EP1645654A1 - Method of manufacturing a flexible thermal barrier coating - Google Patents

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EP1645654A1
EP1645654A1 EP04291265A EP04291265A EP1645654A1 EP 1645654 A1 EP1645654 A1 EP 1645654A1 EP 04291265 A EP04291265 A EP 04291265A EP 04291265 A EP04291265 A EP 04291265A EP 1645654 A1 EP1645654 A1 EP 1645654A1
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EP
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torch
blade
ceramic layer
thermal barrier
jet
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Withdrawn
Application number
EP04291265A
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German (de)
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Inventor
Per Bengtsson
Laurent Dudon
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Safran Aircraft Engines SAS
Original Assignee
SNECMA SAS
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Publication date
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Abstract

A heat barrier comprises a layer (44) of a thermally insulating ceramic material such as ZrO2-YO, at least 80 mu m thick, applied to an undercoated substrate (40) by thermal projection using a plasma arc torch. The ceramic layer is applied directly to an undercoat (42) at a rate of 40-100 g/mn in a single pass from a distance of 20-90 mm, using a torch with an arc intensity of 500-800 A moved at a rate of between 2 and 20 mm per second, so that after cooling at least two more or less vertical fissures (50) per millimeter are produced through the entire thickness of the ceramic layer.

Description

Domaine technique de l'inventionTechnical field of the invention

L'invention se rapporte aux barrières thermiques flexo-adaptives, c'est à dire aux barrières thermiques présentant une flexibilité suffisante pour s'adapter aux déformations du substrat, qu'elle soient d'origine mécaniques ou dilatométriques sous l'effet d'un gradient thermique. L'invention se rapporte plus particulièrement à un procédé économique pour obtenir de telles barrières par projection thermique.The invention relates to flexo-adaptive thermal barriers, that is to say the thermal barriers having a sufficient flexibility to adapt to the deformations of the substrate, whether mechanical origin or dilatometric under the effect of a thermal gradient. The invention relates more particularly to an economical process for obtaining such barriers by thermal spraying.

Etat de la technique et problème poséState of the art and problem

Aujourd'hui, les pièces de turbomachine exposées au flux chaud de gaz de combustion sont réalisées en super-alliages résistant aux hautes températures et protégées de la chaleur et de la corrosion par un revêtement appelé barrière thermique. Une barrière thermique est constituée aujourd'hui habituellement par :

  • ● une sous-couche alumineuse de NiPtAl ou de McrAIY (M = Fe, Ni, Co et NiCo) formant un obstacle chimique à l'oxydation et à la corrosion ;
  • ● une couche de céramique ZrO2-Y O thermiquement isolante.
Today, turbomachine parts exposed to the hot flow of combustion gases are made of super-alloys resistant to high temperatures and protected from heat and corrosion by a coating called thermal barrier. A thermal barrier is usually made today by:
  • ● an aluminous sub-layer of NiPtAl or McrAIY (M = Fe, Ni, Co and NiCo) forming a chemical obstacle to oxidation and corrosion;
  • ● a thermally insulating ZrO 2 -YO ceramic layer.

Dans ce qui suit et par commodité de langage, on appellera "verticale" la direction sensiblement perpendiculaire à la surface de la pièce sur laquelle on applique la barrière thermique.In what follows and for convenience of language, we will call "vertical" the direction substantially perpendicular to the surface of the part to which the thermal barrier is applied.

De la même manière, on appellera "horizontale" les directions sensiblement tangentielles à la surface de la pièce sur laquelle on applique la barrière thermique.In the same way, we will call "horizontal" directions substantially tangential to the surface of the part on which the thermal barrier is applied.

La couche de céramique est traditionnellement déposée en plusieurs passes par projection thermique, par exemple avec une torche à arc plasma. A chaque passe, on dépose une couche élémentaire de céramique dont l'épaisseur est habituellement comprise entre 5µm et 40µm, le nombre de couches élémentaires ainsi appliquées définissant l'épaisseur totale du revêtement. Cette façon de procéder permet :

  • ● de mieux contrôler l'épaisseur du revêtement ;
  • ● de réduire l'échauffement de la barrière thermique et d'éviter ainsi les fissurations et l'écaillage du revêtement lors de son refroidissement.
The ceramic layer is traditionally deposited in several passes by thermal spraying, for example with a plasma arc torch. At each pass, an elementary ceramic layer is deposited, the thickness of which is usually between 5 μm and 40 μm, the number of elementary layers thus applied defining the total thickness of the coating. This procedure allows:
  • ● better control of the thickness of the coating;
  • ● to reduce the heating of the thermal barrier and thus prevent cracking and peeling of the coating during its cooling.

