BR112019008297B1

BR112019008297B1 - PROCESS FOR MANUFACTURING A PART COMPRISING A NICKEL-BASED SINGLE CRYSTAL SUPERALLOY SUBSTRATE AND A PART COMPRISING A NICKEL-BASED SINGLE CRYSTAL SUPERALLOY SUBSTRATE

Info

Publication number: BR112019008297B1
Application number: BR112019008297-2A
Authority: BR
Inventors: Amar Saboundji; Virginie Jaquet; Jérémy RAME
Original assignee: Safran
Priority date: 2016-10-27
Filing date: 2017-10-19
Publication date: 2023-06-27

Abstract

A invenção refere-se a um método para fabricar uma peça (1) que compreende um substrato de superliga de cristal único à base de níquel (2). Este método é caracterizado por compreender as etapas que consistem em: fabricação de um substrato de superliga de cristal único à base de níquel (2); formar um revestimento (3) no substrato (2), que compreende pelo menos uma camada (30) de um primeiro tipo que compreende alumínio e platina, pelo menos uma camada (31) de um segundo tipo que compreende alumínio, silício, platina e uma camada (32) de um terceiro tipo que compreende níquel, alumínio, silício e platina, sendo a camada (32) de terceiro tipo a camada mais externa da pilha de camadas de revestimento (3); e formar uma camada de alumina dopada com silício (4) na camada (32) de terceiro tipo.The invention relates to a method for manufacturing a part (1) comprising a nickel-based single crystal superalloy substrate (2). This method is characterized by comprising the steps consisting of: manufacturing a single crystal superalloy substrate based on nickel (2); forming a coating (3) on the substrate (2), comprising at least one layer (30) of a first type comprising aluminum and platinum, at least one layer (31) of a second type comprising aluminum, silicon, platinum and a layer (32) of a third type comprising nickel, aluminum, silicon and platinum, the layer (32) of the third type being the outermost layer of the stack of coating layers (3); and forming a silicon-doped alumina layer (4) on the layer (32) of the third type.

Description

FIELD OF THE INVENTION

[001] A invenção está no campo das superligas de cristal único à base de níquel.[001] The invention is in the field of nickel-based single-crystal superalloys.

[002] De forma mais específica, a presente invenção refere-se a um processo para fabricar uma peça que compreende um substrato de superliga de cristal único à base de níquel, bem como uma peça que compreende um substrato de superliga de cristal único à base de níquel.[002] More specifically, the present invention relates to a process for manufacturing a part comprising a nickel-based single crystal superalloy substrate, as well as a part comprising a nickel-based single crystal superalloy substrate. of nickel.

BACKGROUND OF THE INVENTION

[003] O termo “superligas” refere-se a ligas complexas que, a altas temperaturas e pressões, exibem muito boa resistência à oxidação, corrosão, fluência e tensões cíclicas (notavelmente mecânicas ou térmicas). Uma aplicação particular dessas superligas é na fabricação de peças usadas na aeronáutica, por exemplo, lâminas de turbinas.[003] The term “superalloys” refers to complex alloys that, at high temperatures and pressures, exhibit very good resistance to oxidation, corrosion, creep and cyclic stresses (notably mechanical or thermal). A particular application of these superalloys is in the manufacture of parts used in aeronautics, for example, turbine blades.

[004] Peças que compreendem, sucessivamente do interior para o exterior, um substrato de superliga de cristal único à base de níquel, um ou mais subcapa(s) e uma barreira térmica já são conhecidos no estado da técnica.[004] Parts comprising, successively from the inside to the outside, a nickel-based single crystal superalloy substrate, one or more undercoat(s) and a thermal barrier are already known in the state of the art.

[005] Na Figura 1 anexa, uma representação transversal esquemática de um exemplo de tal peça pode ser vista. Isto compreende sucessivamente um substrato de superliga A de cristal único à base de níquel A, um revestimento de ligação B de uma liga selecionada a partir de NiAlPt, MCrAlY com M igual a Co e/ ou Ni, uma camada C de um óxido como alumina e finalmente uma barreira térmica D.[005] In Figure 1 attached, a schematic cross-sectional representation of an example of such a piece can be seen. This successively comprises a single crystal superalloy A substrate based on nickel A, a bonding coating B of an alloy selected from NiAlPt, MCrAlY with M equal to Co and/or Ni, a layer C of an oxide such as alumina and finally a thermal barrier D.

[006] Numerosos estudos mostraram que a interdifusão de componentes químicos entre uma superliga e seu revestimento, bem como a oxidação dos limites de grão da camada de alumina pela difusão de oxigênio, pode ter consequências negativas na vida da peça.[006] Numerous studies have shown that the interdiffusion of chemical components between a superalloy and its coating, as well as the oxidation of the grain boundaries of the alumina layer by oxygen diffusion, can have negative consequences on the life of the part.

