CH661287A5 - Procede de preparation par diffusion d'une couche protectrice sur des alliages a base de nickel, cobalt et fer. - Google Patents
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Description
Cette invention concerne un procédé de préparation pardiffu-65 sion d'une couche protectrice sur des alliages à base de nickel, cobalt et fer, et plus particulièrement un procédé de préparation par diffusion d'une couche combinant le platine, le chrome et l'aluminium sur des alliages à base de nickel, cobalt et fer.
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On sait depuis longtemps comment appliquer par diffusion une couche d'aluminium sur des pièces en alliages à base de nickel,
cobalt et fer par un procédé de cémentation, consistant à enfouir ces pièces dans un lit composé d'un mélange en poudre d'une source d'aluminium et d'un matériau inerte, puis à chauffer l'ensemble à une température élevée (par exemple 760° C-l 100° C) pendant plusieurs heures pour permettre à l'aluminium de diffuser à l'intérieur de la surface de ces pièces en alliage.
Il a aussi été proposé, pour améliorer la résistance à l'oxydation et à la corrosion de telles pièces, de recouvrir d'abord l'alliage par électrolyse ou par un autre procédé d'une couche d'un métal du groupe du platine, ensuite de procéder à un alitérage par cémentation des surfaces recouvertes de platine. Un tel procédé est décrit dans le brevet U.S. 3.677.789 accordé à Bungardt.
Il a aussi été proposé dans le brevet U.S. 4.148.275 accordé à Benden de procéder à l'alitérage de conduites aboutissant à une chambre en y faisant circuler un gaz porteur que l'on avait forcé à passer sur un lit chauffé composé d'une source d'aluminium et d'un matériau inerte.
Ces couches protectrices obtenues par diffusion sont particulièrement utiles par exemple pour les éléments des turbines à gaz qui sont exposés à de hautes températures et à des environnements chauds et corrosifs.
Souvent de tels éléments sont d'une construction relativement compliquée comportant par exemple des passages internes qui ne sont pas en contact avec la source d'aluminium et le matériau inerte utilisés dans le procédé de cémentation; non seulement ces parties ne sont pas couvertes d'un revêtement, mais encore elles peuvent se trouver bouchées ou obstruées par le mélange en poudre utilisé pour l'opération de cémentation, et doivent par conséquent être nettoyées. En outre, d'autres parties peuvent, en cours de service, être exposées à un environnement moins corrosif et avoir besoin d'un revêtement ayant des propriétés protectrices moindres.
La présente invention a en partie pour objet de résoudre le problème du traitement des pièces qui ne pouvaient être traitées d'une manière satisfaisante ou économique par les procédés de l'art antérieur.
Cette invention décrit un procédé et des produits permettant d'appliquer un revêtement d'un métal du groupe du platine sur des surfaces destinées à être exposées à une chaleur extrême ainsi qu'à des environnements chauds et corrosifs, puis à effectuer une chromisation sur la couche de platine ainsi que sur d'autres parties par un mélange de chrome, d'un activateur et d'un matériau inerte (sans que la pièce soit en contact avec ce mélange), enfin à effectuer en phase gazeuse à température élevée un alitérage par un mélange d'aluminium ou d'un alliage d'aluminium, d'un activateur et d'un matériau inerte en phase gazeuse sans que la pièce soit en contact avec ce mélange ou un alitérage où la pièce est enfouie dans le mélange susmentionné. Le métal du groupe du platine est de préférence le platine lui-même. Le revêtement peut être soumis en atmosphère inerte ou sous vide à une température élevée d'environ 815°C à 1100° C pendant une durée pouvant aller jusqu'à 10 heures avant l'opération de chromisation en phase gazeuse. Ce traitement thermique est de préférence de 1 à 5 heures environ, mais il peut être omis. La chromisation en phase gazeuse est faite de préférence à une température située entre 648° C et 1150°C environ et sa durée est de 1 à 20 heures suivant l'épaisseur de couche de diffusion désirée. Le revêtement en platine est de préférence déposé par électrolyse de manière à avoir une couche de platine épaisse de 0,0025 à 0,018 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 jusqu'à 40% environ d'un activateur (habituellement un halogé-nure), le reste étant constitué d'un matériau inerte du type oxyde d'aluminium. L'alitérage en phase gazeuse ou par enfouissement dans un lit est de préférence effectué au-dessus de ou dans un mélange de 1 à 35% d'une source d'aluminium, de jusqu'à 40% d'un activateur (habituellement un halogénure), le reste étant constitué d'un matériau inerte. L'épaisseur combinée des couches de diffusion de platine, chrome et aluminium est de préférence d'environ 0,013 à 0,1 mm.
