FR2941965A1 - Procede de depot d'une couche de protection sur une piece - Google Patents

Abstract

Procédé de dépôt d'une couche de protection sur une pièce (10), dans lequel: - on utilise un appareil de frittage flash, cet appareil ayant une enceinte de compression (8) traversée par un courant électrique lors du frittage flash; - on utilise un moule (20) réalisé en un matériau réfractaire et conducteur d'électricité, ce matériau ayant un coefficient de dilatation inférieur à celui de ladite pièce (10), le moule (20) ayant des parois internes (22A, 22B) délimitant une cavité (24) de forme complémentaire de celle de ladite pièce (10), les dimensions de cette cavité (24) étant, à froid, légèrement supérieures à celles de la pièce (10); - on dépose sur la pièce (10) et/ou sur les parois internes (22A, 22B) du moule (20) au moins un revêtement précurseur de ladite couche de protection; - on dispose la pièce (10) dans le moule (20), puis le moule dans l'enceinte de compression (8); - on soumet l'ensemble pièce-revêtement-moule à un frittage flash de manière à obtenir une cohésion entre la pièce (10) et son revêtement et la transformation de ce revêtement en couche de protection, le revêtement étant comprimé à chaud, lors du frittage flash, entre la pièce (10) et le moule (20), en raison de la différence de dilatation entre la pièce et le moule.

Description

L'invention concerne un procédé de dépôt d'une couche de protection sur une pièce. Elle se destine à tout type de pièce, plus particulièrement aux pièces métalliques et encore plus particulièrement aux pièces en superalliage telles que les pièces de turbomachine aéronautique ou terrestre soumises à de hautes températures en fonctionnement. Notamment, cette pièce peut être une aube ou un distributeur de turbine de turboréacteur ou de turbopropulseur. Dans le domaine de l'aéronautique, certaines pièces et notamment les aubes (mobiles ou fixes) de la turbine haute pression d'un turboréacteur d'avion évoluent dans un environnement agressif composé de gaz à très haute température (plus de 1000°C), éjecté à haute vitesse. Dans cet environnement agressif, les aubes doivent conserver leurs propriétés mécaniques et résister aux phénomènes de corrosion. Ces aubes sont souvent réalisées en un superalliage résistant à haute température, généralement un superalliage à base de nickel (Ni), idéalement monocristallin. Toutefois, même les superalliages les plus performants actuellement ont, dans un tel environnement, des performances mécaniques et une durée de vie insuffisantes. Pour cette raison, il est nécessaire de recouvrir ces superalliages d'une couche de protection, appelée communément "barrière thermique".