Ce procédé présente cependant deux inconvénients :

  • ● La couche de céramique est peu flexible selon les directions tangentielles à la surface de la pièce. Par conséquent, les barrières thermiques ainsi obtenues résistent mal aux chocs thermiques importants, par exemple au niveau des aubes de turbines, ces barrières thermiques s'écaillant et se détachant assez rapidement.
  • ● Les liaisons verticales entre les couches élémentaires sont imparfaites car elles sont assurées par les micro soudures se formant lorsque les gouttelettes de céramique en fusion arrivent sur la céramique précédemment déposée et partiellement refroidie. De ce fait, les couches élémentaires de céramique constituant de telles barrières thermiques tendent à se séparer sous l'effet des chocs thermiques, ce qui provoque également l'écaillage de la barrière thermique.
This method, however, has two disadvantages:
  • ● The ceramic layer is not flexible in directions tangential to the surface of the room. Therefore, the thermal barriers thus obtained are poorly resistant to significant thermal shocks, for example at the turbine blades, these thermal barriers flaking and coming off rather quickly.
  • ● The vertical connections between the elementary layers are imperfect because they are provided by the micro-welds forming when the molten ceramic droplets arrive on the previously deposited and partially cooled ceramic. As a result, the ceramic element layers constituting such thermal barriers tend to separate under the effect of thermal shocks, which also causes flaking of the thermal barrier.

Les barrières thermiques ainsi obtenues par projection plasma sont donc réservées aux pièces fixes ne subissant pas de chocs thermiques telles les chambres de combustion. La couche de céramique est de l'ordre de 0,3mm et sa durée de vie est parfaitement maîtrisée dans ce cas.The thermal barriers thus obtained by plasma spraying are therefore reserved for fixed parts that do not undergo thermal shocks such as combustion chambers. The ceramic layer is of the order of 0.3 mm and its life is perfectly controlled in this case.

Afin de mieux protéger les chambres de combustion des turboréacteurs contre le chaleur, des barrières thermiques épaisses, c'est à dire dont l'épaisseur est supérieure à 1 mm, projetées par plasma furent développées. Pour cette application, il état nécessaire d'introduire des fissures verticales dans l'épaisseur du dépôt céramique, afin de rendre le dépôt flexible dans les directions horizontales, c'est à dire tangentielles à la surface de la pièce. Sans ce réseau de fissures unidirectionnelles, les contraintes thermiques en bordure du dépôt seraient trop élevées, et il en résulterait un écaillage de la barrière thermique pendant son exploitation.In order to better protect the combustion chambers of the turbojets against heat, thick thermal barriers, that is to say the thickness of which is greater than 1 mm, projected by plasma were developed. For this application, it is necessary to introduce vertical cracks in the thickness of the ceramic deposit, in order to make the deposit flexible in the horizontal directions, that is to say tangential to the surface of the part. Without this network of unidirectional cracks, the thermal stresses at the edge of the deposit would be too high, and it would result in a peeling of the thermal barrier during its operation.

On connaît à ce titre le brevet US 5,073,433 selon lequel la couche de céramique est déposée par projection thermique en plusieurs passes successives, chaque passe déposant une couche de matière de l'ordre de 5µm, chaque passe étant suivie d'un refroidissement afin de former des fissures verticales. Un tel procédé présente cependant deux inconvénients :

