a step of compressing said binding layer. When the compression of said bonding layer is a blasting, the Almen intensity of the blasting is advantageously comprised between F9N and F30A.

[0030] O processo pode compreender sucessivamente: - a formação de uma camada de ligação sobre o substrato metálico, a camada de ligação podendo ser comprimida, - a formação, sobre a camada de ligação, de uma ou várias camadas de cerâmica, pelo menos uma da ou das ditas camadas de cerâmica podendo ser comprimida.[0030] The process may successively comprise: - forming a bonding layer on the metal substrate, the bonding layer being able to be compressed, - forming, on the bonding layer, one or more ceramic layers, at least one of said ceramic layers may be compressed.

[0031] A invenção tem também como objeto uma peça de turbomáquina, tal como uma pá de turbina de alta pressão. A dita peça de turbomáquina compreende um sistema de barreira térmica realizado por um processo descrito acima. A pá pode ser por exemplo uma pá fixa ou uma pá móvel de turbina de alta pressão.[0031] The object of the invention is also a part of a turbomachine, such as a high-pressure turbine blade. Said turbomachine part comprises a thermal barrier system realized by a process described above. The blade can be for example a fixed blade or a mobile blade of a high pressure turbine.

DESCRIPTION OF FIGURES

[0032] A invenção será melhor compreendida e outros detalhes, características e vantagens da invenção aparecerão com a leitura da descrição seguinte feita a título de exemplo não limitativo e em referência aos desenhos anexos nos quais: - a figura 1 é uma vista esquemática em corte de um sistema de barreira térmica de uma pá de turbomáquina do estado da técnica, - as figuras 2 e 3 são vistas esquemáticas em corte de um sistema de barreira térmica realizado de acordo com um processo de acordo com a invenção, de acordo com duas variantes de um primeiro modo de realização; - a figura 4 é uma vista esquemática em corte de um sistema de barreira térmica realizado de acordo com um processo de acordo com a invenção, de acordo com um segundo modo de realização; - as figuras 5 e 6 são vistas esquemáticas em corte de um sistema de barreira térmica realizado de acordo com um processo de acordo com a invenção, de acordo com duas variantes de um terceiro modo de realização; - a figura 7 é uma vista esquemática em corte de um sistema de barreira térmica realizado de acordo com um processo de acordo com a invenção, de acordo com um quarto modo de realização; - a figura 8 é uma vista esquemática em corte de um sistema de barreira térmica realizado de acordo com um processo de acordo com a invenção, de acordo com um quinto modo de realização.[0032] The invention will be better understood and other details, characteristics and advantages of the invention will appear upon reading the following description made by way of non-limiting example and with reference to the attached drawings in which: - figure 1 is a schematic view in section of a state-of-the-art turbomachine blade thermal barrier system, - figures 2 and 3 are schematic cross-sectional views of a thermal barrier system realized according to a process according to the invention, according to two variants of a first embodiment; - figure 4 is a schematic sectional view of a thermal barrier system realized according to a process according to the invention, according to a second embodiment; - figures 5 and 6 are schematic views in section of a thermal barrier system realized according to a process according to the invention, according to two variants of a third embodiment; - figure 7 is a schematic sectional view of a thermal barrier system realized according to a process according to the invention, according to a fourth embodiment; - figure 8 is a schematic sectional view of a thermal barrier system realized according to a process according to the invention, according to a fifth embodiment.

DETAILED DESCRIPTION

[0033] Fazendo-se referência à figura 1, é vista em corte a composição de um sistema de barreira térmica depositado sobre a superfície de uma pá de turbina, essa última sendo banhada por um fluxo de gás quente representado por uma flecha dirigida para a esquerda da figura. O metal que constitui a pá, tipicamente uma superliga à base de níquel ou cobalto, forma um substrato 1 sobre o qual é depositada uma subcamada feita de alumínio 2, dita camada de ligação, tomada em sanduiche entre o substrato 1 e uma camada cerâmica 3. A função da camada de ligação 2 é a de reter a camada cerâmica 3 e de oferecer uma certa elasticidade ao conjunto para permitir que ele absorva a diferença de dilatação, representada por duas flechas de sentido oposto, que existe entre o substrato 1 de grande dilatação e a cerâmica 3 de pequena dilatação.[0033] Referring to figure 1, the composition of a thermal barrier system deposited on the surface of a turbine blade is seen in section, the latter being bathed by a hot gas flow represented by an arrow directed towards the left of the figure. The metal that makes up the blade, typically a superalloy based on nickel or cobalt, forms a substrate 1 on which a sublayer made of aluminum 2 is deposited, known as the bonding layer, sandwiched between the substrate 1 and a ceramic layer 3 The function of the bonding layer 2 is to retain the ceramic layer 3 and to offer a certain elasticity to the set to allow it to absorb the difference in expansion, represented by two arrows in opposite directions, which exists between the substrate 1 of great expansion and ceramic 3 of small expansion.