[007] Quando a peça acima mencionada é, por exemplo, uma lâmina de turbina, usada em temperaturas compreendidas entre 800 °C e 1600 °C, pode-se observar que a interdifusão é significativa entre a superliga do substrato e as diferentes camadas que a cobrem, devido a suas diferentes composições químicas. Por exemplo, o alumínio do revestimento de ligação B pode se difundir para o substrato A ou o titânio do substrato pode se difundir para o revestimento de ligação B. Os fluxos de difusão associados a esse fenômeno podem ter consequências diferentes.[007] When the aforementioned part is, for example, a turbine blade, used at temperatures between 800 °C and 1600 °C, it can be seen that the interdiffusion is significant between the superalloy of the substrate and the different layers that cover it, due to their different chemical compositions. For example, aluminum from bonding coating B can diffuse into substrate A or titanium from substrate can diffuse into bonding coating B. The diffusion fluxes associated with this phenomenon can have different consequences.

[008] Primeiro, os fluxos acima mencionados levam à depleção prematura da camada de alumina C, que promove a transformação martensítica da camada de ligação B (fase β-NiAl transformada na fase Y'- Ni3Al). Essas transformações geram rachaduras e promovem descamação da camada de óxido.[008] First, the aforementioned fluxes lead to premature depletion of the C alumina layer, which promotes the martensitic transformation of the B binding layer (β-NiAl phase transformed into the Y'-Ni3Al phase). These transformations generate cracks and promote peeling of the oxide layer.

[009] Em seguida, a difusão de certos elementos da superliga, como o titânio, ou certas impurezas, como o enxofre, degradarão a adesão entre a camada de óxido C e a barreira térmica D.[009] Then, the diffusion of certain elements of the superalloy, such as titanium, or certain impurities, such as sulfur, will degrade the adhesion between the oxide layer C and the thermal barrier D.

[010] Por outro lado, a interdifusão pode levar à formação de zonas de reação secundárias (SRZ) que degradarão significativamente as propriedades mecânicas (fluência, resistência à fadiga) da superliga revestida.[010] On the other hand, interdiffusion can lead to the formation of secondary reaction zones (SRZ) that will significantly degrade the mechanical properties (creep, fatigue strength) of the coated superalloy.

[011] Finalmente, quando a peça acima mencionada é uma lâmina de turbina, gases quentes da câmara de combustão (principalmente oxigênio) se difundem através da barreira térmica porosa até atingir a camada de alumina. Isto leva à oxidação dos limites de grão da camada de alumina e ao inchamento do último. Esta evolução é acompanhada por tensões de compressão a longo prazo devido ao crescimento dos limites de grão, levando a ondulações na superfície da camada de ligação B (conhecida como “amarração (rumpling)”) e uma perda de adesão (descamação) da barreira térmica D. É interessante note-se que este fenômeno é ainda maior no caso em que a camada de ligação B está na forma de uma fase β-(Ni,Pt)Al, porque a diferença na composição entre esta camada de ligação B e a superliga do substrato A é significativa.[011] Finally, when the aforementioned part is a turbine blade, hot gases from the combustion chamber (mainly oxygen) diffuse through the porous thermal barrier until they reach the alumina layer. This leads to oxidation of the grain boundaries of the alumina layer and swelling of the latter. This evolution is accompanied by long-term compressive stresses due to grain boundary growth, leading to surface dimpling of the B binding layer (known as “rumpling”) and a loss of adhesion (peeling) of the thermal barrier. D. It is interesting to note that this phenomenon is even greater in the case where the binding layer B is in the form of a β-(Ni,Pt)Al phase, because the difference in composition between this binding layer B and the superalloy of substrate A is significant.

[012] A fim de limitar as consequências negativas da interdifusão e aumentar a vida útil das superligas revestidas, já se conhece uma solução do estado da técnica, que consiste em interpor uma barreira de difusão, com uma espessura de alguns micrômetros, entre o substrato de superliga A e o revestimento de ligação B.[012] In order to limit the negative consequences of interdiffusion and increase the service life of coated superalloys, a state-of-the-art solution is already known, which consists of interposing a diffusion barrier, with a thickness of a few micrometers, between the substrate of superalloy A and alloy coating B.

[013] Esta barreira de difusão consiste, por exemplo, de uma camada densa de alumina ou de uma liga com base em rênio e descobriu-se que a difusão de certos elementos da superliga do substrato A (como o titânio ou o enxofre, por exemplo) é retardada para baixo nesta barreira de difusão.[013] This diffusion barrier consists, for example, of a dense layer of alumina or an alloy based on rhenium, and it was found that the diffusion of certain elements of the superalloy of substrate A (such as titanium or sulfur, for example) is slowed down at this diffusion barrier.

[014] No entanto, o uso desta barreira de difusão reduz a resistência à fadiga térmica da peça, levando em consideração as diferenças nos coeficientes de expansão térmica entre a barreira de difusão, a camada base B e o substrato A. Além disso, a iniciação do craqueamento é acentuada na barreira de difusão durante os esforços mecânicos de fadiga.[014] However, the use of this diffusion barrier reduces the resistance to thermal fatigue of the part, taking into account the differences in the coefficients of thermal expansion between the diffusion barrier, the base layer B and the substrate A. Cracking initiation is accentuated at the diffusion barrier during mechanical fatigue stresses.