Les barrières thermiques utilisées actuellement sont réalisées en déposant sur la pièce une couche de céramique. Cette couche de céramique est typiquement à base de zircone (oxyde de zirconium ZrO2). Elle assure l'isolation thermique de la pièce et permet de maintenir cette dernière à des températures où ses performances mécaniques et sa durée de vie sont acceptables. Afin d'assurer l'ancrage de cette couche de céramique, une sous-couche métallique est généralement interposée entre la pièce et la couche de céramique. Cette sous-couche assure l'adhérence entre la pièce et la couche de céramique, sachant que l'adhérence entre la sous-couche et la pièce se fait par inter-diffusion, et que l'adhérence entre la sous-couche et la couche de céramique se fait par ancrage mécanique et par la propension de la sous-couche à développer à haute température, à l'interface céramique/souscouche, une couche d'oxyde mince qui assure le contact chimique avec la céramique. En outre, cette sous-couche métallique assure la protection de la pièce contre les phénomènes de corrosion. Typiquement, cette sous-couche métallique est un aluminiure de nickel modifié platine (Ni, Pt)AI. Aujourd'hui, il est connu de déposer sur une pièce en superalliage à base de Ni, une barrière thermique qui comprend une sous-couche métallique en (Ni, Pt)AI recouvrant la pièce et une couche de céramique à base de ZrO2 recouvrant ladite sous couche, selon un procédé comprenant les étapes suivantes: la préparation de la surface de la pièce par décapage chimique et sablage; le dépôt sur la pièce, par électrolyse, d'un revêtement de platine (Pt); le traitement thermique éventuel de l'ensemble pour faire diffuser Pt dans la pièce; le dépôt d'aluminium (Al) par dépôt chimique en phase vapeur (CVD) ou par dépôt physique en phase vapeur (PVD); le traitement thermique éventuel de l'ensemble pour faire diffuser Pt et Al dans la pièce; la préparation de la surface de la sous-couche métallique formée; et le dépôt par évaporation sous faisceau d'électrons (EB-PVD) d'un revêtement en céramique. Cet exemple de procédé connu a pour avantage de pouvoir être utilisé sur une pièce de forme relativement complexe comme une aube de turbine. Cependant, il a pour inconvénient d'être long et complexe à mettre en oeuvre, notamment en raison de ses nombreuses étapes. On connaît par ailleurs, la publication intitulée "Oxidation resistant Aluminized MCrAIY coating prepared by Spark Plasma Sintering (SPS)" de Djar Oquab, Claude Estournes et Daniel Monceau (publiée en 2007 dans la revue Advanced Engineering Materials 2007, 9, No. 5) qui divulgue un autre exemple de procédé de dépôt d'une couche de protection sur une pièce, cette pièce étant en superalliage à base de Ni et ayant la forme d'une pastille, plus précisément d'un cylindre de révolution. Selon ce procédé connu, on dépose un revêtement métallique en MCrAIY (où M = Co, Ni ou Co/Ni) se présentant sous la forme d'une poudre sèche, sur les faces planes de ladite pastille (i.e. sur les bases du cylindre de révolution) mais pas sur la tranche. L'ensemble (pastille et revêtement) est ensuite enveloppé dans une feuille de graphite avant d'être placé dans l'enceinte de compression d'un appareil de frittage flash ou appareil SPS (Spark Plasma Sintering). La pastille est disposée dans l'enceinte de compression de sorte que les pistons de l'appareil exercent sur les faces planes de la pastille, recouvertes dudit revêtement, une force de compression uniaxiale orientée parallèlement à l'axe de révolution de la pastille et donc perpendiculairement à ces faces planes. Après le frittage flash, la feuille de graphite est éliminée par oxydation du carbone par chauffage sous air à 800°C, durant 10 min. Dans le procédé divulgué dans cette publication, la forme simple de la pièce, la planéité des zones de la pièce à recouvrir et le positionnement de la pièce dans l'enceinte de compression sont adaptés à la compression uniaxiale exercée. Cette publication ne donne cependant aucune information sur la manière de déposer une couche de protection sur des zones de la pièce qui ne seraient ni planes, ni perpendiculaires à la direction de la compression uniaxiale exercée lors du frittage flash. L'invention a pour but de proposer un nouveau procédé de dépôt permettant de déposer une couche de protection sur différentes zones d'une pièce, même lorsque ces zones sont courbes et/ou orientées différemment. Ce nouveau procédé est tel que: - on utilise un appareil de frittage flash, cet appareil ayant une enceinte de compression traversée par un courant électrique lors du frittage flash; - on utilise un moule réalisé en un matériau réfractaire et conducteur d'électricité, ce matériau ayant un coefficient de dilatation inférieur à celui de ladite pièce, le moule ayant des parois internes délimitant une cavité de forme complémentaire de celle de ladite pièce, les dimensions de cette cavité étant, à froid, légèrement supérieures à celles de la pièce; - on dépose sur la pièce et/ou sur les parois internes du moule au moins un revêtement précurseur de ladite couche de protection; - on dispose la pièce dans le moule, puis le moule dans l'enceinte de compression; et - on soumet l'ensemble pièce-revêtement-moule à un frittage flash de manière à obtenir une cohésion entre la pièce et son revêtement et la transformation de ce revêtement en couche de protection, le revêtement étant comprimé entre la pièce et le moule lors du frittage flash en raison de la différence de dilatation entre la pièce et le moule. D'une manière générale, le procédé de l'invention a pour avantage d'être rapide et reproductible. Les dimensions de la cavité du moule sont prévues pour être, à froid, égales ou légèrement supérieures aux dimensions de la pièce majorées de l'épaisseur du revêtement précurseur. Ainsi, il subsiste, à froid, entre la pièce et le moule, un jeu légèrement supérieur ou égal à l'épaisseur du revêtement.

Typiquement, ce jeu est de quelques dizaines de micromètres à quelques millimètres. Ce jeu diminue à chaud, lors du frittage flash, en raison de la différence de dilatation entre la pièce et le moule, et devient inférieur à l'épaisseur du revêtement de sorte que le revêtement est comprimé entre la pièce et le moule.