[0034] A camada de ligação 2 pode ser de fórmula MCrAlY, na qual M designa Fe, Ni, Co e as misturas dos mesmos. Ela pode ser obtida por projeção de plasma convencional, por exemplo de tipo APS (Air Plasma Spraying em língua inglesa). A camada de ligação 2 de tipo MCrAlY pode ser substituída por um alumineto de níquel ou modificada pela platina, ou por uma camada de tipo gama/gama’-MCrAlY.[0034] Binding layer 2 can have the formula MCrAlY, in which M designates Fe, Ni, Co and mixtures thereof. It can be obtained by conventional plasma projection, for example type APS (Air Plasma Spraying). The binding layer 2 of the MCrAlY type can be replaced by a nickel aluminide or modified by platinum, or by a layer of the gamma/gamma'-MCrAlY type.

[0035] A cerâmica 3 representada aqui é de estrutura colunária, o que permite deslocamentos laterais, devido ao aparecimento de fissuras entre as colunas, e isso lhe confere uma boa duração de vida. O alumínio é nesse caso colocado em contato com oxigênio veiculado pelos gases que circulam dentro do veio da turbomáquina, o que se traduz por uma condutividade térmica média da barreira e um dano progressivo dessa última.[0035] Ceramic 3 represented here has a columnar structure, which allows lateral displacements, due to the appearance of cracks between the columns, and this gives it a good lifespan. In this case, aluminum is placed in contact with oxygen carried by the gases circulating inside the turbomachine shaft, which results in an average thermal conductivity of the barrier and progressive damage to the latter.

[0036] O revestimento cerâmico pode ser constituído por um empilhamento de uma ou várias camadas, realizadas por exemplo por um depósito físico em fase vapor sob feixe de elétrons (EBPVD). A primeira camada de cerâmica é preferencialmente à base de zircônia com ítrio parcialmente estabilizada YSZ (para Yttria-Stabilized Zirconia em língua inglesa). Para as outras camadas de cerâmica, diferentes tipos de camadas podem ser considerados: - um monóxido, como por exemplo Al2O3 ou Y2O3, - uma zircônia dopada por um ou vários óxidos de terras-raras, - uma zircônia de terras-raras, como por exemplo Gd2Zr2O7, Sm2Zr2O7 ou Yb4Zr3O12, - uma perovskita, como por exemplo Ba(Mg1/3Ta2/3)O3, La(Al1/4Mg1/2Ta1/4)O3, - um hexaaluminato, por exemplo de fórmula geral REMAl11O19, na qual RE designa um elemento que vai de La a Gd na tabela periódica, e M designa um elemento escolhido entre Mg, Mn a Zn, Cr e Sm, - os ortofosfatos de lantanídeos.[0036] The ceramic coating can consist of a stack of one or several layers, carried out for example by a physical deposit in vapor phase under electron beam (EBPVD). The first ceramic layer is preferably based on YSZ partially stabilized yttrium zirconia (for Yttria-Stabilized Zirconia in English). For the other ceramic layers, different types of layers can be considered: - a monoxide, such as Al2O3 or Y2O3, - a zirconia doped with one or more rare-earth oxides, - a rare-earth zirconia, such as for example Gd2Zr2O7, Sm2Zr2O7 or Yb4Zr3O12, - a perovskite, for example Ba(Mg1/3Ta2/3)O3, La(Al1/4Mg1/2Ta1/4)O3, - a hexaaluminate, for example of general formula REMAl11O19, in which RE designates an element ranging from La to Gd in the periodic table, and M designates an element chosen from Mg, Mn to Zn, Cr and Sm, - the lanthanide orthophosphates.

