FR2924129A1 - Procede pour realiser un revetement d'aluminiure de nickel modifie platine monophase - Google Patents

Procede pour realiser un revetement d'aluminiure de nickel modifie platine monophase Download PDF

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Abstract

Procédé pour réaliser un revêtement d'aluminiure de nickel modifié platine monophasé (Ni, Pt)AI, sur un substrat en alliage de base nickel et plus particulièrement sur une pièce de turbomachine, dans lequel:- on dépose et on fait diffuser à haute température du platine dans le substrat; et- on dépose et on fait diffuser à haute température de l'aluminium dans le substrat enrichi en platine, en utilisant un donneur en alliage de chrome et d'aluminium, l'aluminium étant transporté en phase gazeuse du donneur au substrat, sous forme d'halogénure d'aluminium,dans lequel ledit donneur est en alliage de chrome et d'aluminium biphasé, comprenant une première phase de Cr2AI ayant une teneur massique en aluminium comprise entre 20 et 30%, et une deuxième phase de Cr5Al8 ayant une teneur massique en aluminium comprise entre 35 et 45%.

Description

L'invention concerne un procédé pour réaliser un revêtement d'aluminiure de nickel modifié platine, sur un substrat en alliage de base nickel, du type comprenant les étapes suivantes : - on dépose et on fait diffuser à haute température du platine dans le substrat ; et - on dépose et on fait diffuser à haute température de l'aluminium dans le substrat enrichi en platine, en utilisant un donneur en alliage de chrome et d'aluminium, l'aluminium étant transporté en phase gazeuse du donneur au substrat, sous forme d'halogénure d'aluminium.
L'étape de dépôt de l'aluminium est également appelée étape d'aluminisation en phase vapeur. Le revêtement réalisé permet, de manière générale, de protéger le substrat contre l'oxydation-corrosion et, en outre, ce revêtement peut favoriser l'accroche d'une couche de céramique, l'ensemble formé par le revêtement et la couche de céramique constituant une barrière thermique capable de protéger le substrat des hautes températures. Aussi, ce type de procédé est utilisé, en particulier, sur des pièces de turbomachine aéronautique (turboréacteur ou turbopropulseur) en superalliage de base nickel et situées dans la partie "chaude" de la turbomachine, comme les aubes ou l'anneau extérieur d'un étage de turbine d'un turboréacteur d'avion. Jusqu'à présent, il est connu d'utiliser un procédé du type précité pour revêtir des aubes de turbine, soit d'un revêtement d'aluminiure de nickel modifié platine monophasé comprenant une unique phase (Ni, Pt)Al, soit d'un revêtement d'aluminiure de nickel modifié platine biphasé comprenant une première phase (Ni, Pt)Al et une deuxième phase PtAI2. Généralement, les revêtements monophasés sont recouverts d'une couche de céramique pour former une barrière thermique, tandis que les revêtements biphasés ne sont pas recouverts et sont donc utilisés seuls, pour leur fonction anticorrosion et anti-oxydation. Pour réaliser un revêtement monophasé on utilisait jusqu'à présent un donneur dénommé CA20 en alliage de chrome et d'aluminium monophasé, comprenant une phase unique de Cr2AI et ayant une teneur massique en aluminium d'environ 23 %.
D'autre part, pour réaliser un revêtement biphasé, on utilisait jusqu'à présent un donneur dénommé CA30 en alliage de chrome et d'aluminium 2 biphasé, comprenant une première phase riche en aluminium Cr5AI8 et une deuxième phase pauvre en aluminium Cr2AI. Dans le donneur CA30, la teneur massique totale en aluminium est d'environ 30 %, et est répartie entre les deux phases de la manière suivante : la teneur massique en aluminium est de 25 % dans ladite phase pauvre et de 40 % dans ladite phase riche. L'invention vise à proposer un procédé du type précité permettant de réaliser un revêtement monophasé, qui constitue une alternative au procédé connu utilisant le donneur CA20.
L'invention a pour objet un procédé pour réaliser un revêtement d'aluminiure de nickel modifié platine monophasé (Ni, Pt)Al, sur un substrat en alliage de base nickel, dans lequel: - on dépose et on fait diffuser à haute température du platine dans le substrat; et - on dépose et on fait diffuser à haute température de l'aluminium dans le substrat enrichi en platine, en utilisant un donneur en alliage de chrome et d'aluminium, l'aluminium étant transporté en phase gazeuse du donneur au substrat, sous forme d'halogénure d'aluminium, et dans lequel ledit donneur est en alliage de chrome et d'aluminium biphasé, comprenant une première phase de Cr2AI ayant une teneur massique en aluminium comprise entre 20 et 30%, et une deuxième phase de Cr5AI8 ayant une teneur massique en aluminium comprise entre 35 et 45%. Ainsi, on a réussi à réaliser un revêtement d'aluminiure de nickel modifié platine monophasé (Ni, Pt)Al à partir d'un donneur en alliage de chrome et d'aluminium biphasé ayant les teneurs massique en aluminium indiquées, dans les phases Cr2AI et Cr5AI8. En outre, ces teneurs en aluminium dans les phases Cr2AI et Cr5AI8 garantissent une certaine teneur en aluminium dans le revêtement monophasé (Ni, Pt)Al, ce qui permet au revêtement d'être suffisamment efficace face aux phénomènes d'oxydation-corrosion, et ce qui permet d'obtenir une épaisseur de revêtement favorable au dépôt ultérieur d'une couche de céramique et, donc, à la réalisation d'une barrière thermique. Selon un mode de mise en oeuvre, ladite première phase de Cr2AI a une teneur massique en aluminium comprise entre 20 et 25%, ce qui permet d'optimiser la teneur en aluminium dans le revêtement monophasé (Ni, Pt)Al. Selon un mode de mise en oeuvre, on utilise un donneur CA30 déjà utilisé pour réaliser des revêtements biphasés et ayant ainsi déjà subi un certain nombre de cycles de traitement. On parle de donneur CA30 "vieilli". Par ailleurs, on parle de cycle de traitement pour définir l'opération de traitement thermochimique d'aluminisation en phase vapeur consistant à déposer de l'aluminium sur un substrat enrichi en platine et contribuer ainsi à l'élaboration d'un revêtement biphasé sur le substrat.