Dans la description générale de l'invention qui précède, divers objets, buts et avantages de l'invention ont été mis en avant.
D'autres objets, buts et avantages de l'invention apparaîtront à la ■ lecture de la description qui suit accompagnée de dessins, où
la fig. 1 est un diagramme résumant les opérations successives à effectuer pour la mise en œuvre de l'une des versions préférées de cette invention,
la fig. 2 est une microphotographie d'un revêtement obtenu par diffusion de platine, de chrome et d'aluminium suivant le procédé tel qu'il est résumé par le diagramme de la fig. 1,
la fig. 3 est un diagramme résumant les opérations successives à effectuer pour la mise en œuvre d'une autre forme d'exécution de l'invention,
la fig. 4 est une microphotographie d'un revêtement obtenu par diffusion de chrome, de platine et d'aluminium suivant le procédé tel qu'il est résumé par le diagramme de la fig. 3,
la fig. 5 est un diagramme résumant les opérations successives à effectuer pour la mise en œuvre d'une autre forme d'exécution de l'invention, et la fig. 6 est une microphotographie d'un revêtement obtenu par diffusion de chrome, d'aluminium et de platine suivant le procédé tel qu'il est résumé par le diagramme de la fig. 5.
Le diagramme de la fig. 1 résume les opérations à effectuer pour la mise en œuvre de l'une des versions préférées de l'invention, à savoir: inspection, préparation (dégraissage, nettoyage par sablage, rinçage), recouvrement des zones non revêtues de platine, dépôt d'un revêtement de platine, traitement thermique (facultatif) pour faire diffuser le platine, recouvrement des zones ne devant pas recevoir le revêtement suivant, chromisation en phase gazeuse, et enfin alitérage.
Ce procédé sera rendu plus explicite à l'aide de l'exemple qui suit. Une aube de turbine ayant des passages de refroidissement a été inspectée, dégraissée, nettoyée par sablage et les parties de l'aube exposées à la corrosion ont été recouvertes par électrolyse d'une couche de platine d'une épaisseur de 0,0075 mm. L'aube de turbine a été ensuite soumise à un traitement thermique de 3 heures à environ 1040° C sous une atmosphère d'argon pour faire diffuser le platine à l'intérieur des surfaces. L'aube était ensuite placée au-dessus d'une source de chrome de manière à ne pas être en contact avec elle. La chromisation était effectuée par un chauffage de 8 heures à environ 1070°C. La source de chrome était dans ce cas un mélange de 20% de chrome environ, de 2% environ d'un activateur halogéné, le reste étant constitué par de l'oxyde d'aluminium. L'aube était ensuite enfouie dans un mélange contenant une source d'aluminium, un activateur et un matériau inerte, puis chauffée à 760' C environ pendant 5 heures. Le mélange en poudre était dans ce cas constitué de 15% d'un alliage contenant de l'aluminium, de 2% d'un activateur halogéné, le reste étant constitué d'oxyde d'aluminium. La coupe de la surface ainsi obtenue est donnée sur la fig. 2.
Les parties traitées suivant le procédé de l'invention décrit ci-dessus sont beaucoup plus résistantes à la corrosion à chaud que si elles sont soumises à un alitérage selon les procédés de cémentation décrits dans les brevets 3.677.789 et 4.148.275.
