FR2937726A1 - Procede pour installer et proteger un capteur sur un substrat - Google Patents

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Abstract

Le procédé consiste à déposer, par projection d'alumine, une sous-couche (3) électriquement isolante sur le substrat (1), puis à poser le capteur sur la sous-couche électriquement isolante (3), et enfin à déposer, par projection d'alumine, une couche de couverture (6) sur le capteur (4) et la sous-couche électriquement isolante (3). Il comprend en outre une étape de densification par re-fusion localisée du dépôt d'alumine (6a) en surface de la couche de couverture (6).

Description

La présente invention concerne un procédé pour installer et protéger un capteur sur un substrat destiné à être soumis à des températures élevées, supérieures à 900°C par exemple, tel qu'une pièce de turbomachine.
L'invention s'applique en particulier à des pièces fixes (par exemple des pièces de chambres de combustion), ou à des pièces tournantes (par exemple des aubes de turbines à haute et basse pression) soumises à des forces centrifuges importantes provenant de rotations à grande vitesse (de l'ordre de 20000 tr/min).
Dans le cadre du développement de nouveaux turboréacteurs et de leur certification auprès des autorités, des essais à effectuer imposent de coller des capteurs, tels que des jauges de déformation ou des thermocouples, pour surveiller le comportement mécanique et thermique des pièces chaudes de la turbomachine. Les capteurs doivent être fixés sur le substrat et protégés. Un procédé connu d'installation d'une jauge de déformation haute température sur pièces de turbomachine, décrit dans la demande de brevet FR 2 909 759 au nom de la Demanderesse, consiste essentiellement à déposer, par projection d'alumine à la flamme, une sous-couche électriquement isolante sur le substrat destiné à porter la jauge, puis à poser la jauge sur la sous-couche électriquement isolante, et enfin à déposer, par projection d'alumine à la flamme, une couche de couverture sur la jauge et la sous-couche électriquement isolante. Au delà de 900°C, en conditions d'essai (à savoir avec de l'huile, du kérosène, des gaz de combustion), l'alliage des jauges disponibles dans le commerce s'oxyde fortement. En effet, du fait de la projection à la flamme, les couches d'alumine ont une structure poreuse avec de gros grains, ce qui confère au revêtement une ductilité adaptée aux déformations à chaud des pièces instrumentées.
Cependant, des coupes micrographiques réalisées sur une jauge après essai ont montré une plus forte oxydation des fils de capteurs à proximité des porosités et des micro-fissures interconnectées (et débouchantes en surface) de l'alumine d'enrobage.
L'augmentation de la résistance liée à cette oxydation a été évaluée à près de 15% ce qui peut entraîner au cours de l'essai une erreur du même ordre de grandeur sur la mesure. De plus, la tenue mécanique de la jauge aux sollicitations vibratoires est également réduite ce qui entraîne une limitation de sa durée de vie. Or, les températures sont de plus en plus élevées dans les turbomoteurs actuels, et une campagne de certification d'un turbomoteur peut être remise en cause en cas de perte sensible des jauges de déformation ou des thermocouples, et entraîner d'importantes pertes financières pour cause de retards sur le programme ou de pénalités. La présente invention vise à éviter ces inconvénients en permettant d'accroître la durée de vie des capteurs et de limiter la dérive de leurs caractéristiques électriques lors d'essais à haute température. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé pour installer et protéger un capteur sur un substrat, consistant à déposer, par projection d'alumine, une sous-couche électriquement isolante sur ledit substrat, puis à poser le capteur sur ladite sous-couche électriquement isolante, et enfin à déposer, par projection d'alumine, une couche de couverture sur le capteur et la sous-couche électriquement isolante, ledit procédé étant remarquable en ce qu'il comprend en outre une étape de densification par re-fusion localisée du dépôt d'alumine en surface de la couche de couverture. Ainsi, l'idée inventive consiste à modifier la porosité en surface de la couche de couverture en alumine, en rendant étanche la surface de la couche de couverture afin d'empêcher l'atmosphère oxydante d'atteindre les fils du capteur. L'opération de densification est par exemple une densification par laser, sa fluence étant déterminée de sorte à n'agir que sur les premiers microns d'épaisseur à partir de la surface de la couche de couverture. L'invention a également pour objet une pièce de turbomachine équipée d'au moins un capteur installé par ce procédé. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lumière de la description d'un mode de réalisation, donnée à titre d'exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels : la figure 1 est une vue schématique représentant en coupe transversale une pièce de turbomachine équipée d'une jauge de déformation installée par un procédé selon l'invention ; - la figure 2 est une vue agrandie d'un détail de la figure 1. La figure 1 représente une surface 1 d'une pièce de turbomachine (non représentée) telle qu'une aube tournante de turbine en superalliage de nickel (de tout genre connu). Comme décrit dans la demande de brevet FR 2 909 759 au nom de la Demanderesse, la surface 1 est surmontée d'une sous-couche d'accroche 2 d'alliage de NiCrAIY (22% de chrome, 10% d'aluminium et 1,0% d'yttrium) afin de favoriser l'adhérence d'une sous-couche d'alumine 3 électriquement isolante sur laquelle est apposée une jauge de déformation illustrée par la section de ses fils 4, le tout étant recouvert d'une couche de couverture 6 d'alumine. Les couches d'alumine 3 et 6 ont été déposées par un procédé de projection à la flamme d'oxygène et d'acétylène, tandis que la sous-couche d'accroche 2 d'alliage a été déposée par un procédé de projection plasma sous atmosphère afin d'obtenir un dépôt de porosité de 5 à 10 % plus faible que celle de la projection à la flamme.
L'invention se distingue de cette technique connue en ce que le procédé comprend en outre une étape de densification par re-fusion localisée du dépôt d'alumine 6a en surface de la couche de couverture 6. Il s'agit d'une densification par laser, sa fluence étant prédéterminée de manière à n'agir que sur les premiers microns d'épaisseur à partir de la surface 6a de la couche de couverture 6, sans atteindre la jauge, ceci afin d'altérer le moins possible la porosité globale du dépôt (dans l'épaisseur), tout en rendant sa surface étanche. Une caractéristique recherchée est en effet une porosité élevée pour obtenir un dépôt ductile et robuste aux sollicitations mécaniques. Ceci permet de rendre étanche la surface 6a de la couche de couverture 6 en alumine et d'empêcher l'atmosphère oxydante d'atteindre les fils 4 de la jauge. L'invention permet ainsi d'accroître la durée de vie des capteurs et de réduire la dérive de leurs caractéristiques électriques lors d'essais au delà de 900 °C.

Claims (3)

  1. REVENDICATIONS1. Procédé pour installer et protéger un capteur sur un substrat (1), consistant à déposer, par projection d'alumine, une sous-couche (3) électriquement isolante sur ledit substrat (1), puis à poser le capteur (4) sur ladite sous-couche électriquement isolante (3), et enfin à déposer, par projection d'alumine, une couche de couverture (6) sur le capteur (4) et la sous-couche électriquement isolante (3), ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape de densification par re-fusion localisée du dépôt d'alumine (6a) en surface de la couche de couverture (6).
  2. 2. Procédé pour installer et protéger un capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'opération de densification est une densification par laser, sa fluence étant déterminée de sorte à n'agir que sur les premiers microns d'épaisseur à partir de la surface de la couche de couverture (6).
  3. 3. Pièce de turbomachine équipée d'au moins un capteur installé par un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2.
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