DESCRIPTION OF THE INVENTION

[015] O objetivo da invenção é, portanto, propor uma solução técnica para a obtenção de um substrato de superliga de cristal único à base de níquel coberto com um revestimento e uma camada de alumina, enquanto: - limita os fenômenos de interdifusão entre o substrato de superliga e as camadas do referido revestimento, sem degradar as propriedades mecânicas da superliga; - limita a oxidação dos limites de grão da camada de alumina; e, - aumenta a vida útil do sistema completo (substrato revestido).[015] The aim of the invention is therefore to propose a technical solution for obtaining a single crystal superalloy substrate based on nickel covered with a coating and a layer of alumina, while: - limiting the interdiffusion phenomena between the superalloy substrate and the layers of said coating, without degrading the mechanical properties of the superalloy; - limits oxidation of the grain boundaries of the alumina layer; and, - increases the useful life of the complete system (coated substrate).

[016] Quando a camada de alumina é ainda revestida com uma barreira térmica, outro objetivo da invenção é melhorar a adesão entre a camada de alumina e a barreira térmica.[016] When the alumina layer is further coated with a thermal barrier, another object of the invention is to improve the adhesion between the alumina layer and the thermal barrier.

[017] Para esse fim, a invenção refere-se a um processo para fabricar uma peça que compreende um substrato de superliga de cristal único à base de níquel.[017] To that end, the invention relates to a process for manufacturing a part comprising a nickel-based single crystal superalloy substrate.

[018] De acordo com a invenção, este processo compreende os passos consistindo em: - fabricar um substrato de superliga de cristal único à base de níquel, - formar, no referido substrato, um revestimento que compreende pelo menos uma camada de um primeiro tipo que compreende alumínio e platina, pelo menos uma camada de um segundo tipo que compreende alumínio, silício e platina e uma camada de um terceiro tipo que compreende níquel, alumínio, silício e platina, esta camada de terceiro tipo está mais distante da pilha de camadas do revestimento, - formar uma camada de alumina dopada com silício na referida camada de terceiro tipo.[018] According to the invention, this process comprises the steps consisting of: - manufacturing a nickel-based single crystal superalloy substrate, - forming, on said substrate, a coating comprising at least one layer of a first type comprising aluminum and platinum, at least one layer of a second type comprising aluminum, silicon and platinum and a layer of a third type comprising nickel, aluminum, silicon and platinum, this layer of the third type being furthest from the stack of layers of the coating, - forming a silicon-doped alumina layer on said layer of the third type.

[019] Graças a estas características da invenção, as diferentes camadas do revestimento limitam os fenômenos de interdifusão entre a superliga do substrato e a camada de alumina, sem degradar as propriedades mecânicas destas superligas.[019] Thanks to these characteristics of the invention, the different layers of the coating limit the interdiffusion phenomena between the substrate superalloy and the alumina layer, without degrading the mechanical properties of these superalloys.

[020] Além disso, o silício difunde-se na camada de alumina, constituindo assim uma barreira de difusão eficaz contra o oxigênio da atmosfera externa.[020] In addition, silicon diffuses into the alumina layer, thus constituting an effective diffusion barrier against oxygen from the external atmosphere.

[021] Finalmente, a vida da peça obtida por este processo é aumentada.[021] Finally, the life of the part obtained by this process is increased.

[022] De acordo com outras características vantajosas e não limitativas da invenção, tomadas isoladamente ou em combinação: - o dito revestimento compreende pelo menos três camadas de primeiro tipo; - o referido revestimento compreende duas camadas de segundo tipo; - o referido revestimento compreende uma sucessão de camadas de primeiro tipo e/ ou uma sucessão de camadas de segundo tipo; - no referido revestimento, a camada em contato com o substrato de superliga de cristal único à base de níquel é uma camada de primeiro tipo; - pelo menos uma das camadas entre a camada de primeiro tipo, a camada de segundo tipo e a camada de terceiro tipo são formadas: - para a referida camada de primeiro tipo, depositando uma camada nanocristalina de alumínio e depois uma camada nanocristalina de platina ou vice-versa, - para a referida camada de segundo tipo, depositando, em qualquer ordem, uma camada nanocristalina de alumínio, uma camada nanocristalina de platina e uma camada nanocristalina de silício, - e para a referida camada de terceiro tipo depositando, em qualquer ordem, uma camada nanocristalina de alumínio, uma camada nanocristalina de platina, uma camada nanocristalina de níquel e uma camada nanocristalina de silício, - e as referidas camadas nanocristalinas são submetidas a um tratamento de difusão, de modo a formar o referido revestimento; - a deposição das diferentes camadas do revestimento é realizada por deposição física de vapor ou deposição química de vapor; - a deposição das diferentes camadas do revestimento é realizada por pulverização catódica; - compreende uma etapa adicional que consiste em depositar uma barreira térmica na referida camada de alumina dopada com silício.[022] According to other advantageous and non-limiting features of the invention, taken alone or in combination: - said coating comprises at least three layers of the first type; - said coating comprises two layers of the second type; - said coating comprises a succession of layers of the first type and/or a succession of layers of the second type; - in said coating, the layer in contact with the nickel-based single-crystal superalloy substrate is a layer of the first type; - at least one of the layers between the layer of the first type, the layer of the second type and the layer of the third type are formed: - for said layer of the first type, depositing a nanocrystalline layer of aluminum and then a nanocrystalline layer of platinum or vice versa, - for said layer of second type, depositing, in any order, a nanocrystalline layer of aluminum, a nanocrystalline layer of platinum and a nanocrystalline layer of silicon, - and for said layer of third type, depositing, in any order, a nanocrystalline aluminum layer, a nanocrystalline platinum layer, a nanocrystalline nickel layer and a nanocrystalline silicon layer, - and said nanocrystalline layers are subjected to a diffusion treatment, so as to form said coating; - the deposition of the different layers of the coating is carried out by physical vapor deposition or chemical vapor deposition; - the deposition of the different layers of the coating is carried out by sputtering; - comprises an additional step consisting in depositing a thermal barrier on said silicon-doped alumina layer.