Il a été trouvé qu'une microstructure et une résistance à la corrosion similaires pouvaient être aussi obtenues en procédant d'abord à la chromisation en phase gazeuse, l'application de platine et l'alitérage venant ensuite.
La fig. 3 est un diagramme résumant les opérations successives à effectuer pour mettre en œuvre une version préférée de cette deuxième forme d'exécution et la fig. 4 est une microphotographie d'un revêtement obtenu par diffusion de chrome, platine et aluminium, selon cette version de la seconde forme d'exécution résumée dans la fig. 3.
Le diagramme de la fig. 3 résume les opérations à effectuer pour la mise en œuvre de cet autre procédé selon l'invention, à savoir: inspection, préparation (dégraissage, nettoyage par sablage, rinçage).
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chromisation en phase gazeuse, recouvrement des zones non revêtues de platine, dépôt d'un revêtement de platine, traitement thermique (facultatif) pour faire diffuser le platine, recouvrement des zones non soumises à l'alitérage.
Ce procédé sera rendu plus explicite à l'aide de l'exemple qui s suit. Une aube de turbine ayant des passages de refroidissement a été inspectée, dégraissée, nettoyée par sablage et placée au-dessus d'une source de chrome de manière à ne pas être en contact avec elle. La chromisation était effectuée par un chauffage de 8 heures à environ 1070°C. La source de chrome était dans ce cas un mélange de 20% de chrome environ, de 2% environ d'un activateur halogéné, le reste étant constitué par de l'oxyde d'aluminium. Après la chromisation, les parties de l'aube exposées à la corrosion étaient recouvertes par électrolyse d'une couche de platine d'une épaisseur de 0,0075 mm. L'aube était ensuite enfouie dans un mélange contenant une source d'aluminium, un activateur et un matériau inerte, puis chauffée à 760° C environ pendant 5 heures. Le mélange en poudre était dans ce cas constitué de 15% d'un alliage contenant de l'aluminium, de 2% d'un activateur halogéné, le reste étant constitué d'oxyde d'aluminium. La coupe de la surface ainsi obtenue est donnée sur la fig. 4.
Les parties traitées suivant cette version de l'invention sont beaucoup plus résistantes à la corrosion à chaud que si elles sont soumises à un alitérage selon les procédés de cémentation décrits dans les brevets U.S. 3.677.789 et 4.148.275.
Une autre forme d'exécution de l'invention est résumée dans le diagramme de la fig. 5, à savoir: inspection, préparation (dégraissage, nettoyage par sablage, rinçage), chromisation en phase gazeuse, recouvrement des zones non soumises à l'alitérage, alitérage, recouvrement des zones non revêtues de platine, enfin dépôt d'un revêtement de platine. La fig. 6 est une microphotographie d'un revêtement obtenu par diffusion de chrome, aluminium et platine selon la forme d'exécution résumée dans la fig. 5.
Ce procédé sera rendu plus explicite à l'aide de l'exemple qui suit. Une aube de turbine ayant des passages de refroidissement a été inspectée, dégraissée, nettoyée par sablage et placée au-dessus d'une source de chrome de manière à ne pas être en contact avec elle. La chromisation était effectuée par un chauffage de 8 heures à environ 1070°C. La source de chrome était dans ce cas un mélange de 20% environ de chrome, de 2% environ d'un activateur halogéné, le reste étant constitué par de l'oxyde d'aluminium. L'aube était ensuite soumise à un alitérage. Pour cela, elle était enfouie dans un mélange contenant une source d'aluminium, un activateur et un matériau inerte, puis chauffée pendant 5 heures à environ 760° C. Le mélange en poudre était dans ce cas constitué de 15% d'un alliage contenant de l'aluminium, de 2% d'un activateur halogéné, le reste étant constitué d'oxyde d'aluminium. Ensuite, l'aube dont la surface était enrichie en chrome et en aluminium était recouverte sur les parties exposées à la corrosion d'une couche de platine d'une épaisseur de 0,0075 mm par électrolyse. La coupe de la surface ainsi obtenue est donnée sur la fig. 6.