[0037] O sistema de barreira térmica tem como função prolongar a duração de vida da pá e aumentar a temperatura dos gases, e, portanto, o rendimento do motor. Em serviço, a estrutura e a composição dos diferentes constituintes do sistema evoluem sob a ação da sinterização da camada cerâmica, da oxidação da camada de ligação e dos fenômenos de interdifusão com o substrato, com como consequências uma modificação das propriedades das diferentes camadas e uma alteração da resistência da zona interfacial. Essas modificações, associadas às solicitações termomecânicas exteriores, estão na origem da rugosidade da camada de ligação que leva a delaminações na interface camada de ligação/cerâmica, in fine, a descamação do sistema de barreira térmica. Esses processos de degradação podem ser acelerados pelas interações com o ambiente exterior.[0037] The function of the thermal barrier system is to extend the life of the blade and increase the temperature of the gases, and therefore the engine performance. In service, the structure and composition of the different constituents of the system evolve under the action of the sintering of the ceramic layer, the oxidation of the bonding layer and the interdiffusion phenomena with the substrate, with the consequences of a modification of the properties of the different layers and a change in the resistance of the interfacial zone. These modifications, associated with external thermomechanical stresses, are at the origin of the roughness of the bonding layer which leads to delaminations at the bonding layer/ceramic interface, in fine, the flaking of the thermal barrier system. These degradation processes can be accelerated by interactions with the external environment.

[0038] Para corrigir isso, e de acordo com a invenção, é procedido à compressão de pelo menos uma camada de cerâmica colunária.[0038] To correct this, and according to the invention, at least one columnar ceramic layer is compressed.

[0039] Em um primeiro modo de realização, é procedido à compressão da camada superior de cerâmica colunária. Tal como ilustrado na figura 2, o revestimento cerâmico compreende uma única camada 3 de cerâmica, por exemplo de tipo YSZ. A camada 3 de cerâmica é submetida a uma operação de colocação em compressão C3, de maneira a estreitar os espaços intercolunárias na superfície, o que tem como efeito: - uma limitação das infiltrações dos óxidos CMAS, - um aumento da duração de vida do sistema de barreira térmica, - uma melhoria das propriedades mecânicas, tal como a dureza superficial, - um aumento da resistência à erosão, e - um aumento da tenacidade do sistema de barreira térmica.[0039] In a first embodiment, the upper layer of columnar ceramic is compressed. As illustrated in figure 2, the ceramic coating comprises a single ceramic layer 3, for example of type YSZ. Ceramic layer 3 is subjected to a C3 compression operation, in order to narrow the intercolumnary spaces on the surface, which has the effect of: - limiting the infiltration of CMAS oxides, - increasing the lifespan of the system barrier, - an improvement in mechanical properties such as surface hardness, - an increase in erosion resistance, and - an increase in the toughness of the thermal barrier system.

[0040] A compressão da camada 3 de cerâmica é simbolizada na figura 2 pela referência C3 que ilustra uma porção de camada comprimida. A camada 3 pode ser comprimida de maneira parcial ou total, quer dizer na totalidade ou em parte da altura da camada 3.[0040] The compression of the ceramic layer 3 is symbolized in figure 2 by the reference C3 which illustrates a portion of the compressed layer. Layer 3 can be partially or completely compressed, that is to say all or part of the height of layer 3.

[0041] Na variante ilustrada na figura 3, o revestimento cerâmico compreende uma pluralidade de n camadas de cerâmica. Uma camada inferior 31 repousa sobre a camada de ligação 2. Subindo na direção da superfície do sistema de barreira térmica, é encontrada uma camada intermediária 3i e a camada superior 3n. A compressão da camada superior 3n de cerâmica é simbolizada na figura 2 pela referência C3n. A camada 3n pode ser comprimida de maneira parcial ou total, quer dizer na totalidade ou em parte da altura da camada 3n. A colocação em compressão C3n permite estreitar os espaços intercolunários na superfície do sistema de barreira térmica e proporciona as mesmas vantagens que aquelas mencionadas para a figura 2.[0041] In the variant illustrated in Figure 3, the ceramic coating comprises a plurality of n ceramic layers. A bottom layer 31 rests on top of the binding layer 2. Rising towards the surface of the thermal barrier system, there is found an intermediate layer 3i and the top layer 3n. The compression of the upper ceramic layer 3n is symbolized in figure 2 by the reference C3n. Layer 3n can be partially or completely compressed, that is to say over all or part of the height of layer 3n. Placing it in C3n compression makes it possible to narrow the intercolumnary spaces on the surface of the thermal barrier system and provides the same advantages as those mentioned for figure 2.

[0042] Em um segundo modo de realização, ilustrado na figura 4, cada camada do revestimento cerâmico que compreende n camadas é submetida a uma compressão, parcial ou total. Assim, a primeira camada 31, por exemplo de tipo YSZ, é submetida a uma compressão C31, cada camada intermediária 3i é submetida a uma compressão C3i e a camada superior 3n é submetida a uma compressão C3n.[0042] In a second embodiment, illustrated in figure 4, each layer of the ceramic coating comprising n layers is subjected to partial or total compression. Thus, the first layer 31, for example of type YSZ, is subjected to a compression C31, each intermediate layer 3i is subjected to a compression C3i and the top layer 3n is subjected to a compression C3n.