[023] A invenção também se refere a uma peça que compreende um substrato de superliga de cristal único à base de níquel.[023] The invention also relates to a part comprising a nickel-based single crystal superalloy substrate.

[024] De acordo com a invenção, a peça compreende sucessivamente no dito substrato um revestimento coberto com uma camada de alumina dopada com silício, que compreende o dito revestimento pelo menos uma camada de um primeiro tipo que compreende alumínio e platina, pelo menos uma camada de um segundo tipo que compreende alumínio, silício e platina e uma camada de um terceiro tipo que compreende níquel, alumínio, silício e platina, estando esta camada de terceiro tipo mais afastada do camada de pilha do revestimento.[024] According to the invention, the part successively comprises on said substrate a coating covered with a layer of silicon-doped alumina, said coating comprising at least one layer of a first type comprising aluminum and platinum, at least one layer of a second type comprising aluminum, silicon and platinum and a layer of a third type comprising nickel, aluminum, silicon and platinum, this layer of third type being furthest from the stack layer of the coating.

[025] De forma vantajosa, a referida camada de alumina dopada com silício é coberta por uma barreira térmica.[025] Advantageously, said silicon-doped alumina layer is covered by a thermal barrier.

BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

[026] Outras características e vantagens da invenção irão se tornar evidentes a partir da descrição que será agora feita, com referência aos desenhos anexos, que representam, por meio de ilustração não limitativa, várias formas de realização possíveis.[026] Other features and advantages of the invention will become evident from the description that will now be made, with reference to the attached drawings, which represent, by way of non-limiting illustration, various possible embodiments.

[027] Nestes desenhos:[027] In these drawings:

[028] A Figura 1 é uma vista esquemática em corte transversal de uma peça de acordo com o estado da técnica que compreende um substrato de superliga de cristal único à base de níquel coberto com várias camadas; e[028] Figure 1 is a schematic cross-sectional view of a part according to the prior art comprising a single-crystal nickel-based superalloy substrate covered with several layers; It is

[029] A Figura 2 é uma vista esquemática em corte transversal de um substrato coberto com um revestimento de acordo com uma forma de realização da invenção,[029] Figure 2 is a schematic cross-sectional view of a substrate covered with a coating according to an embodiment of the invention,

[030] A Figura 3 é uma vista esquemática em corte transversal de um substrato coberto com um revestimento de acordo com outra forma de realização da invenção;[030] Figure 3 is a schematic cross-sectional view of a substrate covered with a coating according to another embodiment of the invention;

[031] A Figura 4 é uma vista esquemática em corte transversal do detalhe das diferentes camadas depositadas para formar o revestimento do substrato de acordo com uma forma de realização particular,[031] Figure 4 is a schematic cross-sectional view of the detail of the different layers deposited to form the substrate coating according to a particular embodiment,

[032] A Figura 5 é uma vista esquemática em corte de duas formas de realização de uma peça de acordo com a invenção.[032] Figure 5 is a schematic cross-sectional view of two embodiments of a part according to the invention.

DESCRIPTION OF EMBODIMENTS OF THE INVENTION

[033] O processo para fabricar uma peça de acordo com a invenção será agora descrito.[033] The process for manufacturing a part according to the invention will now be described.

[034] De acordo com uma primeira forma de realização da invenção mostrada na Figura 5, a peça acabada, com o sinal de referência (1), compreende um substrato (2), coberto com um revestimento multicamada (3), ele próprio coberto com uma camada de alumina (4).[034] According to a first embodiment of the invention shown in Figure 5, the finished part, with the reference sign (1), comprises a substrate (2), covered with a multilayer coating (3), itself covered with an alumina layer (4).

[035] De acordo com uma segunda forma de realização da invenção mostrada na mesma Figura, a camada de alumina (4) é coberta com uma camada de barreira térmica (5). A peça acabada tem o sinal de referência (1’).[035] According to a second embodiment of the invention shown in the same Figure, the alumina layer (4) is covered with a thermal barrier layer (5). The finished part has the reference sign (1').

[036] O substrato (2) é feito de uma superliga de cristal único à base de níquel.[036] The substrate (2) is made of a single-crystal nickel-based superalloy.

[037] Este substrato é, por exemplo, obtido por moldagem ou fabricação aditiva e tem a forma final desejada, por exemplo, a de uma pá de turbina.[037] This substrate is, for example, obtained by molding or additive manufacturing and has the desired final shape, for example, that of a turbine blade.