En effet, dans la pratique, les teneurs en aluminium dans les phases Cr2AI et Cr5AI8 définies plus haut peuvent être obtenues en faisant subir à un donneur CA30 un nombre minimum de cycles de traitement, car plus le nombre de cycles de traitement augmente, plus la teneur en aluminium dans le donneur CA30 diminue. A partir d'un tel nombre minimum, on obtient un revêtement NiAI monophasé. En deçà de ce nombre minimum, le donneur CA30 génère toujours un revêtement d'aluminiure de nickel modifié platine biphasé. L'invention permet donc de recycler un donneur CA30 "vieilli", en le réutilisant en lieu et place d'un donneur CA20 pour la réalisation d'un 20 revêtement monophasé. Un tel recyclage n'avait en soi rien d'évident, car les alliages des donneurs CA30 et CA20 ont des structures bien différentes (i.e. respectivement biphasée et monophasée) et des teneurs en aluminium bien différentes. 25 Grâce à l'invention, une entreprise qui utilisait jusqu'à présent des donneurs CA20 et CA30 pour réaliser des revêtements monophasé et biphasé, peut diminuer sa consommation en donneurs CA20, voire ne plus utiliser que des donneurs CA30. On notera que la teneur massique en platine dans le substrat enrichi 30 en platine sur lequel on réalise l'aluminisation, peut également avoir une influence sur la formation ou l'absence de formation d'un revêtement biphasé (Ni, Pt)AI/PtAI2. En effet, si la teneur en platine est trop élevée, le platine risque de réagir avec l'aluminium lors du dépôt de celui-ci et de former la phase PtAI2 que l'on ne souhaite pas obtenir. Toutefois, la teneur 35 en platine ne doit pas être trop faible car le revêtement risquerait alors de ne pas avoir les caractéristiques minimales recherchées en terme de résistance à l'oxydation-corrosion et de tenue au cyclage thermique. Dans la pratique, la teneur massique en platine dans le substrat enrichi en platine est dépendante de l'épaisseur de platine déposée sur le substrat (le platine diffusant ensuite dans le substrat à haute température). Ainsi, selon un mode de mise en oeuvre du procédé de l'invention, on dépose sur le substrat une couche de platine d'épaisseur comprise entre 4 et 9 micromètres (pm). Selon un mode de mise en oeuvre, on dépose la couche de platine sur le substrat par voie électrolytique. L'invention a également pour objet un procédé pour réaliser une barrière thermique, sur un substrat en alliage de base nickel, cette barrière thermique comprenant au moins une couche céramique et une sous-couche d'aluminiure de nickel modifié platine monophasé (Ni, Pt)Al, interposée entre le substrat et la couche céramique, dans lequel : on réalise la sous-couche sur le substrat, selon le procédé défini précédemment ; et on réalise ladite couche céramique sur ladite sous-couche. L'invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description détaillée qui suit d'un exemple de procédé selon l'invention. Conformément à l'invention, cet exemple de procédé permet de réaliser un revêtement d'aluminiure de nickel modifié platine monophasé (Ni, Pt)Al, sur un substrat en alliage de base nickel. Plus particulièrement, il s'agit d'un superalliage de base nickel, c'est à dire un alliage qui, sans qu'il se dégrade par oxydation, conserve des propriétés mécaniques acceptables à haute température. Les superalliages sont particulièrement utilisés dans le domaine de l'aéronautique. Parmi les superalliages utilisés, les superalliages de base nickel (Ni) sont les plus intéressants car ils possèdent la meilleure tenue mécanique à haute température et ont une vitesse d'oxydation plus faible que les autres. Il existe plus d'une centaine de compositions différentes de superalliage de base Ni. Par exemple, on utilise un superalliage de base Ni de type (NiTa8Cr8CoWAI). Tout d'abord, une première étape du procédé consiste à déposer une couche de platine (Pt) par galvanoplastie (i.e. par voie électrolytique) sur la pièce en superalliage de base Ni à revêtir (i.e. le substrat). La couche de platine déposée a une épaisseur comprise entre 4 et 9 pm, par exemple 6 pm. Puis, on effectue un traitement thermique de diffusion entre 1000 et 1100°C pendant 1 à 5 heures, qui permet au Pt de pénétrer dans le superalliage et au Ni de remonter dans le dépôt de Pt (Ni et Pt étant miscibles l'un dans l'autre). Ensuite, on réalise un traitement d'aluminisation en phase vapeur sur le substrat enrichi en platine. D'une manière générale, le traitement d'aluminisation en phase vapeur est un traitement thermochimique faisant intervenir un cément constitué, le plus souvent : d'un donneur, d'un activateur, d'un modérateur, d'un réducteur (ou Getter) et d'un diluant inerte. Le donneur est en métal ou en alliage métallique, le plus souvent sous forme de poudre, et contient de l'aluminium (Al).
L'activateur est un dérivé halogéné (NH4CI, NH4F, MgCl2, Br2) qui après décomposition, assure le transport de Al sous forme d'halogénure volatil. Le modérateur est un élément qui, allié au donneur, permet d'en contrôler l'activité. Le réducteur (ou Getter) consiste en des élément (Mg, Y, Al) facilement oxydables qui ont tendances à éliminer les résidus d'oxygène présents et ainsi qui, en faible quantité, évite l'oxydation du dépôt d'Al en cours de traitement. Le diluant inerte, généralement AI2O3, empêche le frittage du cément dont il peut représenter plus de 50% en masse.
Dans l'exemple, on utilise le traitement d'aluminisation en phase vapeur développé par la société SNECMA et connu sous la dénomination APVS pour "Aluminisation Phase Vapeur Snecma". Ce traitement APVS est décrit, en particulier, dans le brevet français FR 1433497. Le traitement APVS est réalisé dans un four à parois froides conçu pour travailler en légère surpression d'argon. Les pièces à revêtir sont placées dans des petites ou grandes boîtes circulaires à l'intérieur du four. Le traitement APVS s'effectue entre 1050°C et 1150°C pendant 3 à 8 heures avec des boîtes équipées de 20 à 23 kg de donneur et une quantité de 5 à 40g d'activateur NH4F.
Conformément à l'invention, le donneur est en alliage de chrome et d'aluminium biphasé, comprenant une première phase de Cr2AI ayant une teneur massique en aluminium comprise entre 20 et 30%, et une deuxième phase de Cr5AI8 ayant une teneur massique en aluminium comprise entre 35 et 45%. Dans l'exemple, on a utilisé un donneur CA30 "veilli", ayant préalablement subi 14 cycles de traitement APVS, et dont la teneur massique en Al dans la phase Cr2AI était comprise entre 20 et 25%.10