Dans la présente demande, l'expression "à froid" est utilisée pour désigner les conditions de température en dehors de l'enceinte de compression de l'appareil de frittage flash (ou dans l'enceinte lorsque l'appareil est éteint) tandis que l'expression "à chaud" est utilisée pour désigner les conditions de température dans cette enceinte de compression, lors d'un frittage flash. Ainsi, "à froid" signifie "à température ambiante", soit à 25°C environ, tandis que "à chaud" signifie à une température de plusieurs centaines de degrés Celsius. Typiquement, la température dans l'enceinte de compression lors du frittage flash est supérieure à 500°C et peut atteindre 2000°C.

Lors du frittage flash, à chaud, toutes les zones de la pièce recouvertes par le revêtement (même celles qui ne sont pas planes ou pas orientées perpendiculairement à la direction de la compression uniaxiale exercée par l'appareil) sont comprimées entre la pièce et le moule, cette compression permettant la fixation du revêtement sur ces zones. Ainsi, à la fin du frittage flash, ces zones sont recouvertes par la couche de protection souhaitée. Le procédé précédemment décrit peut donc être utilisé pour déposer une couche de protection sur une pièce de forme complexe. On notera que la valeur du jeu, à froid, entre la pièce et le moule, l'épaisseur du revêtement précurseur, et la différence de coefficient de dilatation thermique entre la pièce et le moule, permettent de calculer les pressions qui seront exercées, à chaud, sur le revêtement. On notera également que les pressions exercées sur le revêtement sont indépendantes de la force de compression uniaxiale exercée sur le moule par l'appareil de frittage flash. Dans cette invention, cette force de compression uniaxiale est seulement utile pour maintenir les différentes parties du moule au contact les unes des autres et pour empêcher ces parties de s'écarter sous l'effet de la dilatation de la pièce enfermée dans le moule. Selon un mode de mise en oeuvre, le moule est en deux parties ou deux demi-coquilles, ces deux demi-coquilles étant disposées l'une au dessus de l'autre lorsque l'appareil de frittage flash exerce une compression verticale.

Ledit revêtement peut se présenter sous la forme d'une feuille ou de plusieurs feuilles superposées. Par exemple, il peut s'agir d'une feuille métallique étant entendu que, dans la présente demande, une partie (i.e. pièce, revêtement, feuille, etc.) est dite métallique lorsqu'elle est en métal, en alliage et/ou en composé intermétallique. Le revêtement présente alors l'avantage d'être facile à déposer sur les zones de la pièce à protéger. En outre, sous cette forme, il est facile de contrôler la quantité de matière déposée et l'épaisseur de la couche de protection souhaitée en contrôlant l'épaisseur initiale de la (des) feuille(s) utilisée(s). Lorsque plusieurs feuilles métalliques sont superposées, elles peuvent être de compositions différentes. Le revêtement peut également se présenter sous la forme d'une poudre en suspension dans un liquide ou un gel (i.e. une barbotine). Par exemple, il peut s'agir d'une poudre métallique ou d'une poudre céramique. Sous forme de poudre, le revêtement peut être déposé facilement, par exemple par pulvérisation ou à l'aide d'un pinceau. De plus, la composition des poudres et donc des revêtements déposés est facilement maîtrisée. Le choix de poudre se fera en fonction du type de revêtement à déposer sur la pièce (composition et température de frittage). Bien entendu, lorsque plusieurs revêtements sont déposés, les uns peuvent se présenter sous forme de poudre et les autres sous forme de feuille. Pour déposer le ou les revêtements, il n'est donc pas nécessaire d'avoir recours à des techniques de dépôt complexes comme le dépôt physique ou chimique en phase vapeur (CVD ou PVD), le dépôt par projection HVOF (pour "High Velocity Oxy-Fuel"), le dépôt électrolytique, etc., qui sont souvent longues à mettre en oeuvre, coûteuses, et avec lesquelles il est souvent difficile de maîtriser la composition du dépôt réalisé. Comme précédemment indiqué, le moule utilisé est en un matériau réfractaire et conducteur d'électricité, ce matériau ayant un coefficient de dilatation inférieur à celui de la pièce, cette pièce étant généralement métallique. Selon un mode de mise en oeuvre, le moule utilisé est en graphite . Le graphite présente l'avantage d'être un matériau relativement économique et d'être facilement usinable avec de faibles tolérances d'usinage, typiquement +/- 0,05 mm. Cette précision d'usinage présente un grand intérêt, puisque les pressions qui seront exercées, à chaud, sur le revêtement, dépendent des dimensions du moule. Le moule pourrait toutefois être en un matériau autre que du graphite et, par exemple, en un matériau de type carbure et/ou nitrure présentant un coefficient de dilatation plus faible que celui de la pièce à revêtir.