[0043] O substrato 1 da pá de turbina é previamente revestido ou não por uma camada de ligação 2 de tipo MCrAlY, M designando Fe, Ni, Co e as misturas dos mesmos. A camada de ligação 2 pode ser obtida por projeção de plasma convencional, por exemplo de tipo ASPS (Air Plasma Spraying em língua inglesa). A camada de ligação 2 de tipo MCrAlY pode ser substituída por um alumineto de níquel ou modificada pela platina, ou por uma camada de tipo gama/gama’-MCrAlY.[0043] The substrate 1 of the turbine blade is previously coated or not with a bonding layer 2 of the MCrAlY type, M designating Fe, Ni, Co and their mixtures. The bonding layer 2 can be obtained by conventional plasma projection, for example of the ASPS type (Air Plasma Spraying). The binding layer 2 of the MCrAlY type can be replaced by a nickel aluminide or modified by platinum, or by a layer of the gamma/gamma'-MCrAlY type.

[0044] O revestimento cerâmico é constituído por um empilhamento de n camadas, 31, ..., 3i, ..., 3n, realizada pelo processo de depósito físico em fase vapor sob feixe de elétrons (EBPVD). A primeira camada 3i é preferencialmente à base de zircônia com ítrio parcialmente estabilizada.[0044] The ceramic coating consists of a stacking of n layers, 31, ..., 3i, ..., 3n, carried out by the physical deposition process in vapor phase under electron beam (EBPVD). The first layer 3i is preferably based on partially stabilized yttrium zirconia.

[0045] Depois da realização de cada camada de cerâmica por EBPVD, uma operação de colocação em compresso é efetuada permitindo obter um estado de superfície menos rugoso, que tem como efeitos a melhoria da regerminação de colunas menores e de espaços intercolunários cada vez mais estreitados à medida da formação das camadas superiores. Essas compressões acarretam: - uma limitação das infiltrações dos óxidos CMAS; - um aumento da duração de vida do sistema de barreira térmica, e - um aumento da tenacidade do sistema de barreira térmica.[0045] After making each layer of ceramics by EBPVD, a compression operation is carried out, allowing to obtain a less rough surface state, which has the effect of improving the regermination of smaller columns and increasingly narrower intercolumn spaces as the upper layers form. These compressions lead to: - a limitation of infiltration of CMAS oxides; - an increase in the lifetime of the thermal barrier system, and - an increase in the toughness of the thermal barrier system.

[0046] Em um terceiro modo de realização, ilustrado nas figuras 5 e 6, a camada de ligação do sistema de barreira térmica das duas variantes do primeiro modo de realização é também submetida a uma compressão, parcial ou total. Assim, o sistema de barreira térmica tem ao mesmo tempo sua camada de ligação e sua camada superior de cerâmica colocadas em compressão. A figura 5 ilustra o sistema de barreira térmica com uma só camada 3 de cerâmica, enquanto que a figura 6 ilustra o sistema de barreira térmica com n camadas 31, ..., 3i, ..., 3n de cerâmica.[0046] In a third embodiment, illustrated in figures 5 and 6, the bonding layer of the thermal barrier system of the two variants of the first embodiment is also subjected to partial or total compression. Thus, the thermal barrier system has both its bonding layer and its top ceramic layer placed in compression at the same time. Figure 5 illustrates the thermal barrier system with a single layer 3 of ceramic, while figure 6 illustrates the thermal barrier system with n layers 31, ..., 3i, ..., 3n of ceramic.

[0047] O substrato 1 da pá de turbina é previamente revestido por uma camada de ligação 2 de tipo MCrAlY, M designando Fe, Ni, Co e as misturas dos mesmos. A camada de ligação 2 pode ser obtida por projeção de plasma convencional, por exemplo de tipo ASPS (Air Plasma Spraying em língua inglesa). A camada de ligação 2 de tipo MCrAlY pode ser substituída por um alumineto de níquel ou modificada pela platina, ou por uma camada de tipo gama/gama’-MCrAlY.[0047] The substrate 1 of the turbine blade is previously coated with a bonding layer 2 of the MCrAlY type, M designating Fe, Ni, Co and their mixtures. The bonding layer 2 can be obtained by conventional plasma projection, for example of the ASPS type (Air Plasma Spraying). The binding layer 2 of the MCrAlY type can be replaced by a nickel aluminide or modified by platinum, or by a layer of the gamma/gamma'-MCrAlY type.