[038] Por meio de exemplos puramente ilustrativos, as superligas úteis para a fabricação do substrato (2) são as mencionadas na Tabela 1 abaixo. Eles são identificados pelas letras A a F. Outras superligas de cristal único com base em níquel também podem ser usadas. TABELA 1[038] By way of purely illustrative examples, the useful superalloys for manufacturing the substrate (2) are those mentioned in Table 1 below. They are identified by the letters A through F. Other nickel-based single-crystal superalloys may also be used. TABLE 1

[039] Superligas de cristal único à base de níquel exemplars [039] Exemplary nickel-based single-crystal superalloys

[040] O termo “restante” corresponde, para cada superliga, à porcentagem de massa residual para atingir 100% com os vários outros componentes mencionados.[040] The term “remainder” corresponds, for each superalloy, to the percentage of residual mass to reach 100% with the various other components mentioned.

[041] Como mostrado na Figura 2, o revestimento (3), formada sobre o substrato (2), compreende, pelo menos, uma camada (30), que compreende alumínio e platina, referida como “camada de um primeiro tipo”, pelo menos uma camada (31) que compreende alumínio, silício e platina, referido como “camada de um segundo tipo”, e uma camada (32) que compreende níquel, alumínio, silício e platina, designada por “camada de um terceiro tipo”. A camada de terceiro tipo (32) está mais distante do lado de fora da pilha de camadas do revestimento (3). Em outras palavras, é a mais distante do substrato (2).[041] As shown in Figure 2, the coating (3), formed on the substrate (2), comprises at least one layer (30), comprising aluminum and platinum, referred to as "a layer of the first type", at least one layer (31) comprising aluminum, silicon and platinum, referred to as "layer of a second type", and a layer (32) comprising nickel, aluminum, silicon and platinum, referred to as "layer of a third type" . The third type layer (32) is furthest outside the stack of coating layers (3). In other words, it is the farthest from the substrate (2).

[042] De preferência, o revestimento (3) compreende pelo menos três camadas de primeiro tipo. Também de forma preferida, o revestimento (3) compreende duas camadas do tipo (31). As diferentes camadas (30 e 31) podem ser alternadas, mas isto não é obrigatório.[042] Preferably, the coating (3) comprises at least three layers of the first type. Also preferably, the coating (3) comprises two layers of the type (31). The different layers (30 and 31) can be alternated, but this is not mandatory.

[043] É também possível ter uma sucessão de camadas (30) de primeiro tipo e/ ou uma sucessão de camadas (31) de segundo tipo.[043] It is also possible to have a succession of layers (30) of the first type and/or a succession of layers (31) of the second type.

[044] Assim, por exemplo, na Figura 3, que ilustra outra forma de realização, o revestimento (3) compreende três camadas sucessivas de primeiro tipo (30), depois duas camadas de segundo tipo sucessivas (31) e finalmente uma camada de terceiro tipo (32).[044] Thus, for example, in Figure 3, which illustrates another embodiment, the coating (3) comprises three successive layers of the first type (30), then two successive layers of the second type (31) and finally a layer of third type (32).

[045] De preferência, a camada em contato com o substrato (2) é uma camada de primeiro tipo (30).[045] Preferably, the layer in contact with the substrate (2) is a layer of the first type (30).

[046] De forma vantajosa, as diferentes camadas constitutivas do revestimento (3) são feitas no mesmo aparelho de deposição. Eles podem ser depositados por diferentes processos de deposição física de vapor (PVD) ou de deposição química de vapor (CVD).[046] Advantageously, the different layers constituting the coating (3) are made in the same deposition apparatus. They can be deposited by different physical vapor deposition (PVD) or chemical vapor deposition (CVD) processes.

[047] Exemplos de deposição física de vapor incluem o uso de deposição química de vapor por feixe de elétrons (EBPVD), evaporação, ablação por laser pulsado ou pulverização (pulverização catódica). A última técnica é preferida. Tem a vantagem de permitir a formação de filmes densos de espessura nanométrica ou micrométrica com maior adesão à camada anterior do que a obtida com outras técnicas de deposição.[047] Examples of physical vapor deposition include the use of electron beam chemical vapor deposition (EBPVD), evaporation, pulsed laser ablation, or sputtering (sputtering). The last technique is preferred. It has the advantage of allowing the formation of dense films of nanometric or micrometric thickness with greater adherence to the previous layer than that obtained with other deposition techniques.

[048] Exemplos de técnicas de deposição química de vapor (CVD) incluem: - deposição química de vapor aumentada por plasma (PECVD), - deposição química de vapor de baixa pressão (LPCVD), - deposição química de vapor de ultra alto vácuo (UHVCVD), - deposição química de vapor por pressão atômica (APCVD) e - deposição química de vapor na camada atômica (ALCVD).[048] Examples of chemical vapor deposition (CVD) techniques include: - plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD), - low pressure chemical vapor deposition (LPCVD), - ultra high vacuum chemical vapor deposition ( UHVCVD), - atomic pressure chemical vapor deposition (APCVD) and - atomic layer chemical vapor deposition (ALCVD).