  • ● Le revêtement en plusieurs passes séparées par une étape de refroidissement entraîne un coût supplémentaire,
  • ● Ce procédé présente l'inconvénient habituel des revêtements multicouches précédemment décrits, à savoir des liaisons imparfaites par micro soudures entre les couches élémentaires favorisant la séparation de ces couches élémentaires et l'écaillage de la barrière thermique. Cet inconvénient est aggravé par le refroidissement du dépôt effectué entre chaque couche élémentaire.
US Pat. No. 5,073,433 is known in this regard, according to which the ceramic layer is deposited by thermal spraying in several successive passes, each pass depositing a layer of material of the order of 5 μm, each pass being followed by cooling to form vertical cracks. Such a method, however, has two disadvantages:
  • ● The coating in several passes separated by a cooling step entails an additional cost,
  • This process has the usual disadvantage of multilayer coatings previously described, ie imperfect bonds by micro-welds between the elementary layers promoting the separation of these elementary layers and the flaking of the thermal barrier. This disadvantage is aggravated by the cooling of the deposit made between each elementary layer.

On connaît également par le brevet US 6,306,517 un procédé d'application d'une barrière thermique en couches minces par projection plasma, la liaison entre les couches étant améliorée par la germination colonnaire des grains qui peuvent ainsi devenir communs à plusieurs couches. Avec un tel procédé malheureusement, la germination se fait également latéralement ce qui réduit la flexibilité de la barrière thermique.US Pat. No. 6,306,517 also discloses a method for applying a thin-film thermal barrier by plasma spraying, the bond between the layers being improved by the columnar germination of the grains, which can thus become common to several layers. With such a process unfortunately, the germination is also laterally which reduces the flexibility of the thermal barrier.

On connaît aujourd'hui un procédé de dépôt dit "en phase vapeur" et plus particulièrement le EBPVD (Electron Beam Physical Vapour Déposition). La couche céramique obtenue se présente sous al forme de fines colonnes verticales adjacentes liées par leur base à la sous-couche. A titre indicatif, ce s colonnes ont un diamètre de l'ordre de 5µm. Untel procédé donne des barrières thermiques d'excellente qualité présentant un bonne flexibilité horizontale et de bonnes liaisons verticales et résistant par conséquent bien aux chocs thermiques.
Un tel procédé présente cependant deux inconvénients :

  • ● Il est lent et coûteux ;
  • ● La barrière thermique conserve malgré tout une durée de vie limitée, car les gaz de combustion chauds et corrosifs atteignent la sous-couche par les espaces réduits mais très nombreux entre les colonnes, la corrosion progressive de la sous-couche provoquant se destruction et l'écaillage de la barrière thermique.
A "vapor phase" deposition process is now known, more particularly EBPVD (Electron Beam Physical Vapor Deposition). The ceramic layer obtained is in the form of thin vertical adjacent columns connected by their base to the underlayer. As an indication, these columns have a diameter of the order of 5 .mu.m. Such a process gives thermal barriers of excellent quality having good horizontal flexibility and good vertical connections and therefore resistant to thermal shocks.
Such a method, however, has two disadvantages:
  • ● It is slow and expensive;
  • ● The thermal barrier still has a limited service life, as hot and corrosive combustion gases reach the sub-layer due to the small but very large spaces between the columns, the progressive corrosion of the sub-layer causing destruction and chipping of the thermal barrier.

A noter que d'une manière plus générale, la sensibilité à l'écaillage d'une barrière thermique augmente dans les parties en saillie de la pièce présentant un faible rayon de courbure, donc plus particulièrement avec les petites pièces telles les aubes de turbine.Note that in a more general manner, the sensitivity to chipping of a thermal barrier increases in the projecting parts of the part having a small radius of curvature, so more particularly with small parts such as turbine blades.

Par ailleurs afin d'avoir une barrière thermique la moins sensible possible à l'écaillage, il faut chercher à obtenir une barrière thermique présentant une cohésion de matière élevée et un accrochage des plus résistants.Moreover in order to have a thermal barrier the least sensitive possible to chipping, it is necessary to seek to obtain a thermal barrier having a cohesion of high material and a hooking of the strongest.

Un premier problème à résoudre est d'améliorer la résistance à l'écaillage des barrières thermiques.A first problem to be solved is to improve the resistance to flaking of the thermal barriers.

Un second problème à résoudre est de réduire le coût d'élaboration d'un barrière thermique.A second problem to be solved is to reduce the cost of developing a thermal barrier.

