EP1337738B1 - Piece, notamment composant hydraulique, en matiere composite et procede de fabrication d'une telle piece - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a part, such as a component hydraulics, composite material with organic matrix and reinforcing fibers, and to a method of manufacturing such piece.
- Hydraulic component means any organ likely to interact with a water flow and, by example, a Pelton turbine bucket, a director for a flow, a Kaplan turbine blade or a Francis type turbine wheel.
- the invention relates to a part, in particular a hydraulic component made of composite material organic matrix and reinforcing fibers, this piece being at least locally coated with a protective layer metallic or metal-based, characterized in that includes metal or metal-based fibers, the layer of protection or reinforcement being formed by deposit electrolytic on these metal or metal-based fibers.
- the invention it is possible to have a hanging intimacy between the material of the protective layer or reinforcement and the fiber material as far as the couple of material chosen, for the metal fibers or metal base on the one hand and the protective layer on the other on the other hand, is compatible with electrolytic deposition.
- electrolytic deposition probably allows to obtain a chemical bond between the material of the reinforcing fibers and the material of the protective layer, which avoids the risk of inadvertent stalling of the protective layer.
- the rigidity of the fastening obtained does not depend no curvature radii of the room in areas where is affixed the protective or reinforcing layer, which allows to consider deposits on sharp edges, such as median edges of the buckets of a Pelton turbine. of the bending tests have shown that breaking a piece according to the invention takes place by separating the matte or reinforcing fiber fabric and organic matter before the separation between the protective layer and the substrate on which it is affixed.
- the bucket 1 shown in Figures 1 to 3 is intended to be mounted on the rim, not shown, of a turbine wheel Pelton.
- This bucket 1 consists of a first skin 11 forming its intrados and a second skin 12 forming its extrados, these skins being made of composite materials with a matrix based on epoxy resin, polyester, vinylester, urethane, polyamide or poly-ether-ether-ketone and carbon-based reinforcing fibers, for example, on most of their surface. These fibers are presented under form of a fabric impregnated with resin.
- the geometry of the skins 11 and 12 is such that they define between them a volume in which stiffening ribs 13 are arranged.
- a protective layer 15 and reinforcing the edge 14 is provided on the skin 11.
- the layer 15 is formed by electrolytic deposition located on the skin 11.
- skin 11 includes, at level of the edge 14, reinforcing fibers 21 copper then that, in the rest of its surface, the skin 11 is reinforced by carbon fibers.
- the copper reinforcing fibers 21 are woven between them and form a fabric 23 constituting the layer upper or outer skin 11 in the area of the ridge 14, while fabrics 24 of carbon fibers are superimposed in the rest of the skin thickness 11 and under the tissue 23 at the edge 14.
- the fibers 21 are grouped in the vicinity of the outer surface S of the skin 11, in the area of the ridge 14.
- all the reinforcing fibers used at the edge 14 could be copper fibers, in which case several layers of the type of fabric 23 would be superimposed.
- non-woven fiber mats could be used at the place fabrics 23 and 24.
- the metal fibers 21 extend in a single direction of the fabric 23, for example, that they constitute the sons of chain over part of its width, whereas the wires of weft are constituted by carbon threads.
- the sons of carbon weft 22 extend both on a 23A portion of the fabric 23 in which they are woven with threads of chain 21 of copper and 23B parts of the fabric 23 in which they are woven with warp yarns 26 in carbon.
- the outer layer of the skin 11 of the bucket 1 is it continuous, only part of it being suitable for electrolytic deposition.
- the width of Part 23A is determined by width of the layer 15.
- the continuous nature of the fabric 23 ensures a good anchoring of the threads 21 in the structure of the skin 11.
- This bath is maintained at a temperature of about 60 ° C.
- a counter-electrode made of nickel is used and the elements are degrading and a current is applied with a density of approximately 4 A / dm 2 , which makes it possible to obtain on the fabric 23 the formation of the layer 15 essentially with nickel. the resulting layer having a Vickers hardness of the order of 150 HV.
- metal fibers 21 and, on the other hand, the electrolyte bath, that is to say the layer protection or reinforcement 15.
- the invention is not limited to a turbine trough Pelton and can be implemented with a turbine blade Kaplan, with a director, particularly at the level of their respective leading edges, and with a turbine wheel Francis, especially at the leading edges of the blades and at the exposed edges of the belt and ceiling.
- the areas to be protected are areas with low radii of curvature, which is not a problem given the intimate bonding obtained by electrolytic deposition.
- the hanging intimate obtained between the protective layer or reinforcement and the substrate allows to consider supporting elements reported on this layer by deposit said "to plasma ", plasma spray type, PVD (" Power Vapor Deposition “ or physical deposition), CVD ("Chemical Vapor Deposition” or chemical deposit), etc ... Indeed, the elevation localized temperature allowing the deposit is compatible with the nature of the material of the layer, without risk of damage of the piece made of composite materials. This deposit additional with plasma increases the protection thermal, protection against erosion or corrosion, even the mechanical protection.
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Abstract
Description
- Les fibres métalliques ou à base de métal sont disposées, pour l'essentiel, au voisinage de la surface de la pièce destinée à être revêtue de la couche de protection de renforcement. En effet, c'est au niveau de la surface de la pièce qui constitue le substrat que doit avoir lieu l'accrochage.