Les parties traitées suivant le procédé de l'invention décrit ci-dessus sont beaucoup plus résistantes à la corrosion à chaud que si elles sont soumises à un alitérage selon les procédés de cémentation décrits dans les brevets U.S. 3.677.789 et 4.148.275.
Les procédés de l'invention peuvent être utilisés avec des pièces nouvellement fabriquées, réusinées ou réparées.
Dans la description qui précède, l'invention a été décrite à l'aide d'un certain nombre de formes d'exécution préférées; il est entendu que d'autres formes d'exécution de l'invention définie par les revendications jointes sont possibles.
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2 feuilles dessins
Claims (26)
- 6612872REVENDICATIONS1. Procédé de préparation par diffusion d'une couche protectrice sur des pièces en alliage à base de nickel, cobalt et fer comportant l'application par diffusion d'un revêtement combinant le chrome, un métal du groupe du platine et l'aluminium.
- 2. Procédé selon la revendication 1, comportant les étapes suivantes: formation d'un revêtement sur les surfaces à protéger de la pièce avec un métal du groupe du platine, puis formation d'une couche de diffusion de métal du groupe du platine et de chrome sur les surfaces susmentionnées par une chromatisation en phase gazeuse au moyen d'une source de chrome à température élevée sans que cette source soit en contact avec la pièce, et enfin formation d'une couche de diffusion de métal du groupe du platine, de chrome et d'aluminium par un alitérage des surfaces susmentionnées à température élevée.
- 3. Procédé selon la revendication 1, comportant les étapes suivantes: formation d'une couche de diffusion de chrome par une chromisation en phase gazeuse des surfaces à protéger de la pièce, puis formation d'un revêtement d'un métal du groupe du platine sur les surfaces à protéger de la pièce, et enfin formation d'une couche de diffusion de chrome, de métal du groupe du platine et d'aluminium sur les surfaces susmentionnées par un alitérage de ces surfaces à température élevée.
- 4. Procédé selon la revendication 1, comportant les étapes suivantes: formation d'une couche de diffusion de chrome par une chromisation en phase gazeuse des surfaces à protéger de la pièce, puis formation d'une couche de diffusion de chrome et d'aluminium par un alitérage des surfaces à température élevée, enfin dépôt d'un revêtement d'un métal du groupe du platine sur les surfaces à protéger de la pièce.
- 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, où le métal du groupe du platine est le platine lui-même.
- 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, où le revêtement de métal du groupe du platine est appliqué par galvanoplastie, immersion, projection, aspersion, dépôt de vapeur ou placage.
- 7. Procédé selon la revendication 5, où le revêtement est appliqué par galvanoplastie, immersion, projection, aspersion, dépôt de vapeur ou placage.
- 8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, où la chromisation en phase gazeuse est effectuée en plaçant la pièce à température élevée au-dessus et à une certaine distance d'un mélange consistant en une source de chrome, un activateur et un matériau inerte.
- 9. Procédé selon la revendication 5, où la chromisation en phase gazeuse est effectuée en plaçant la pièce à température élevée au-dessus et à une certaine distance d'un mélange consistant en une source de chrome, un activateur et un matériau inerte.
- 10. Procédé selon la revendication 7, où la chromisation en phase gazeuse est effectuée en plaçant la pièce au-dessus et à une certaine distance d'un mélange consistant en une source de chrome, un activateur et un matériau inerte.
- 11. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, où la pièce revêtue d'une couche d'un métal du groupe du platine est chauffée pour faire diffuser le métal du groupe du platine à l'intérieur de la surface de la pièce.
- 12. Procédé selon la revendication 11, où la pièce est chauffée à une température comprise entre 815°C et 1100°C sous vide ou dans une atmosphère inerte pendant 1 à 5 heures.