Exposé de l'inventionPresentation of the invention

Une barrière thermique, afin d'être résistante à la fois aux sollicitations thermiques élevées en surface du substrat et aux sollicitations mécaniques importantes de celui-ci, et par la même de répondre au premier problème posé, doit être souple dans les directions tangentielles à la surface qu'elle recouvre. A cet effet, il est nécessaire d'introduire des fissures verticales allant de la surface de la barrière thermique jusqu'au substrat ou à la sous-couche, c'est à dire traversant toute la couche de céramique.A thermal barrier, in order to be resistant to both the high thermal stresses on the surface of the substrate and the important mechanical stresses thereof, and thereby to respond to the first problem, must be flexible in the directions tangential to the surface it covers. For this purpose, it is necessary to introduce vertical cracks ranging from the surface of the thermal barrier to the substrate or the underlayer, ie through the entire ceramic layer.

L'invention propose un procédé d'obtention d'une barrière thermique flexo-adpative, la barrière thermique comportant une couche de céramique (44) d'une épaisseur au moins égale à 80µm, déposée sur un substrat (40) recouvert d'une sous-couche (42), la couche de céramique (44) étant déposée par projection thermique à l'aide d'une torche (30) dite "à arc plasma", le fonctionnement de la torche étant défini par la puissance de la torche, le débit de matière, la distance de la torche à la pièce (10) à revêtir et la vitesse de déplacement de la torche par rapport à la pièce.
Un tel procédé est remarquable en ce que qu'il consiste à déposer, directement sur la sous-couche et en une seule et unique passe, la couche de céramique en maintenant une distance de projection comprise entre 20mm et 90mm, la vitesse de déplacement de la torche étant comprise entre 2mm/s et 10mm/s, le débit de matière étant compris entre 40g/mn et 100g/mn et l'intensité d'arc de la torche étant comprise entre 500A et 800A, de façon à obtenir après refroidissement, au moins 2 fissures sensiblement verticales par millimètre et traversant toute la couche de céramique.
The invention proposes a method for obtaining a flexo-adpative thermal barrier, the thermal barrier comprising a ceramic layer (44) having a thickness of at least 80 μm deposited on a substrate (40) covered with a underlayer (42), the ceramic layer (44) being deposited by thermal spraying using a torch (30) called "plasma arc", the operation of the torch being defined by the power of the torch , the flow rate of material, the distance of the torch to the workpiece (10) to be coated and the speed of movement of the torch relative to the workpiece.
Such a method is remarkable in that it consists in depositing, directly on the underlayer and in a single pass, the ceramic layer while maintaining a projection distance of between 20 mm and 90 mm, the speed of displacement of the torch being between 2mm / s and 10mm / s, the material flow being between 40g / min and 100g / min and the arc intensity of the torch being between 500A and 800A, so as to obtain after cooling at least 2 substantially vertical cracks per millimeter and passing through the entire ceramic layer.