Selon un mode de mise en oeuvre, on soumet, après l'étape de frittage flash, la pièce et la couche de protection à un traitement thermique afin d'obtenir une microstructure particulière dans la couche de protection. Généralement, cette étape de traitement thermique permet aux éléments chimiques de la pièce et de la couche de protection d'inter-diffuser. Cette étape supplémentaire peut-être réalisée dans, ou hors, de l'appareil de frittage flash. Selon un mode de mise en oeuvre, la pièce est métallique et la couche de protection consiste en au moins une couche métallique recouvrant la pièce. Selon un autre mode de mise en oeuvre, la pièce est métallique et la couche de protection comprend une couche de céramique recouvrant directement la pièce. Selon un autre mode de mise en oeuvre, la pièce est métallique et la couche de protection comprend au moins une sous-couche métallique recouvrant la pièce et une couche de céramique recouvrant la sous-couche métallique. Dans ce dernier cas, selon un mode de mise en oeuvre, le procédé comprend les étapes suivantes : - on dépose sur la pièce un premier revêtement métallique précurseur de ladite sous-couche métallique, et - on dépose sur le premier revêtement ou sur les parois internes du moule, un deuxième revêtement en céramique, précurseur de ladite couche de céramique. Selon un autre mode de mise en oeuvre, le procédé comprend les étapes suivantes : - on dépose sur les parois internes du moule, un deuxième revêtement en céramique, précurseur de ladite couche de céramique, et - on dépose sur le deuxième revêtement ou sur la pièce, un premier revêtement métallique, précurseur de ladite sous-couche métallique. Une telle couche de protection peut faire office de barrière thermique.

L'étape de frittage flash permet aux éléments chimiques de la pièce et du premier revêtement d'inter-diffuser pour former ladite sous-couche et elle permet de former une liaison entre la pièce et le premier revêtement et entre les premier et deuxième revêtements. De plus, l'étape de frittage flash permet de densifier les revêtements qui sont sous forme de poudre. Tout ceci s'effectue en une seule étape qui ne dure généralement que quelques minutes, ce qui présente un grand intérêt pratique et économique. En outre, le frittage flash simultané desdits revêtements permet d'obtenir des porosités différentes dans la sous-couche métallique et dans la couche de céramique formées, à savoir une porosité très faible, voire nulle, dans la sous-couche métallique et une porosité élevée dans la couche de céramique. Ceci présente un avantage car plus la porosité dans la sous-couche métallique est faible, plus cette sous-couche protège contre la corrosion et l'oxydation. Inversement, une porosité élevée dans la couche de céramique formée contribue à une faible conductivité thermique de cette couche et donc à une bonne protection thermique de la pièce. Selon un mode de mise en oeuvre, ladite pièce est un superalliage à base de Ni et ledit premier revêtement comprend de l'aluminium associé à au moins un élément choisi parmi : Pt, Pd, Ir, Rh et Ru. On obtient ainsi une sous-couche en aluminiure de nickel modifié. Ainsi, si on note M ledit élément choisi parmi Pt, Pd, Ir, Rh et Ru, on obtient un aluminiure de nickel modifié (Ni, M) Al. Lorsque le premier revêtement se présente sous forme de feuilles superposées, on peut par exemple utiliser une feuille en Al et une feuille en Pt. Dans ce cas, la composition de la sous-couche est contrôlée par le rapport entre les épaisseurs des feuilles utilisées.

Selon un autre mode de mise en oeuvre, ladite pièce est un superalliage à base de Ni et ledit premier revêtement comprend un élément choisi parmi : Pt, Pd, Ir, Rh et Ru. On obtient ainsi un revêtement d'élément noble diffusé. En outre, pour obtenir une microstructure particulière dans cette sous- couche, on peut soumettre, après l'étape de frittage, la pièce et sa couche de protection à un traitement thermique de manière à influer sur l'inter-diffusion entre la pièce et le premier revêtement. En particulier, lorsque la sous-couche est en aluminiure de nickel modifié platine (Ni, Pt)AI, ce traitement thermique permet d'obtenir la ou les phases souhaitées (notamment une combinaison des phases y-Ni, y'-Ni3AI, R-NiAl, a-NiPt(AI), PtAI2) parmi les phases du diagramme ternaire Ni-Pt-Al. Selon un autre mode de mise en oeuvre, le premier revêtement est en alliage Ni-M-AI-Cr où M est au moins un élément choisi parmi : Pt, Pd, Ir, Rh et Ru.

