FR3053075A1 - Piece de turbomachine revetue d'une barriere thermique et d'un revetement de protection contre les cmas et procede pour l'obtenir - Google Patents

Piece de turbomachine revetue d'une barriere thermique et d'un revetement de protection contre les cmas et procede pour l'obtenir Download PDF

Info

Publication number
FR3053075A1
FR3053075A1 FR1655925A FR1655925A FR3053075A1 FR 3053075 A1 FR3053075 A1 FR 3053075A1 FR 1655925 A FR1655925 A FR 1655925A FR 1655925 A FR1655925 A FR 1655925A FR 3053075 A1 FR3053075 A1 FR 3053075A1
Authority
FR
France
Prior art keywords
coating
zone
mass content
substrate
thermal barrier
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
FR1655925A
Other languages
English (en)
Other versions
FR3053075B1 (fr
Inventor
Aurelien Joulia
Andre Hubert Louis Malie
Florence Ansart
Elodie Marie Delon
Sandrine Duluard
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Safran Aircraft Engines SAS
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Safran SA
Universite Toulouse III Paul Sabatier
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Safran SA
Universite Toulouse III Paul Sabatier
SNECMA SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Centre National de la Recherche Scientifique CNRS, Safran SA, Universite Toulouse III Paul Sabatier, SNECMA SAS filed Critical Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Priority to FR1655925A priority Critical patent/FR3053075B1/fr
Publication of FR3053075A1 publication Critical patent/FR3053075A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of FR3053075B1 publication Critical patent/FR3053075B1/fr
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12Blades
    • F01D5/28Selecting particular materials; Particular measures relating thereto; Measures against erosion or corrosion
    • F01D5/288Protective coatings for blades
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/009After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone characterised by the material treated
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/45Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
    • C04B41/52Multiple coating or impregnating multiple coating or impregnating with the same composition or with compositions only differing in the concentration of the constituents, is classified as single coating or impregnation
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/80After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone of only ceramics
    • C04B41/81Coating or impregnation
    • C04B41/89Coating or impregnation for obtaining at least two superposed coatings having different compositions
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/80After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone of only ceramics
    • C04B41/81Coating or impregnation
    • C04B41/89Coating or impregnation for obtaining at least two superposed coatings having different compositions
    • C04B41/90Coating or impregnation for obtaining at least two superposed coatings having different compositions at least one coating being a metal
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/04Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material
    • C23C28/042Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material including a refractory ceramic layer, e.g. refractory metal oxides, ZrO2, rare earth oxides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/04Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material
    • C23C28/044Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material coatings specially adapted for cutting tools or wear applications
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/04Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material
    • C23C28/048Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material with layers graded in composition or physical properties
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/005Selecting particular materials
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12Blades
    • F01D5/28Selecting particular materials; Particular measures relating thereto; Measures against erosion or corrosion
    • F01D5/284Selection of ceramic materials
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2111/00Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/00241Physical properties of the materials not provided for elsewhere in C04B2111/00
    • C04B2111/00405Materials with a gradually increasing or decreasing concentration of ingredients or property from one layer to another
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2230/00Manufacture
    • F05D2230/30Manufacture with deposition of material
    • F05D2230/31Layer deposition
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2230/00Manufacture
    • F05D2230/90Coating; Surface treatment
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2300/00Materials; Properties thereof
    • F05D2300/60Properties or characteristics given to material by treatment or manufacturing
    • F05D2300/6111Properties or characteristics given to material by treatment or manufacturing functionally graded coating

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)

Abstract

L'invention concerne une pièce de turbomachine (10) revêtue comprenant : un substrat (11) ; un premier revêtement de barrière thermique (13) en un premier matériau céramique recouvrant ledit substrat; et un deuxième revêtement (15) recouvrant le premier revêtement et comprenant un mélange du premier matériau et d'un deuxième matériau céramique de protection contre les aluminosilicates de calcium et de magnésium, le deuxième revêtement présentant une première zone (15a) s'étendant sur une partie de son épaisseur et présentant une première teneur massique en deuxième matériau, et une deuxième zone (15b) s'étendant sur une partie de son épaisseur et recouvrant la première zone, la deuxième zone présentant une deuxième teneur massique en deuxième matériau strictement supérieure à la première teneur massique. L'invention vise également un procédé de fabrication d'une telle pièce.