On comprend que la puissance de la torche étant réglée à une valeur élevée et la couche de céramique produite en seule passe, les nouvelles gouttes de matière en fusion arrivent sur de la matière encore très chaude, ce qui provoque une excellente liaison par soudure entre les grains de céramique dans la direction verticale. Ceci est favorisé par le choix d'une vitesse de déplacement de la torche la plus réduite possible, préférentiellement comprise entre 2mm/s et 10mm/s. Ainsi, la température à l'endroit du dépôt est élevée ce qui permet d'obtenir une microstructure dense avec un nombre micro fissures horizontales, délaminations et pores réduits, et une meilleure cohésion de la matière. La projection en une seule passe est un paramètre important intervenant directement sur la résistance à l'écaillage de la barrière thermique. En effet, si l'on projette la matière en plusieurs passes, la cohésion entre les différentes couches de matière déposée à chaque passe est moins élevée qu'au sein d'une même couche. Une fissure horizontale peut alors s'initier entre deux couches, ce qui est préjudiciable pour la tenue de la barrière thermique.
Par ailleurs, la couche de céramique ainsi formée sous le jet étant très chaude, son refroidissement au contact de l'air ambiant, lorsque le jet s'est déplacé, provoque un gradient thermique vertical important, ce gradient favorisant la formation de fissures à la surface de la couche de céramique, ces fissures se propageant ensuite verticalement jusqu'à la sous-couche, traversant ainsi toute la couche de céramique.
Les inventeurs ont constaté que ces deux phénomènes apparaissent simultanément. Avec une puissance trop faible, les fissures sont espacées, très irrégulières et les liaisons verticales entre les grains de matière sont médiocres. En augmentant la puissance de la torche, les fissures sont plus denses et homogènes et les liaisons verticales entre les grains sont simultanément améliorées. Avec une puissance suffisante, c'est à dire suffisamment importante pour obtenir une densité de fissures au moins égale à la valeur revendiquée, les inventeurs obtiennent une barrière thermique présentant une résistance à l'écaillage satisfaisante jusqu'à une épaisseur de la couche de céramique de 250µm, la qualité optimale se situant cependant entre 100µm et 150µm. A noter que la puissance de la torche appropriée pour obtenir ce résultat dépend de nombreux paramètres tels que la céramique utilisée la dissipation thermique dans la pièce, le débit de poudre, la largeur du jet, le coefficient de déperdition de la torche, etc.
A noter également que l'homme du métier limitera toutefois la puissance de la torche pour ne pas provoquer un échauffement excessif risquant d'entraîner la fusion du substrat ou une altération non admissible de sa structure granulaire.
It is understood that the power of the torch being set to a high value and the ceramic layer produced in one pass, the new drops of molten material arrive on the still very hot material, which causes an excellent connection by welding between the ceramic grains in the vertical direction. This is favored by the choice of a displacement speed of the torch as small as possible, preferably between 2mm / s and 10mm / s. Thus, the temperature at the location of the deposit is high which allows to obtain a dense microstructure with a number micro horizontal cracks, delaminations and reduced pores, and better cohesion of the material. Single-pass projection is an important parameter that directly affects the chipping resistance of the thermal barrier. Indeed, if we projects the material in several passes, the cohesion between the different layers of material deposited in each pass is less than in the same layer. A horizontal crack can then be initiated between two layers, which is detrimental to the holding of the thermal barrier.
Furthermore, the ceramic layer thus formed under the jet being very hot, its cooling in contact with the ambient air, when the jet has moved, causes a significant vertical thermal gradient, this gradient favoring the formation of cracks in the surface of the ceramic layer, these cracks then propagating vertically to the underlayer, thus crossing the entire ceramic layer.
The inventors have found that these two phenomena appear simultaneously. With a power too low, the cracks are spaced apart, very irregular and the vertical links between the grains of matter are mediocre. By increasing the power of the torch, the cracks are denser and homogeneous and the vertical bonds between the grains are simultaneously improved. With sufficient power, ie large enough to obtain a crack density at least equal to the value claimed, the inventors obtain a thermal barrier having a satisfactory resistance to chipping up to a thickness of the ceramic layer. of 250μm, the optimum quality however being between 100μm and 150μm. Note that the power of the appropriate torch to achieve this result depends on many parameters such as the ceramic used heat dissipation in the room, the flow of powder, the width of the jet, the coefficient of loss of the torch, etc.
It should also be noted that those skilled in the art will, however, limit the power of the torch so as not to cause excessive heating which risks causing the substrate to melt or an inadmissible alteration of its granular structure.

Les dimensions des fissures, ainsi que le nombre de fissures par mm, dépendent de l'épaisseur du dépôt. Plus le dépôt est épais, plus les fissures sont larges et leur nombre par mm faible.The dimensions of the cracks, as well as the number of cracks per mm, depend on the thickness of the deposit. The thicker the deposit, the wider the cracks and the smaller their number per mm.

L'épaisseur de la couche de céramique obtenue en une seule passe est évidemment fonction du débit de matière, de la distance de la torche à la pièce et de la vitesse de déplacement de la torche, c'est à dire du jet, par rapport à la pièce, ainsi que du coefficient de déperdition de la torche. Ainsi l'épaisseur de la couche de céramique augmente avec le débit de matière, mais cette épaisseur diminue lorsque la distance ou la vitesse augmentent. L'homme du métier définira expérimentalement ces paramètres au cas par cas en fonction du matériel dont il dispose.The thickness of the ceramic layer obtained in a single pass is obviously a function of the flow rate of material, the distance of the torch to the workpiece and the speed of movement of the torch, ie the jet, relative to per piece, as well as the coefficient of loss of the torch. Thus the thickness of the ceramic layer increases with the flow of material, but this thickness decreases as the distance or speed increases. Those skilled in the art will experimentally define these parameters on a case by case basis depending on the equipment available to them.