Selon un mode de mise en oeuvre, le deuxième revêtement est à base d'une céramique ayant une faible conductivité thermique de manière à pouvoir assurer la protection thermique de la pièce. Il s'agit, par exemple, d'une zircone stabilisée avec au moins un oxyde d'un élément choisi dans le groupe constitué des terres rares, de préférence dans le sous-groupe : Y, Dy, Er, Eu, Gd, Sm, Yb, ou avec une combinaison d'un oxyde de tantale (Ta) et d'au moins un oxyde de terre rare, ou avec une combinaison d'un oxyde de niobium (Nb) et d'au moins un oxyde de terre rare. Selon un mode de mise en oeuvre, on dépose au moins un troisième revêtement intercalé entre la pièce et le premier revêtement, ou entre le premier et le deuxième revêtement. La nature, la fonction et la forme de ce revêtement peuvent être diverses. Concernant sa forme, le troisième revêtement peut se présenter sous la forme d'une ou de plusieurs feuilles métalliques superposées, et/ou sous la forme d'une poudre, éventuellement en suspension dans un liquide ou un gel, ce qui présente les avantages précités et, en particulier, le fait de pouvoir doser facilement les éléments chimiques apportés par ce troisième revêtement. Différents exemples de troisième revêtement sont donnés ci-dessous. On notera que ces exemples ne sont pas incompatibles et peuvent donc être combinés entre eux.

Selon un exemple, le troisième revêtement comprend au moins un élément réactif parmi : Zr, Y, Si, Hf, Ce, La, Sr, Ti, Ta, et/ou au moins un élément platinoïde parmi : Pt, Pd, Ir, Os, Re, Rh, Ru et/ou au moins un métal précieux ou semi-précieux parmi : Au, Ag, ce troisième revêtement pouvant être intercalé entre la pièce et le premier revêtement, ou entre le premier et le deuxième revêtement. Ceci permet d'introduire dans la sous-couche des éléments aux propriétés variées. Notamment, Zr, Hf, Y, Re, Si, Ru sont bénéfiques à la résistance à l'oxydation. De tels éléments doivent généralement être ajoutés dans des quantités parfaitement maîtrisées (typiquement de l'ordre de quelques centaines de ppm). Pour contrôler facilement les quantités ajoutées, le troisième revêtement se présente avantageusement sous la forme d'une poudre, éventuellement en suspension dans un liquide ou un gel. Par exemple, on peut pulvériser la poudre sur la pièce ou sur le premier revêtement. Selon un autre exemple, le troisième revêtement peut être déposé pour réaliser une barrière de diffusion à l'interface substrat/sous couche métallique, cette barrière de diffusion pouvant être de type alumine, Re, Hf-Ni, Hf-Pt ou Ir-Ta. Selon un autre exemple, le troisième revêtement permet de réaliser un gradient de concentration à l'interface entre la sous-couche métallique et la couche de céramique dans le but de diminuer la variation brusque de coefficient de dilatation entre la sous-couche et la couche de céramique, et de limiter, ainsi, l'écaillage se produisant usuellement à cette interface. Dans ce cas, le troisième revêtement est disposé entre le premier et le deuxième revêtement, et est un mélange comprenant une poudre de céramique et une poudre métallique. Avantageusement, cette poudre de céramique et cette poudre métallique ont, respectivement, la même composition, ou une composition proche de celles des premier et deuxième revêtements. Par exemple, lorsque le deuxième revêtement céramique est à base de zircone, le troisième revêtement est un mélange d'une poudre de zircone et d'une poudre métallique. Selon un mode de mise en oeuvre, on dépose sur le deuxième revêtement un quatrième revêtement à base d'une phase dure (par exemple à base de SiC). Ce quatrième revêtement permet de former une couche extérieure à la surface de la couche de céramique et, ainsi, de protéger cette dernière contre l'érosion et les dégradations de surface. Ladite couche extérieure peut éventuellement se former par réaction entre les éléments du deuxième revêtement et ceux du quatrième revêtement. Selon un mode de mise en oeuvre, le deuxième revêtement et le quatrième revêtement se présentent sous forme de poudres, la poudre du quatrième revêtement étant dispersée dans la poudre du deuxième revêtement, en surface du deuxième revêtement. Par exemple, la poudre du deuxième revêtement est une poudre de zircone et la poudre du quatrième revêtement est une poudre de SiC. Le procédé précédemment décrit se révèle bien adapté au dépôt d'une couche de protection faisant office de barrière thermique sur une pièce de turbine et, plus particulièrement, sur une aube ou un distributeur de turbine de turbomachine. L'invention et ses avantages seront encore mieux compris à la lecture de la description détaillée qui suit.