Claims (6)

REVENDICATIONS
1) Procédé pour réaliser un revêtement d'aluminiure de nickel modifié platine monophasé (Ni, Pt)Al, sur un substrat en alliage de base nickel, dans lequel: - on dépose et on fait diffuser à haute température du platine dans le substrat; et - on dépose et on fait diffuser à haute température de l'aluminium dans le substrat enrichi en platine, en utilisant un donneur en alliage de chrome et d'aluminium, l'aluminium étant transporté en phase gazeuse du donneur au substrat, sous forme d'halogénure d'aluminium, caractérisé en ce que ledit donneur est en alliage de chrome et d'aluminium biphasé, comprenant une première phase de Cr2AI ayant une teneur massique en aluminium comprise entre 20 et 30%, et une deuxième phase de Cr5AI8 ayant une teneur massique en aluminium comprise entre 35 et 45%.
2) Procédé selon la revendication 1, dans lequel ladite première phase de Cr2AI a une teneur massique en aluminium comprise entre 20 et 25%.
3) Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel on dépose sur le substrat une couche de platine d'épaisseur comprise entre 4 et 9 pm.
4) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans 25 lequel on dépose sur le substrat une couche de platine par voie électrolytique.
5) Procédé pour réaliser une barrière thermique, sur un substrat en alliage de base nickel, cette barrière thermique comprenant au moins une 30 couche céramique et une sous-couche d'aluminiure de nickel modifié platine monophasé (Ni, Pt)Al, interposée entre le substrat et la couche céramique, dans lequel : on réalise ladite sous-couche sur le substrat, selon un procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes ; et on réalise ladite couche céramique sur ladite sous-couche.20
6) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel ledit substrat est une pièce de turbomachine et, notamment, une aube ou un anneau extérieur d'un étage de turbine.
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