[049] Deve-se notar, no entanto, que a platina só pode ser depositada por PVD ou por eletrodeposição.[049] It should be noted, however, that platinum can only be deposited by PVD or electroplating.

[050] De acordo com uma primeira forma de realização, pelo menos uma das camadas (30, 31, 32) do revestimento (3) é formada pela co- deposição dos diferentes elementos químicos que constituem esta camada.[050] According to a first embodiment, at least one of the layers (30, 31, 32) of the coating (3) is formed by the codeposition of the different chemical elements that constitute this layer.

[051] Esta co-deposição pode assim ser realizada, por exemplo, a partir de um alvo de liga única contendo os vários elementos químicos que constituem a referida camada a ser formada. Por exemplo, para formar a camada de segundo tipo (31), pode ser usado um alvo de liga contendo alumínio, platina e silício.[051] This codeposition can thus be carried out, for example, from a single alloy target containing the various chemical elements that constitute said layer to be formed. For example, to form the second type layer (31), an alloy target containing aluminum, platinum and silicon can be used.

[052] Esta co-deposição também pode ser realizada, por exemplo, a partir de vários alvos diferentes, cada um contendo um dos elementos químicos que constituem a camada a ser formada. Por exemplo, para formar a camada de terceiro tipo (32), quatro alvos podem ser usados simultaneamente, a saber, um alvo de alumínio, um alvo de níquel, um alvo de silício e um alvo de platina (ou cromo).[052] This co-deposition can also be performed, for example, from several different targets, each containing one of the chemical elements that constitute the layer to be formed. For example, to form the third type layer (32), four targets can be used simultaneously, namely, an aluminum target, a nickel target, a silicon target and a platinum (or chromium) target.

[053] Independentemente do tipo de co-deposição escolhido, esta técnica torna possível obter as camadas (30, 31 e 32) na forma de ligas, (respectivamente, uma liga de Al/ PT para a primeira camada de primeiro tipo (30), uma liga Al/ Pt/ Si para a camada de segundo tipo (31) e uma liga Al/ Pt/ Si/ Ni para a camada de terceiro tipo (32)).[053] Regardless of the type of co-deposition chosen, this technique makes it possible to obtain the layers (30, 31 and 32) in the form of alloys, (respectively, an Al/PT alloy for the first layer of the first type (30) , an Al/Pt/Si alloy for the second type layer (31) and an Al/Pt/Si/Ni alloy for the third type layer (32)).

[054] De acordo com uma segunda forma de realização da invenção, mostrada na Figura 4, é também possível formar as diferentes camadas do revestimento (3) como se segue.[054] According to a second embodiment of the invention, shown in Figure 4, it is also possible to form the different layers of the coating (3) as follows.

[055] Para a primeira camada do tipo (30), uma camada nanocristalina de platina (301) é depositada, seguida por uma camada nanocristalina de alumínio (302), ou vice-versa.[055] For the first layer of the type (30), a nanocrystalline platinum layer (301) is deposited, followed by a nanocrystalline aluminum layer (302), or vice versa.

[056] Para a camada de segundo tipo (31), uma camada nanocristalina de alumínio (302), uma camada nanocristalina de platina (301) e uma camada nanocristalina de silício (310) são depositadas em qualquer ordem.[056] For the second type layer (31), a nanocrystalline aluminum layer (302), a nanocrystalline platinum layer (301) and a nanocrystalline silicon layer (310) are deposited in any order.

[057] Finalmente, para a camada de terceiro tipo (32), uma camada nanocristalina de alumínio (302), uma camada nanocristalina de platina (301), uma camada nanocristalina de níquel (303), e uma camada nanocristalina de silício (320) são depositados em qualquer ordem.[057] Finally, for the third type layer (32), a nanocrystalline aluminum layer (302), a nanocrystalline platinum layer (301), a nanocrystalline nickel layer (303), and a nanocrystalline silicon layer (320 ) are deposited in any order.

[058] O termo “nanocristalino” significa que os cristais (grãos) que compõem essas camadas de material policristalino têm menos de 1 micrômetro (1 μm) de tamanho.[058] The term “nanocrystalline” means that the crystals (grains) that make up these layers of polycrystalline material are less than 1 micrometer (1 μm) in size.

[059] De forma vantajosa, as duas camadas de silício (310, 320) têm uma espessura inferior a 100 nm. De preferência, a camada de níquel (303) tem uma espessura inferior a 100 nm.[059] Advantageously, the two silicon layers (310, 320) have a thickness of less than 100 nm. Preferably, the nickel layer (303) has a thickness of less than 100 nm.

[060] Também de forma vantajosa, as camadas de platina (301) e/ ou as camadas de alumínio (302) têm uma espessura inferior a 1 micrômetro (1 μm).[060] Also advantageously, the platinum layers (301) and/or the aluminum layers (302) have a thickness of less than 1 micrometer (1 μm).