L'invention propose également d'appliquer le présent procédé à une aube de turboréacteur comportant une pale et un pied, la couche de céramique étant appliquée sur la pale .
Un tel procédé est remarquable en ce qu'il consiste :

  • a. à maintenir le pied (14) de l'aube (10) par un outillage (20) pivotant à une vitesse de rotation V selon son axe géométrique (16),
  • b. à exposer la pale (12) au jet (32) d'une torche (30) susceptible d'un déplacement relatif D1 parallèle à l'axe géométrique (16) et d'un déplacement relatif D2 perpendiculaire à l'axe géométrique (16) ;
  • c. à effectuer la projection de céramique en un seul déplacement du jet (32) depuis l'une des extrémités (18a, 18b) jusqu'à son autre extrémité(18b, 18a) de la pale, l'aube (10) étant mise en rotation selon l'axe géométrique (16), la torche (30) étant déplacée selon D2 pour rester à une distance constante de la surface de la pale (12), la torche (30) étant déplacée suivant D1 pour former à la surface de la pale (12) une couche de céramique (44) en spirale de pas égal à la largeur du jet (32).
The invention also proposes applying the present method to a turbojet blade having a blade and a foot, the ceramic layer being applied to the blade.
Such a process is remarkable in that it consists of:
  • at. maintaining the blade root (14) with a tool (20) pivoting at a rotation speed V along its geometric axis (16),
  • b. exposing the blade (12) to the jet (32) of a torch (30) capable of a relative displacement D1 parallel to the geometric axis (16) and a relative displacement D2 perpendicular to the geometric axis (16) );
  • vs. performing the ceramic projection in a single movement of the jet (32) from one of the ends (18a, 18b) to its other end (18b, 18a) of the blade, the blade (10) being rotation along the geometric axis (16), the torch (30) being displaced along D2 to remain at a constant distance from the surface of the blade (12), the torch (30) being displaced along D1 to form on the surface of the blade (12) has a spiral ceramic layer (44) of pitch equal to the width of the jet (32).

Description des figuresDescription of figures

L'invention sera mieux comprise et les avantages qu'elle procure apparaîtront plus clairement au vu d'un exemple détaillé de mise en oeuvre du procédé et des figures annexées.

  • La figure 1 illustre le dépôt de la couche de céramique avec une torche plasma.
  • La figure 2 est une micrographie en coupe de la barrière thermique ainsi obtenue.
  • La figure 3 est une micrographie de la surface de la barrière thermique.
The invention will be better understood and the advantages it affords will become more clearly apparent from a detailed example of implementation of the method and the appended figures.
  • Figure 1 illustrates the deposition of the ceramic layer with a plasma torch.
  • FIG. 2 is a sectional micrograph of the thermal barrier thus obtained.
  • Figure 3 is a micrograph of the surface of the thermal barrier.

Description détailléedetailed description

On se reportera en premier lieu à la figure 1.Reference is made first to Figure 1.

La pièce à revêtir d'une barrière thermique est une aube 10 de turbine en superalliage base nickel à solidification dirigée. La barrière thermique comporte une sous-couche de McrAIY recouverte par une couche de céramique de 125µm en zircon ZrO2 avec 8% d'ytrine Y2O3.The part to be coated with a thermal barrier is a turbine blade made of nickel superalloy base with directed solidification. The thermal barrier comprises an undercoat of McrAlY covered by a ceramic layer of 125 μm ZrO 2 zircon with 8% Y 2 O 3 ytrine.

La pale 12 de l'aube 10 est recouverte d'une sous-couche de McrAIY déposée selon les procédés habituels.The blade 12 of the blade 10 is covered with an underlay of McrAIY deposited according to the usual methods.

