EP0247582A1 - Procédé de pose d'un revetement protecteur cobalt-chrom-tungstene sur une aube en alliage de titiane comportant du vanadium et aube ainsi revetu - Google Patents

Procédé de pose d'un revetement protecteur cobalt-chrom-tungstene sur une aube en alliage de titiane comportant du vanadium et aube ainsi revetu Download PDF

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EP0247582A1 EP87107674A EP87107674A EP0247582A1 EP 0247582 A1 EP0247582 A1 EP 0247582A1 EP 87107674 A EP87107674 A EP 87107674A EP 87107674 A EP87107674 A EP 87107674A EP 0247582 A1 EP0247582 A1 EP 0247582A1
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Definitions

  • the present invention relates to a method of applying a protective coating to a blade of titanium alloy comprising vanadium and to a blade thus coated.
  • Titanium alloy blades have the advantage of having a high strength / density ratio and also remarkable mechanical resistance in the most corrosive environments.
  • titanium alloy blades used in steam turbines especially when their peripheral speed is high, are quickly damaged by the water droplets that form in the steam.
  • the titanium alloy vane comprising vanadium is characterized in that it comprises at its periphery a coating layer of cobalt-chromium-tungsten alloy at least 1 mm thick covering a vanadium sublayer of thickness between 0.5 and 1.5 mm.
  • the process for installing this coating is as follows: the vanadium powder is deposited on the part of the blade to be coated, then the temperature of the powder is raised to a temperature slightly exceeding the melting point of vanadium.
  • a powder of a cobalt-chromium-tungsten alloy is then deposited on the vanadium layer, and this powder is brought to a temperature above its melting temperature and below the melting temperature of vanadium.
  • an induction heating with mobile inductor is preferably used.
  • FIG. 1 represents a perspective of the dawn according to the invention.
  • FIG. 2 represents a section of the dawn of FIG. 1.
  • FIG. 3 represents a partial view of the section of FIG. 2.
  • the steam turbine blade shown in FIG. 1 has a foot 1 and a twisted blade 2 comprising a leading edge 3 and a trailing edge 4. At the top of the blade, we deposited along the edge attack 3 on the upper side a protective coating layer 5. This coating layer extends over at least about a third of the width of the blade 2. Between the blade and the coating is a sub-layer of vanadium 6 ( fig. 2).
  • the blade is made of titanium alloy comprising 6% aluminum and between 3.5 and 4.5% vanadium.
  • the process for installing the protective covering is as follows:
  • the surface to be coated with the blade receives a conventional preparation, then virtually pure vanadium powder (> 90%) of small particle size mixed with a binder is deposited on this surface.
  • the quantity deposited is sufficient for the thickness of the final vanadium sublayer 6 to be greater than 1 mm.
  • the blade is placed in a high-frequency induction furnace equipped with a movable inductor. The oven being empty or with an inert atmosphere, the atmosphere of the oven is preheated, then the vanadium layer is heated by spot of 30 mm in diameter while keeping the spot stationary from 20 to 75 seconds and we advance by 20 mm in 20 mm .
  • the temperature is raised locally between 1950 ° C and 2000 ° C.
  • the melting temperature of vanadium is 1900 ° C and that of the titanium alloy of the order of 2400 ° C. It follows that the vanadium is melted while the titanium alloy substrate is pasty, which is ideal for obtaining perfect bonding with low dilution of the vanadium in the substrate.
  • the titanium alloy which comprises approximately 4% of vanadium can tolerate by dilution (see FIG. 3) a limited quantity of vanadium locally leading to a beta structure.
  • the thickness of this layer 7 of alloy with diluted vanadium is very small (less than 1/10 mm).
  • the temperature of the oven is brought down to ambient.
  • a powder of cobalt-chromium-tungsten alloy combined with a binder is then deposited on the vanadium sublayer.
  • This powder is deposited 3 or 4 mm from the edges of the vanadium sublayer so that there is never contact between the cobalt-chromium-tungsten alloy and the titanium alloy substrate.
  • a second cycle is started in the oven under an inert atmosphere or under vacuum, by spot heating the alloy layer to a temperature of 50 ° C higher than the melting temperature of the cobalt-chromium-tungsten alloy (1200 ° C - 1500 ° C). This temperature being much lower than the melting point of vanadium, there will be a very low dilution (see Figure 3) of the cobalt-chromium-tungsten alloy in vanadium and the vanadium / substrate bond will be kept intact, layer 8 of vanadium with diluted cobalt-chromium-tungsten alloy being very low (less than 1/10 mm).
  • the layer of alloy deposited will be approximately 1.5 mm thick.