[061] Uma vez que as diferentes camadas do revestimento (3) tenham sido formadas, um tratamento de difusão é realizado por aquecimento a uma temperatura compreendida de forma preferencial entre 200 °C e 1200[061] Once the different layers of the coating (3) have been formed, a diffusion treatment is carried out by heating at a temperature preferably between 200 °C and 1200

[062] Será notado que após o tratamento de difusão, as camadas (30, 31, 32) obtidas permanecem nanocristalinas.[062] It will be noted that after the diffusion treatment, the layers (30, 31, 32) obtained remain nanocrystalline.

[063] A camada de alumina (4) é então formada na camada de terceiro tipo (32). Para fazer isto, de preferência, o substrato (2) coberto com o revestimento (3) é submetido a um tratamento térmico sob pressão parcial de oxigênio, ou de oxigênio e árgon.[063] The alumina layer (4) is then formed into the third type layer (32). To do this, preferably the substrate (2) covered with the coating (3) is subjected to a heat treatment under partial pressure of oxygen, or of oxygen and argon.

[064] De forma vantajosa, este tratamento térmico inclui uma etapa de aumento de temperatura até que uma temperatura compreendida entre 900 °C e 1200 °C seja alcançada, uma etapa de manutenção dessa temperatura por menos de uma hora e uma etapa de resfriamento até atingir a temperatura ambiente.[064] Advantageously, this heat treatment includes a step of increasing the temperature until a temperature between 900 °C and 1200 °C is reached, a step of maintaining that temperature for less than one hour and a cooling step until reach room temperature.

[065] Finalmente, quando o substrato (1’) é desejado, a barreira térmica (5) é depositada na camada de alumina (4).[065] Finally, when the substrate (1') is desired, the thermal barrier (5) is deposited on the alumina layer (4).

[066] Esta barreira térmica é uma camada de zircônia itriada, por exemplo, ou uma alternação de pelo menos uma camada de zircônia itriada (contendo ítrio) e pelo menos uma camada de cerâmica.[066] This thermal barrier is a layer of yttriated zirconia, for example, or an alternation of at least one layer of yttriated zirconia (containing yttrium) and at least one layer of ceramic.

[067] De preferência, a referida barreira térmica (5) é depositada por deposição física de vapor por feixe de elétrons (EBPVD).[067] Preferably, said thermal barrier (5) is deposited by physical electron beam vapor deposition (EBPVD).

[068] Os papéis das diferentes camadas são os seguintes.[068] The roles of the different layers are as follows.

[069] As camadas de platina (301) e alumínio (302) são nanocristalinas, o que aumenta a área de superfície total dos limites de grão, formando uma boa barreira de difusão, para limitar a interdifusão entre a superliga do substrato (2) e seu revestimento (3). Além disso, os limites de grão destas platina e as camadas de alumínio também limitam a corrosão e a oxidação do substrato (2).[069] The platinum (301) and aluminum (302) layers are nanocrystalline, which increases the total surface area of the grain boundaries, forming a good diffusion barrier, to limit interdiffusion between the substrate superalloy (2) and its coating (3). In addition, the grain boundaries of these platinum and aluminum layers also limit substrate corrosion and oxidation (2).

[070] Outra vantagem resultante do fato de o revestimento (3) ter muitas camadas é a multiplicação do número de interfaces. Estas interfaces são vias potenciais para bloquear o oxigênio e outros metais e assim limitam os fenômenos de interdifusão entre o substrato (2) e a camada de alumina (4). O revestimento multicamada (3) aumenta assim a resiliência de toda a peça (1) ou (1’).[070] Another advantage resulting from the fact that the coating (3) has many layers is the multiplication of the number of interfaces. These interfaces are potential ways to block oxygen and other metals and thus limit the interdiffusion phenomena between the substrate (2) and the alumina layer (4). The multi-layer coating (3) thus increases the resilience of the entire part (1) or (1').

[071] Outra vantagem de um revestimento multicamadas (3) é o seu mecanismo de desgaste. Em cada interface entre duas camadas sucessivas, existem esforços de compressão e tensão. Assim, as rachaduras que podem aparecer se propagam de forma preferencial ao longo das interfaces, em vez de perpendicular às camadas. Devido ao grande número de interfaces, a vida da peça (1) ou (1’) é aumentada.[071] Another advantage of a multilayer coating (3) is its wear mechanism. At each interface between two successive layers, there are compression and tension stresses. Thus, the cracks that may appear preferentially propagate along the interfaces, rather than perpendicular to the layers. Due to the large number of interfaces, the life of the part (1) or (1') is increased.

[072] Finalmente, a multiplicação das camadas do revestimento (3) torna possível combinar diferentes tipos de material de revestimento e aumentar a impermeabilidade total do revestimento (3) no caso de um defeito e/ ou fissura em algumas das suas camadas.[072] Finally, the multiplication of the coating layers (3) makes it possible to combine different types of coating material and increase the total impermeability of the coating (3) in the event of a defect and/or crack in some of its layers.

[073] Além disso, cada camada (31, 32) que contém silício tem um papel muito particular.[073] In addition, each layer (31, 32) containing silicon has a very particular role.

[074] Peça do silício na camada de terceiro tipo (32) difunde-se nos limites de grão da camada de alumina contígua (4) e na outra camada contígua a ela, nomeadamente a camada de alumínio (302) ou a camada de platina (301) de acordo com a ordem em que foram depositadas.[074] Part of the silicon in the layer of the third type (32) diffuses into the grain boundaries of the adjacent alumina layer (4) and into the other layer adjacent to it, namely the aluminum layer (302) or the platinum layer (301) according to the order in which they were deposited.