Cette description fait référence aux figures 1 à 3 annexées. La figure 1 représente schématiquement les principaux organes d'un exemple d'appareil de frittage flash pouvant être utilisé pour mettre en oeuvre le procédé de l'invention. La figure 2 est une vue de détail, en coupe, de la partie de la figure 1 entourée par le cercle II. La figure 2 représente l'enceinte de compression de l'appareil de la figure 1, cette enceinte renfermant un moule qui, lui-même, renferme une aube. La figure 3 est une vue de détail, en coupe, de la partie de la figure 1 entourée par le cercle III. La figure 3 représente une partie du moule et l'aube de la figure 2. Les appareils de frittage flash, ou appareil SPS (pour "Spark Plasma Sintering"), comprennent typiquement un générateur de courant continu pulsé (e.g. 3.3 ms de durée du pulse), un système de pression hydraulique, une chambre sous vide ou sous atmosphère contrôlée, un outillage de compression avec des pistons supérieur et inférieur, des électrodes reliées à ces pistons, une chemise en graphite entourant lesdits pistons, et un système de contrôle pour mesurer et contrôler, notamment, la température et la pression à l'intérieur de la chambre sous vide ou sous atmosphère contrôlée, ainsi que le déplacement vertical de l'un des pistons, de manière à exercer une pression sur la pièce frittée et à suivre le retrait (i.e. la diminution d'épaisseur) de celle-ci. Un exemple d'appareil de frittage flash est représenté sur la figure 1. Il comprend: deux électrodes supérieure 6A et inférieure 6B opposées, reliées respectivement à deux pistons supérieur 3A et inférieur 3B, en graphite; une chemise 2, également en graphite, traversée verticalement par un trou 1 à l'intérieur duquel les pistons 3A, 3B, pénètrent; et une chambre sous vide 7 entourant une partie des électrodes 6A, 6B, et des pistons 3A, 3B, et la chemise 2 en graphite. Les pistons supérieur et inférieur 3A, 3B, sont alignés suivant un axe principal A vertical et un des pistons est mobile en translation suivant cet axe A. Les faces d'extrémité des pistons 3A, 3B, sont disposées en vis-à-vis et définissent avec la paroi interne 4 de la chemise 2 délimitant le trou 1, une enceinte de compression 8. Lors d'un frittage flash, un courant 5 de forte intensité est appliqué aux électrodes 6A, 6B, transmis aux pistons 3A, 3B, et traverse l'enceinte de compression 8. De plus, une force de compression uniaxiale, orientée suivant l'axe A, est exercée sur le contenu de cette enceinte 8 par déplacement du piston 3B. Sur la figure 2, les flèches F symbolisent la force exercée par le piston 3B sur le contenu de l'enceinte 8 et la réaction exercée par le piston 3A. Le passage de courant dans les pistons 3A, 3B, la chemise 2 et selon les cas, le contenu de l'enceinte 8, permet de chauffer l'ensemble par effet Joule, de manière à obtenir à l'intérieur de l'enceinte 8 la température souhaitée. La figure 2 est une vue de détail de l'enceinte de compression 8, en coupe suivant un plan de coupe contenant l'axe A sur la figure 2. L'enceinte de compression 8, renferme un moule 20 qui, lui-même, renferme une aube 10 de turbine de turboréacteur d'avion. La section transversale de cette aube 10 apparaît sur les figures 2 et 3 (dans l'exemple, cette aube 10 est creuse). On y voit la face d'intrados 11, la face d'extrados 12, le bord d'attaque 13 et le bord de fuite 14 de l'aube 10. Une aube de turbine telle que l'aube 10 est typiquement en superalliage à base de Ni. Plus particulièrement, il peut s'agir d'un superalliage de type "AMI", c'est à dire un superalliage à base de Ni ayant la composition suivante, en pourcentages en poids : 5 à 8% Co ; 6,5 à 10% Cr ; 0,5 à 2,5% Mo; 5 à 9% W ; 6 à 9% Ta ; 4,5 à 5,8% Al ; 1à2%Ti;Oà 1,5%Nb;C,Zr, B chacun inférieur à 0,01% ; le complément à 100% étant constitué par Ni.