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Abstract

Procédé de pose d'un revêtement protecteur cobalt-chrome-tungstène sur une aube en alliage de titane comportant du vanadium et aube ainsi revêtue.On dépose sur la partie de l'aube (1) à revêtir de la poudre de vanadium, puis on monte la température de la poudre jusqu'à une température dépassant légèrement le point de fusion du vanadium, on dépose ensuite sur la couche de vanadium de la poudre d'un alliage cobalt-chrome-tungstène, puis on porte cette poudre à une température supérieure à sa température de fusion et inférieure à la température de fusion du vanadium.Aube en alliage de titane comportant du vanadium caractérisée en ce qu'elle comporte à sa périphérie une couche de revêtement (5) en alliage cobalt-chrome-tungstène d'au moins 1 mm d'épaisseur, recouvrant une sous-couche de vanadium (6) d'épaisseur comprise entre 0,5 et 1,5 mm.L'aube ainsi obtenue présente une très bonne résistance à l'abrasion pour les gouttelettes d'eau.

Description

  • La présente invention a trait à un procédé de pose d'un revêtement protecteur sur une aube en alliage de titane comportant du vanadium et à une aube ainsi revêtue.
  • Les aubes en alliage de titane présentent l'avantage d'avoir un rapport résistance/masse volumique élevé et également une tenue mécanique remarquable dans les milieux les plus corrosifs.
  • Toutefois, les aubes en alliage de titane utilisées dans les turbines à vapeur, spécialement lorsque leur vitesse périphérique est élevée, sont rapidement endommagées par les gouttelettes d'eau qui se forment dans la vapeur.
  • Il est donc nécessaire de protéger la périphérie de ces aubes.
  • L'aube en alliage de titane comprenant du vanadium est caractérisée en ce qu'elle comporte à sa périphérie une couche de revêtement en alliage cobalt-chrome-tungstène d'au moins 1 mm d'épais­seur recouvrant une sous-couche de vanadium d'épaisseur comprise entre 0,5 et 1,5 mm.
  • Le procédé de pose de ce revêtement est le suivant : on dépose sur la partie de l'aube à revêtir de la poudre de vanadium, puis on monte la température de la poudre jusqu'à une température dépassant légèrement le point de fusion du vanadium.
  • On dépose ensuite sur la couche de vanadium de la poudre d'un alliage cobalt-chrome-tungstène, puis on porte cette poudre à une tem­pérature supérieure à sa température de fusion et inférieure à la température de fusion du vanadium.
  • Grâce à ce procédé une quantité minimale de vanadium est diluée dans l'aube en alliage de titane lors de la première étape. De même, lors de la seconde étape, la dilution de l'alliage cobalt-chrome-­tungstène dans la sous-couche de vanadium sera très limitée. De plus, la fusion de cette couche d'alliage n'aura aucun effet sur la liaison déjà réalisée entre sous-couche de vanadium et aube.
  • Pour limiter les dilutions le plus possible, on utilise de préférence un chauffage par induction avec inducteur mobile.
  • La présente invention sera mieux comprise à la lumière de la description qui va suivre dans laquelle la figure 1 représente une perspective de l'aube selon l'invention.
  • La figure 2 représente une coupe de l'aube de la figure 1.
  • La figure 3 représente une vue partielle de la coupe de la figure 2.
  • L'aube de turbine à vapeur représentée à la figure 1 comporte un pied 1 et une pale vrillée 2 comprenant un bord d'attaque 3 et un bord de fuite 4. A la partie haute de l'aube on a déposé le long du bord d'attaque 3 côté extrados une couche de revêtement protecteur 5. Cette couche de revêtement s'étend sur environ un tiers au moins de la largeur de la pale 2. Entre la pale et le revêtement est disposée une sous-couche de vanadium 6 (fig. 2).
  • L'aube est en alliage de titane comprenant 6 % d'aluminium et entre 3,5 et 4,5 % de vanadium.
  • Le procédé de pose du revêtement protecteur est le suivant :