[075] Sob as condições operacionais da pá de turbina, ou seja, na faixa de temperatura de 800 °C a 1600 °C, o silício nos limites de grãos de alumina reage com gases quentes produzidos na câmara de combustão da aeronave, como oxigênio e/ ou nitrogênio, para formar óxido de silício (SiO2) e/ ou nitreto de silício (Si3N4).[075] Under the operating conditions of the turbine blade, that is, in the temperature range from 800 °C to 1600 °C, silicon in the alumina grain boundaries reacts with hot gases produced in the aircraft combustion chamber, such as oxygen and/or nitrogen, to form silicon oxide (SiO2) and/or silicon nitride (Si3N4).

[076] Este óxido de silício e este nitreto constituem uma barreira de difusão muito eficaz contra o oxigênio porque seus coeficientes de difusão são relativamente baixos.[076] This silicon oxide and this nitride constitute a very effective diffusion barrier against oxygen because their diffusion coefficients are relatively low.

[077] Ao se difundir nos limites de grão da camada de alumina (4), o silício retarda a oxidação da camada de alumina, aumenta sua vida útil e, portanto, a vida de toda a peça (1, 1’).[077] By diffusing into the grain boundaries of the alumina layer (4), silicon retards the oxidation of the alumina layer, increasing its useful life and, therefore, the life of the entire piece (1, 1').

[078] Por sua vez, o silício na camada de segundo tipo (31) serve como um reservatório para o silício na camada de terceiro tipo (32), no caso de este silício da camada de terceiro tipo (32) estar completamente consumido. Quando existem várias camadas (31), o silício aí desempenha o mesmo papel.[078] In turn, the silicon in the layer of the second type (31) serves as a reservoir for the silicon in the layer of the third type (32), in case this silicon of the third type layer (32) is completely consumed. When there are several layers (31), silicon plays the same role there.

Claims

1. PROCESS FOR MANUFACTURING A PART (1) COMPRISING A SINGLE CRYSTAL NICKEL-BASED SUPERALLOY SUBSTRATE (2), characterized in that it comprises the steps consisting of: - manufacturing a nickel-based single crystal superalloy substrate (2), - forming, on the substrate (2), a coating (3) comprising at least one layer (30) of a first type comprising aluminum and platinum, at least one layer (31) of a second type comprising aluminium, silicon and platinum and a layer (32) of a third type comprising nickel, aluminium, silicon and platinum, this third type layer (32) being furthest from the stack layer of the coating (3), - forming a layer of silicon-doped alumina (4) in the third type layer (32).

2. Process according to claim 1, characterized in that the coating (3) comprises at least three layers of the first type (30).

Process according to any one of Claims 1 to 2, characterized in that the coating (3) comprises two layers of the second type (31).

Process according to any one of Claims 1 to 3, characterized in that the coating (3) comprises a succession of layers of the first type (30) and/or a succession of layers of the second type (31).

5. PROCESS according to any one of claims 1 to 4, characterized in that in the coating (3), the layer in contact with the nickel-based single crystal superalloy substrate (2) is a layer of the first type (30 ).

6. Process according to any one of claims 1 to 5, characterized in that at least one of the layers between the first type layer (30), the second type layer (31) and the third type layer (32) are formed: - for the first type layer (30) by depositing a nanocrystalline aluminum layer (302) and then a nanocrystalline platinum layer (301), or vice versa, - for the second type layer (31) by depositing, in any order, a nanocrystalline aluminum layer (302), a nanocrystalline platinum layer (301) and a nanocrystalline silicon layer (310), - and for the third type layer (32) depositing, in any order, a nanocrystalline layer of aluminum (302), a nanocrystalline platinum layer (301), a nanocrystalline nickel layer (303) and a nanocrystalline silicon layer (320), and wherein the nanocrystalline layers (301, 302, 303, 310, 320) are subjected to a diffusion treatment in order to form the coating (3).

7. Process according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the deposition of the different layers of the coating (3) is carried out by physical vapor deposition or chemical vapor deposition.

8. PROCESS, according to claim 7, characterized in that the deposition of the individual layers of the coating (3) is carried out by sputtering.

9. Process according to any one of claims 1 to 8, characterized in that it comprises an additional step consisting in depositing a thermal barrier (5) on the silicon-doped alumina layer (4).

10. PIECE (1) COMPRISING A SINGLE CRYSTAL SUPERALLOY SUBSTRATE BASED ON NICKEL (2), characterized in that it successively comprises on the substrate (2) a coating (3) covered with a layer of silicon-doped alumina (4) the coating (3) comprising at least one layer (30) of a first type comprising aluminum and platinum, at least one layer (31) of a second type comprising aluminum, silicon and platinum and a layer (32) of a third type comprising nickel, aluminum, silicon and platinum, this layer of the third type (32) being located furthest outside the stack of layers of the coating (3).

11. PART according to claim 10, characterized in that the silicon-doped alumina layer (4) is covered by a thermal barrier (5).