L'aube 10 est ensuite tenue par son pied 14 sur un montage 20 tournant susceptible de faire tourner l'aube sur son axe 16, c'est à dire sur elle-même dans le sens de la longueur, la pale 12 étant présentée devant une torche plasma 30 dont le jet sera référencé 32. La torche plasma 32 est ici le modèle F4 commercialisé par la société dont la raison sociale est Sultzer Metco.The blade 10 is then held by its foot 14 on a rotating assembly 20 capable of rotating the blade on its axis 16, that is to say on itself in the direction of the length, the blade 12 being presented in front of a plasma torch 30 whose jet will be referenced 32. The plasma torch 32 is here the F4 model marketed by the company whose corporate name is Sultzer Metco.

La torche est placée à 50mm de l'aube 10, l'aube 10 étant ensuite mise en rotation sur son axe 16. LA torche 30 est mise en fonctionnement et le jet 32 touche d'abord le sommet 18a de l'aube 10 et se déplace progressivement vers le pied 14 pour atteindre l'autre extrémité 18b de la pale 12 et pour former ainsi à la surface de l'aube 10 une couche de céramique 44 ayant la forme d'une hélice à spires jointives. Le jet 32 se déplace à la surface de la pale 12 à une vitesse résultante de 6mm/s. Le débit de poudre est de 70g/mn, et la puissance de la torche est obtenue avec une intensité d'arc de 700A. Le réglage de la torche est dit "chaud", la température du dépôt est de 550°C, cette température étant mesurée à la surface du dépôt juste après le passage du jet 32 et à 10mm en arrière du jet.The torch is placed at 50mm from the blade 10, the blade 10 being then rotated on its axis 16. The torch 30 is put into operation and the jet 32 first touches the top 18a of the blade 10 and progressively moves towards the foot 14 to reach the other end 18b of the blade 12 and thus to form on the surface of the blade 10 a ceramic layer 44 having the shape of a helix with contiguous turns. The jet 32 moves on the surface of the blade 12 at a resulting speed of 6 mm / s. The powder flow rate is 70g / min, and the power of the torch is obtained with an arc intensity of 700A. The setting of the torch is said to be "hot", the temperature of the deposit is 550 ° C., this temperature being measured at the surface of the deposit just after the passage of the jet 32 and at 10 mm behind the jet.

On se reportera maintenant à la figure 2.
Sont référencés 40, 42 et 44 respectivement le substrat, la sous-couche et la couche de céramique ainsi obtenue. Les fissures sont référencées 50. Sur cette micrographie, on compte 4,8 fissures par millimètre dont la distance moyenne est de 200µm. Comme le montre la micrographie, les fissures 50 sont sensiblement verticales, c'est à dire sensiblement perpendiculaires au substrat 40. Les deux bords des fissures 50 peuvent être parallèles ou s'ouvrir vers la surface ou vers la sous-couche 42. La caractéristique primordiale des fissures 50 est qu'elles cheminent de la surface vers la sous-couche 42, en traversant toute l'épaisseur de la couche de céramique 44, comme illustré sur la micrographie.
Reference is now made to FIG.
The substrate, the underlayer and the ceramic layer thus obtained are referenced 40, 42 and 44, respectively. The cracks are referenced 50. On this micrograph, there are 4.8 cracks per millimeter with an average distance of 200 μm. As shown by the micrograph, the cracks 50 are substantially vertical, ie substantially perpendicular to the substrate 40. The two edges of the cracks 50 may be parallel or open towards the surface or to the underlayer 42. The characteristic Cracks 50 are essential that they travel from the surface to the underlayer 42, through the entire thickness of the ceramic layer 44, as shown in the micrograph.

On se reportera maintenant à la figure 3.
On voit sur cette micrographie que les fissures 50 forment un réseau localement irrégulier mais statistiquement homogène et anisotrope, ces fissures 50 apportant à la barrière thermique la flexibilité requise suivant un plan tangentiel au substrat 40. Le densité de fissures est définie comme étant le nombre moyen de fissures par millimètre coupant un droite géométrique quelconque.
Reference is now made to FIG.
It can be seen from this micrograph that the cracks 50 form a locally irregular but statistically homogeneous and anisotropic network, these cracks 50 providing the thermal barrier with the required flexibility along a plane tangential to the substrate 40. The density of cracks is defined as the average number cracks per millimeter intersecting any geometric line.