  • La surface à revêtir de l'aube reçoit une préparation classique, puis on dépose sur cette surface de la poudre de vanadium pratiquement pur (> 90 %) à faible granulométrie mélangée avec un liant. La quantité déposée est suffisante pour que l'épaisseur de la sous-couche 6 de vanadium finale soit supérieure à 1mm. L'aube est mise dans un four à induction à haute fréquence muni d'un inducteur mobile. Le four étant à vide ou avec atmosphère inerte, on préchauffe l'ambiance du four puis on chauffe la couche de vanadium par spot de 30 mm de diamètre en maintenant le spot immobile de 20 à 75 secondes et on avance de 20 mm en 20 mm.
  • On élève la température localement entre 1950°C et 2000°C. La température de fusion du vanadium est de 1900°C et celle de l'alliage de titane de l'ordre de 2400°C. Il s'ensuit que le vanadium est fondu alors que le substrat en alliage de titane est pâteux, ce qui est idéal pour obtenir un accrochage parfait avec faible dilution du vanadium dans le substrat. L'alliage de titane qui comporte environ 4 % de vanadium peut tolérer par dilution (voir figure 3) une quantité de vanadium limitée conduisant localement à une structure bêta. L'épaisseur de cette couche 7 d'alliage avec vanadium dilué est très faible (inférieure à 1/10 mm ).
  • Après avoir balayé toute la surface de vanadium, on fait redescendre la température du four jusqu'à l'ambiante.
  • On dépose ensuite sur la sous-couche de vanadium une poudre d'alliage cobalt-chrome-tungstène associée à un liant.
  • Cette poudre est déposée à 3 ou 4 mm des bords de la sous-couche de vanadium de façon qu'il n'y ait jamais contact entre l'alliage cobalt-chrome-tungstène et le substrat en alliage de titane.
  • On démarre un second cycle dans le four sous atmosphère inerte ou sous vide en chauffant par spot la couche d'alliage à une température de 50°C supérieure à la température de fusion de l'alliage cobalt-­chrome-tungstène (1200°C -1500°C). Cette température étant très inférieure à la température de fusion du vanadium, il y aura une très faible dilution (voir figure 3) de l'alliage cobalt-chrome-tungstène dans le vanadium et la liaison vanadium/substrat sera maintenue intacte, la couche 8 de vanadium avec alliage cobalt-chrome-tungstène dilué étant très faible (inférieure à 1/10 mm).
  • La couche d'alliage déposée sera d'environ 1,5 mm d'épaisseur.
  • Après avoir ramené la température du four jusqu'à l'ambiante, on procède, comme il est classique, à un traitement de détente vers 700°C.

Claims (3)

1/ Procédé de pose d'un revêtement protecteur sur une aube (1) en alliage de titane comportant du vanadium, caractérisé en ce qu'on dépose sur la partie de l'aube (1) à revêtir de la poudre de vanadium, puis on monte la température de la poudre jusqu'à une température dépassant légèrement le point de fusion du vanadium, on dépose ensuite sur la couche de vanadium de la poudre d'un alliage cobalt-chrome-­tungstène,puis on porte cette poudre à une température supérieure à sa température de fusion et inférieure à la température de fusion du vanadium.
2/ Procédé de pose selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on utilise un chauffage par induction avec inducteur mobile pour monter la température du vanadium et de l'alliage cobalt-chrome-tungstène.
3/ Aube en alliage de titane comportant du vanadium caractérisée en ce qu'elle comporte à sa périphérie une couche de revêtement (5) en alliage cobalt-chrome-tungstène d'au moins 1 mm d'épaisseur recouvrant une sous-couche de vanadium (6) d'épaisseur comprise entre 0,5 et 1,5 mm.
EP87107674A 1986-05-28 1987-05-26 Procédé de pose d'un revetement protecteur cobalt-chrom-tungstene sur une aube en alliage de titiane comportant du vanadium et aube ainsi revetu Expired - Lifetime EP0247582B1 (fr)

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