- 13. Procédé selon la revendication 5, où la pièce revêtue d'une couche de platine est chauffée pour faire diffuser le platine à l'intérieur de la surface de la pièce.
- 14. Procédé selon la revendication 13, où la pièce est chauffée à une température comprise entre 815°C et 1100°C sous vide ou dans une atmosphère inerte pendant 1 à 5 heures.
- 15. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, où la chromisation en phase gazeuse est effectuée à une température comprise entre 648°C et 1150°C sous vide, ou dans une atmosphère inerte ou réductrice pendant 1 à 20 heures.
- 16. Procédé selon la revendication 5, où la chromisation en phase gazeuse est effectuée à une température comprise entre 648° C et 1150°C sous vide, ou dans une atmosphère inerte ou réductrice pendant 1 à 20 heures.5 17. Procédé selon la revendication 7, où le mélange consiste pour l'essentiel en 1 à 35% d'un ou plusieurs éléments de l'ensemble constitué par le chrome et les alliages du chrome, jusqu'à 40% d'ac-tivateur, le reste étant le matériau oxyde d'aluminium.
- 18. Procédé selon la revendication 9, où le mélange consiste io pour l'essentiel en 1 à 35% d'un ou plusieurs éléments de l'ensemble constitué par le chrome et les alliages du chrome, jusqu'à 40% d'ac-tivateur, le reste étant le matériau oxyde d'aluminium.
- 19. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, où l'alitérage est effectué à température élevée dans un mélange ou au-dessus d'un15 mélange consistant en une source d'aluminium, un activateur et un matériau inerte.
- 20. Procédé selon la revendication 5, où l'alitérage est effectué à température élevée dans un mélange ou au-dessus d'un mélange consistant en une source d'aluminium, un activateur et un matériau20 inerte.
- 21. Procédé selon la revendication 7, où l'alitérage est effectué à température élevée dans un mélange ou au-dessus d'un mélange consistant en une source d'aluminium, un activateur et un matériau inerte.25 22. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, où l'alitérage est effectué à une température située entre 648° C et 1150°C sous vide, ou dans une atmosphère inerte ou réductrice pendant 1 à 20 heures.
- 23. Procédé selon la revendication 5, où l'alitérage est effectué à30 une température située entre 648° C et 1150°C sous vide, ou dans une atmosphère inerte ou réductrice pendant 1 à 20 heures.
- 24. Procédé selon la revendication 19, où le mélange consiste pour l'essentiel en 1 à 35% d'un ou plusieurs éléments de l'ensemble constitué par l'aluminium et les alliages d'aluminium, jusqu'à 40%35 d'activateur, le reste étant le matériau oxyde d'aluminium.
- 25. Procédé selon la revendication 20, où le mélange consiste pour l'essentiel en 1 à 35% d'un ou plusieurs éléments de l'ensemble constitué par l'aluminium et les alliages d'aluminium, jusqu'à 40% d'activateur, le reste étant le matériau oxyde d'aluminium.40 26. Procédé selon la revendication 8, où l'alitérage est effectué à température élevée dans un mélange ou au-dessus d'un mélange consistant en une source d'aluminium, un activateur et un matériau inerte.
- 27. Procédé selon la revendication 9, où l'alitérage est effectué à45 température élevée dans un mélange ou au-dessus d'un mélange consistant en une source d'aluminium, un activateur et un matériau inerte.
- 28. Procédé selon la revendication 26, où l'alitérage est effectué à température élevée dans un mélange ou au-dessus d'un mélange con-50 sistant en une source d'aluminium, un activateur et un matériau inerte.
- 29. Procédé selon la revendication 16, où l'alitérage est effectué à une température située entre 648° C et 1150°C sous vide, ou dans une atmosphère inerte ou réductrice pendant 1 à 20 heures.55 30. Procédé selon la revendication 16, où l'alitérage est effectué à une température située entre 648° C et 1150°C sous vide, ou dans une atmosphère inerte ou réductrice pendant 1 à 20 heures.
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