Dans l'exemple, on a utilisé une aube en superalliage de type "AMI", ayant la composition suivante, en pourcentages en poids 6,5% Co ; 7,5%Cr ; 2% Mo ; 5,5% W ; 8% Ta ; 5,3% Al ; 1,2% Ti ; 64% Ni. Ce superalliage a un coefficient de dilatation thermique de l'ordre de 15 X 10-6 /°C.

La surface de l'aube 10 a été nettoyée et dégraissée. On a déposé manuellement sur l'aube 10 un premier revêtement métallique formé de deux feuilles métalliques, de 10 {gym d'épaisseur chacune : la première feuille, la plus proche de l'aube, étant en Pt, et la deuxième feuille étant en Al. Puis, on a déposé sur le premier revêtement, un deuxième revêtement en céramique constitué par une poudre commercialisée sous la dénomination "TZ8Y", c'est à dire une poudre de zircone yttriée comprenant, en pourcentage atomique, 8% de Y203. Cette poudre "TZ8Y" a été déposée à la surface de l'assemblage aube/feuille de Pt/feuille d'Al (c'est-à-dire à dire à la surface de la feuille d'Al) et a été compactée à froid avec une légère pression en plaquant un moule 20 sur l'aube 10 revêtue des revêtements. L'épaisseur du revêtement à la surface de l'aube 10 est contrôlée par l'épaisseur des couches déposées à la surface de cette aube. Par exemple, la masse de poudre "TZ8Y" est calculée pour donner après frittage une couche de céramique de 100 pm d'épaisseur. En pratique, seules les zones de l'aube exposées en service à de très hautes températures sont recouvertes. Ainsi, les zones situées au-dessus de la plate-forme de l'aube (i.e. la pale de l'aube) ont été recouvertes par les revêtements, tandis que les zones situées sous la plate-forme de l'aube (i.e. le pied de l'aube) n'ont pas été recouvertes pour ne pas dégrader le comportement mécanique du pied de l'aube. Selon un autre exemple de mise en oeuvre, on peut déposer les revêtements sur les parois intérieures du moule, ce qui permet également de sélectionner avec précision les zones de la pièce à revêtir.

Les premier et deuxième revêtements présents à la surface de l'aube 10 ont été représentés ensemble, schématiquement, par une couche 30 d'épaisseur E sur la figure 3. Sur la figure 3, cette épaisseur E a été volontairement exagérée pour être bien visible. Dans l'exemple, le moule 20 est en graphite de type "2333" commercialisé par la société Carbone Lorraine. Ce type de graphite présente un coefficient de dilatation thermique de 6.0 X 10-6 /°C. On constate donc que ce coefficient de dilatation thermique est nettement inférieur à celui de l'aube 10 qui est de l'ordre de 15 X 10-6 /°C. Le moule 20 comprend deux parties ou demi-coquilles 20A, 20B. Ces demi-coquilles 20A, 20B, présentent respectivement des parois internes 22A, 22B, qui définissent entre elles une cavité 24. Cette cavité 24 présente une forme complémentaire de celle de l'aube 10.Les dimensions de cette cavité sont, à froid, légèrement supérieures à celles de l'aube 10. Comme représenté sur les figures 2 et 3, à froid, il existe un jeu J entre les parois internes 22A, 22B, du moule 20 et l'aube 10. Sur les figures, ce jeu 3 a été volontairement exagéré pour être bien visible. De manière générale, ce jeu J est, à froid, supérieur ou égale à l'épaisseur E des revêtements. A chaud, lors du frittage flash, ce jeu J diminue sous l'effet de la différence de dilatation thermique entre la pièce 10 et le moule 20, et devient inférieur à l'épaisseur E de sorte que les revêtements sont comprimés entre la pièce 10 et le moule 20. Ensuite, on a soumis l'ensemble aube-revêtements-moule à un frittage flash. Le frittage flash a permis de densifier le deuxième revêtement en céramique et de joindre les premier et deuxième revêtements entre eux et le premier revêtement à l'aube 10, en une unique opération.