Claims (2)

Procédé d'obtention d'une barrière thermique flexo-adaptive, la barrière thermique comportant une couche de céramique (44) d'une épaisseur au moins égale à 80µm, déposée sur un substrat (40) recouvert d'une sous-couche (42), la couche de céramique (44) étant déposée par projection thermique à l'aide d'une torche (30) dite "à arc plasma", le fonctionnement de la torche étant défini par la puissance de la torche, le débit de matière, la distance de la torche à la pièce (10) à revêtir et la vitesse de déplacement de la torche par rapport à la pièce
caractérisé en ce qu'il consiste à déposer, directement sur la sous-couche et en une seule et unique passe, la couche de céramique en maintenant une distance de projection comprise entre 20mm et 90mm, la vitesse de déplacement de la torche étant comprise entre 2mm/s et 10mm/s, le débit de matière étant compris entre 40g/mn et 100g/mn et l'intensité d'arc de la torche étant comprise entre 500A et 800A, de façon à obtenir après refroidissement, au moins 2 fissures sensiblement verticales par millimètre et traversant toute la couche de céramique.
Process for obtaining a flexo-adaptive thermal barrier, the thermal barrier comprising a ceramic layer (44) having a thickness of at least 80 μm deposited on a substrate (40) covered with an undercoat (42) ), the ceramic layer (44) being deposited by thermal spraying with a torch (30) called "plasma arc", the operation of the torch being defined by the power of the torch, the flow of material , the distance from the torch to the workpiece (10) to be coated and the speed of movement of the torch relative to the workpiece
characterized in that it consists in depositing, directly on the underlayer and in a single pass, the ceramic layer while maintaining a projection distance of between 20 mm and 90 mm, the speed of movement of the torch being between 2mm / s and 10mm / s, the flow rate of material being between 40g / min and 100g / min and the intensity of arc of the torch being between 500A and 800A, so as to obtain after cooling, at least 2 cracks substantially vertical per millimeter and traversing the entire ceramic layer.
Procédé selon la revendication 1, la pièce (10) étant une aube d'axe géométrique (16) comportant une pale (12) et un pied (14), la couche de céramique (44) étant appliquée sur la pale (12),
caractérisé en ce qu'il consiste : a. à maintenir le pied (14) de l'aube (10) par un outillage (20) pivotant à une vitesse de rotation V selon son axe géométrique (16), b. à exposer la pale (12) au jet (32) d'une torche (30) susceptible d'un déplacement relatif D1 parallèle à l'axe géométrique (16) et d'un déplacement relatif D2 perpendiculaire à l'axe géométrique (16) ; c. à effectuer la projection de céramique en un seul déplacement du jet (32) depuis l'une des extrémités (18a, 18b) jusqu'à son autre extrémité(18b, 18a) de la pale, l'aube (10) étant mise en rotation selon l'axe géométrique (16), la torche (30) étant déplacée selon D2 pour rester à une distance constante de la surface de la pale (12), la torche (30) étant déplacée suivant D1 pour former à la surface de la pale (12) une couche de céramique (44) en spirale de pas égal à la largeur du jet (32).
Method according to Claim 1, the part (10) being a geometric axis blade (16) comprising a blade (12) and a foot (14), the ceramic layer (44) being applied to the blade (12),
characterized in that it consists of: at. maintaining the blade root (14) with a tool (20) pivoting at a rotation speed V along its geometric axis (16), b. exposing the blade (12) to the jet (32) of a torch (30) capable of a relative displacement D1 parallel to the geometric axis (16) and a relative displacement D2 perpendicular to the geometric axis (16) ); vs. performing the ceramic projection in a single movement of the jet (32) from one of the ends (18a, 18b) to its other end (18b, 18a) of the blade, the blade (10) being rotation along the geometric axis (16), the torch (30) being displaced along D2 to remain at a constant distance from the surface of the blade (12), the torch (30) being displaced along D1 to form on the surface of the blade (12) has a spiral ceramic layer (44) of pitch equal to the width of the jet (32).
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