[0048] A colocação em compressão da camada de ligação 2 permite: - uma densificação parcial ou total da camada de ligação 2 e um controle de sua rugosidade, com como efeito procurado a redução da cinética de deformação dessa camada no decorrer do ciclo térmico; - a geração de tensões residuais que têm como efeito um aumento da dureza da camada 2.[0048] Placing connection layer 2 in compression allows: - partial or total densification of connection layer 2 and control of its roughness, with the desired effect of reducing the deformation kinetics of this layer during the thermal cycle; - the generation of residual stresses which have the effect of increasing the hardness of layer 2.

[0049] Em um quarto modo de realização, ilustrado na figura 7, a camada de ligação 2 e a penúltima camada superior 3(n-1) de cerâmica são submetidas a uma compressão C2 e C3(n-1) respectivamente, parcial ou total.[0049] In a fourth embodiment, illustrated in figure 7, the bonding layer 2 and the penultimate upper ceramic layer 3(n-1) are subjected to compression C2 and C3(n-1) respectively, partial or total.

[0050] Finalmente, em um quinto modo de realização, a camada de ligação 2 e o conjunto das camadas 31, ..., 3i, ..., 3n de cerâmica são submetidas a uma compressão (figura 8).[0050] Finally, in a fifth embodiment, the bonding layer 2 and the set of ceramic layers 31, ..., 3i, ..., 3n are subjected to compression (Figure 8).

Claims

1. Method of realizing a thermal barrier system on a metal substrate (1) of a turbomachinery part, such as a high-pressure turbine blade, the thermal barrier system comprising a stack of a plurality of layers of columnar ceramics (3; 31, 3i, ..., 3n) having an upper ceramic layer (3n) and at least one intermediate ceramic layer (31, ..., 3i) arranged under the upper ceramic layer, said layer ceramic top layer forming a top of said stack of the plurality of columnar ceramic layers, said ceramic top layer comprising a bottom surface that is in contact with said at least one intermediate ceramic layer and an top surface that is not in contact with any layer, said at least one intermediate ceramic layer being disposed between said upper ceramic layer and said metallic substrate, characterized in that the process comprises the following steps of: successively depositing said at least one intermediate ceramic layer on said substrate of metal, a compression of at least one of said at least one intermediate ceramic layer (3, 31, ..., 3i, ..., 3n) on said metal (1), stacking said at least one of said at least an intermediate ceramic layer (31, ..., 3i) for narrowing the spaces between the columns of said at least one intermediate ceramic layer (31, ..., 3i), and stacking said upper ceramic layer in said at least least one intermediate ceramic layer.

2. Process according to claim 1, characterized in that the compression is a blasting, a micro-aeration or a laser shock compression.

3. Process according to claim 2, characterized by the fact that the compression of said at least one intermediate ceramic layer (31, ..., 31) is a blasting and by the fact that the Almen intensity of said blasting is comprised between F10A and F42A.

4. Process according to any one of claims 1 to 3, characterized in that said substrate (1) is a superalloy substrate based on nickel or cobalt.

5. Process according to any one of claims 1 to 4, characterized in that at least one of said plurality of columnar ceramic layers (3; 31, ..., 3i, ..., 3n) is a layer of zirconia with yttrium.

6. Process according to any one of claims 1 to 5, characterized in that said plurality of columnar ceramic layers (3; 31, ..., 3i, ..., 3n) is obtained by physical deposit in vapor phase.

7. Process according to claim 6, characterized in that the vapor phase deposit is a physical electron beam vapor phase deposit (EBPVD).

8. Process according to claim 1, characterized in that the process comprises compressing said upper ceramic layer (3n).

9. Process according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the thermal barrier system comprises on the other hand a bonding layer (2) arranged between said metal substrate (1) and said plurality of layers of columnar ceramics (3; 31, ..., 3i, ..., 3n).

Process according to claim 9, characterized in that said bonding layer (2) is a layer of an alumino-forming material, which comprises an alumina layer on the surface.

Process according to claim 9 or 10, characterized in that the process comprises a compression step of said binding layer (2).

12. Process according to claim 11, characterized by the fact that the compression of said bonding layer (2) is a blasting and by the fact that the Almen intensity of said blasting is comprised between F9N and F30A.

13. Turbomachine part, such as a high-pressure turbine blade, characterized in that it comprises a thermal barrier system carried out by a process defined in any one of claims 1 to 12.