Dans l'exemple, on a utilisé un appareil de frittage flash ayant les références suivantes : Modèle Dr Sinter SPS-2080 SPS Syntex INC Japan. Cet appareil de frittage flash a été programmé afin d'avoir dans l'enceinte de compression une montée en température durant 10 min à la vitesse de 100°C/min, puis un maintien à 950°C pendant 1 min. En ce qui concerne la compression uniaxiale exercée, une force de 0,1 kN a été appliquée par le piston 3A sur le moule 20, durant 2 min, puis une force de 7,8 kN a été appliquée durant 10 min. Plus généralement, la pression uniaxiale exercée par le piston 3B sur le contenu de l'enceinte 8 de compression est de préférence comprise entre quelques centaines de N/m2 et 10 000 N/m2, la température de frittage est de préférence comprise entre 500°C et 1200°C, et la durée du frittage est de préférence comprise entre 1 minute et 1 heure. Le frittage est de préférence réalisé sous vide et sous atmosphère réductrice (H2, Ar... en présence du C des outillages).

Sous l'effet de la pression, de la chaleur et du courant, les revêtements utilisés adhèrent à la surface de l'aube 10 tout en se transformant pour former la couche de protection souhaitée. Au final, on obtient une aube 10 ayant ses faces d'intrados 11 et d'extrados 12, et ses bords d'attaque 13 et de fuite 14, recouverts par ladite couche de protection. Pour récupérer cette aube 10, on sort le moule 20 de l'enceinte de compression 8 et on démoule l'aube.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS1. Procédé de dépôt d'une couche de protection sur une pièce (10), dans lequel: - on utilise un appareil de frittage flash, cet appareil ayant une enceinte de compression (8) traversée par un courant électrique lors du frittage flash; - on utilise un moule (20) réalisé en un matériau réfractaire et conducteur d'électricité, ce matériau ayant un coefficient de dilatation inférieur à celui de ladite pièce (10), le moule (20) ayant des parois internes (22A, 22B) délimitant une cavité (24) de forme complémentaire de celle de ladite pièce (10), les dimensions de cette cavité (24) étant, à froid, légèrement supérieures à celles de la pièce (10); - on dépose sur la pièce (10) et/ou sur les parois internes (22A, 22B) du moule (20) au moins un revêtement précurseur de ladite couche de protection; - on dispose la pièce (10) dans le moule (20), puis le moule dans l'enceinte de compression (8); - on soumet l'ensemble pièce-revêtement-moule à un frittage flash de manière à obtenir une cohésion entre la pièce (10) et son revêtement et la transformation de ce revêtement en couche de protection, le revêtement étant comprimé à chaud, lors du frittage flash, entre la pièce (10) et le moule (20), en raison de la différence de dilatation entre la pièce et le moule.
2. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel ledit revêtement se présente sous la forme d'une feuille ou de plusieurs feuilles superposées.
3. 3. Procédé selon la revendication 1, dans lequel ledit revêtement se présente sous la forme d'une poudre sèche.
4. 4. Procédé selon la revendication 1, dans lequel ledit revêtement se présente sous la forme d'une poudre en suspension dans un liquide ou un gel.
5. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le moule (20) est en graphite.35
6. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel on soumet, après l'étape de frittage flash, la pièce (10) et la couche de protection à un traitement thermique afin d'obtenir une microstructure particulière dans la couche de protection.
7. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel la pièce (10) est métallique et ladite couche de protection comprend au moins une sous-couche métallique recouvrant la pièce et une couche de céramique recouvrant la sous-couche métallique, et dans lequel: - on dépose sur la pièce (10) un premier revêtement métallique précurseur de ladite sous-couche métallique, et - on dépose sur le premier revêtement ou sur les parois internes (22A, 22B) du moule (20), un deuxième revêtement en céramique, précurseur de ladite couche de céramique.
8. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel la pièce (10) est métallique et la couche de protection comprend au moins une sous-couche métallique recouvrant la pièce et une couche de céramique recouvrant la sous-couche métallique, et dans lequel: - on dépose sur les parois internes (22A, 22B) du moule, un deuxième revêtement en céramique, précurseur de ladite couche de céramique, et - on dépose sur le deuxième revêtement ou sur la pièce (10), un premier revêtement en céramique, précurseur de ladite sous-couche métallique.
9. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel la pièce (10) appartient à une turbine.
10. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel la pièce (10) est une aube.