- Le matériau des fibres métalliques ou à base de métal comprend du cuivre, de l'alumimium, ou un alliage de ces métaux et/ou d'autres éléments métalliques.
- Le matériau de la couche de protection ou de renforcement comprend du nickel, du cobalt, du cuivre, d'autres éléments métalliques et/ou des alliages de ces éléments.
- La pièce en question est un composant hydraulique.
- utiliser, dans certaines zones au moins de la pièce, des fibres métalliques ou à base de métal et
- procéder à un dépôt électrolytique de la couche de protection ou de renforcement sur ces fibres métalliques ou à base de métal.
- Il consiste à isoler les fibres de renfort de la pièce située dans des zones autres que celles incluant des fibres métalliques ou à base de métal avant de procéder au dépôt électrolytique. Ceci permet de définir avec une bonne précision la géométrie de la couche de protection ou de renforcement. On peut en particulier prévoir d'isoler les fibres, autres que les fibres métalliques ou à base de métal, par application d'un vernis isolant.
- On applique, par un dépôt de type "à plasma", un élément métallique sur la couche de protection ou de renforcement après son dépôt. Cet aspect de l'invention tire parti du fait que l'accrochage obtenu entre la couche précitée et la pièce ou substrat est suffisamment intense pour permettre de supporter des éléments rapportés.
- On utilise, pour le bain électrolytique, une solution de composés métalliques incluant du nickel à une température d'environ 60°C avec une contre-électrode à base de nickel et une densité de courant de l'ordre de 4 A/dm2, alors que les fibres de renfort sur lesquelles on effectue le dépôt sont réalisées dans un matériau comprenant du cuivre.
- la figure 1 est une vue en perspective éclatée d'un auget de turbine Pelton conforme à l'invention ;
- la figure 2 est une vue éclatée et à plus grande échelle du détail II à la figure 1, lors d'une première étape de fabrication de l'auget de la figure 1 ;
- la figure 3 est une coupe selon la ligne III-III à la figure 1, lors d'une seconde étape de fabrication de cet auget et
- la figure 4 est une vue en plan d'un tissu de fibres de renfort utilisé dans un auget conforme à un second mode de réalisation de l'invention.
- pour les fibres métalliques : cuivre, aluminium, alliages de ces métaux ou d'autres éléments métalliques
- pour la couche de protection ou de renforcement : cuivre, nickel, cobalt ou autres éléments métalliques ou alliages de ces éléments.
Claims (10)
- Pièce, notamment composant hydraulique, en matière composite à matrice organique et fibres de renfort, ladite pièce étant revêtue au moins localement d'une couche de protection métallique ou à base de métal, caractérisée en ce qu'elle comprend des fibres (21) métalliques ou à base de métal, ladite couche (15) étant formée par dépôt électrolytique sur lesdites fibres métalliques ou à base de métal.
- Pièce selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdites fibres (21) métalliques ou à base de métal sont disposées, pour l'essentiel, au voisinage de la surface (S) de ladite pièce (1) destinée à être revêtue de ladite couche (15).
- Pièce selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le matériau desdites fibres métalliques (21) ou à base de métal comprend du cuivre, de l'aluminium, ou un alliage de ces métaux et/ou d'autres éléments métalliques.
- Pièce selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le matériau de ladite couche (15) comprend du nickel, du cobalt, du cuivre ou d'autres éléments métalliques et/ou des alliages de ces éléments.
- Pièce selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'il s'agit d'un composant hydraulique (1).
- Procédé de fabrication d'une pièce, telle qu'un composant hydraulique, ladite pièce étant réalisée en matière composite à matrice organique et fibres de renfort et revêtue, au moins localement, d'une couche de protection ou de renforcement métallique ou à base de métal, caractérisé en ce qu'il comprend des étapes consistant à :utiliser, dans certaines zones (14) au moins de ladite pièce (1), des fibres métalliques ou à base de métal (21) etprocéder à un dépôt électrolytique de ladite couche (15) sur lesdites fibres métalliques ou à base de métal.
- Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend une étape consistant à isoler les fibres de renfort (22) de ladite pièce (1) situées dans des zones (16) autres que celle(s) (14) incluant des fibres (21) métalliques ou à base de métal, avant de procéder audit dépôt électrolytique (15).
- Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend une étape consistant à isoler lesdites fibres (22) autres que les fibres (21) métalliques ou à base de métal par application d'un vernis isolant (25).
- Procédé selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend une étape consistant à appliquer, par un dépôt de type "à plasma", un élément métallique sur ladite couche (15) après le dépôt électrolytique de ladite couche.
- Procédé selon l'une des revendications 6 à 9, caractérisé en ce qu'il consiste à utiliser, pour le bain électrolytique, une solution de composés métalliques incluant du nickel à une température d'environ 60°C, avec une contre électrode à base de nickel et une densité de courant de l'ordre de 4 A/dm2, alors que les fibres de renfort (21) sur lesquels on effectue le dépôt sont réalisées dans un matériau comprenant du cuivre.
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