Description

Arrière-plan de l'invention
La présente invention se rapporte au domaine général des revêtements de barrière thermique utilisés pour isoler thermiquement des pièces dans des environnements à haute température. L'invention s'applique plus particulièrement aux barrières thermiques utilisées pour protéger les pièces en superalliages ou en matériau composite à matrice céramique des turbines à gaz aéronautiques.
Les pièces présentes dans des parties chaudes des turbomachines aéronautiques opérant en milieu désertique, ou très pollué, se dégradent rapidement à cause de l'attaque du sable et des composés alcalins présents dans l'air ingéré par le moteur. Ces composés, connus sous le nom d'aluminosilicates de calcium et de magnésium, ou « CMAS » (regroupant notamment des oxydes de calcium, de magnésium, d'aluminium et de silicium), peuvent dégrader le revêtement jouant le rôle de barrière thermique recouvrant certaines pièces des parties chaudes de la turbomachine.
Parmi les mécanismes de dégradation de la barrière thermique par les composés CMAS, on distingue notamment l'infiltration à l'état liquide des composés CMAS dans la barrière thermique, et la dissolution-reprécipitation de la barrière thermique (constituée traditionnellement d'une céramique à base de zircone stabilisée à l'yttrine YSZ), en nodules isolés de zircone appauvris en yttrine. Ces deux mécanismes abaissent les propriétés mécaniques de la barrière thermique qui peut conduire à sa fissuration au cours des phases de refroidissement du moteur. De plus, l'ingestion de particules solides créée des phénomènes d'érosion de la barrière thermique qui s'écaille et laisse alors le substrat métallique sous-jacent à nu, réduisant ainsi la durée de vie des pièces.
Pour protéger une barrière thermique, on connaît le dépôt d'un revêtement de protection aux CMAS sur la barrière thermique comprenant un matériau céramique ayant des propriétés de résistance aux CMAS tel que l'yttrine Y2O3 ou le zirconate de gadolinium GdZrîO?. Toutefois, il a été observé que cette couche, bien qu'efficace pour empêcher l'infiltration des CMAS dans la barrière thermique, se dégrade rapidement après plusieurs cycles de fonctionnement de la turbomachine. Pendant un cycle de fonctionnement de la turbomachine, la pièce passe de la température ambiante à de hautes températures, et inversement. En conséquence, les propriétés et la longévité du revêtement de protection contre les CMAS peuvent être améliorées.
Il existe donc un besoin pour une pièce de turbomachine revêtue d'une barrière thermique qui présente des propriétés de résistance aux CMAS et une durée de vie améliorée. Il existe aussi un besoin pour disposer de procédés de fabrication d'une telle pièce qui soient de coût de mise en oeuvre réduit.
Objet et résumé de l'invention
La présente invention a donc pour but principal de pallier de tels inconvénients en proposant une pièce de turbomachine revêtue comprenant : - un substrat ; - un premier revêtement de barrière thermique en un premier matériau céramique recouvrant ledit substrat ; et - un deuxième revêtement recouvrant le premier revêtement et comprenant un mélange du premier matériau et d'un deuxième matériau céramique de protection contre les aluminosilicates de calcium et de magnésium (CMAS), le deuxième revêtement présentant une première zone s'étendant sur une partie de son épaisseur et présentant une première teneur massique en deuxième matériau, et une deuxième zone s'étendant sur une partie de son épaisseur et recouvrant la première zone, la deuxième zone présentant une deuxième teneur massique en deuxième matériau strictement supérieure à la première teneur massique.
Les inventeurs ont observé que les revêtements de protection contre les CMAS subissent de nombreuses contraintes mécaniques en fonctionnement, lesquelles affectent leur durée de vie. Ces contraintes entraînent une dégradation plus rapide du revêtement de protection contre les CMAS de la barrière thermique ainsi qu'une potentielle désolidarisation de ce dernier du substrat sous-jacent. Le deuxième revêtement de la pièce selon l'invention présente une deuxième zone qui présente une teneur massique plus élevée que dans la première zone en un matériau résistant aux CMAS, afin de conférer une protection efficace contre l'infiltration par les composés CMAS. Cette deuxième zone est située sur une première zone du deuxième revêtement qui présente une teneur massique en matériau céramique de barrière thermique (premier matériau) plus élevée. Cette première zone permet avantageusement d'assurer une bonne compatibilité thermomécanique et chimique entre les premier et deuxième revêtements et ainsi d'améliorer la durée de vie de la barrière thermique. Le deuxième revêtement permet par ailleurs de boucher la porosité du premier revêtement afin de mieux le protéger contre l'infiltration par les composés CMAS.
Dans un exemple de réalisation, la pièce peut comprendre en outre entre le substrat et le premier revêtement une sous-couche d'accrochage. En particulier, lorsque le substrat est un superalliage (par exemple un superalliage à base de fer, de cobalt ou de nickel), la sous-couche peut comprendre un aluminiure simple ou modifié (par exemple NiAI ou NiCrAlY pour un substrat en superalliage à base de nickel). En variante, lorsque le substrat est un matériau composite à matrice céramique (CMC), la sous-couche d'accrochage peut comprendre du silicium, et par exemple être formée de silicium ou d'un siliciure métallique.
Dans un exemple de réalisation, le premier matériau céramique peut être de la zircone stabilisée par un oxyde de terre rare. Par exemple, le matériau du premier revêtement peut être de la zircone stabilisée, par exemple partiellement stabilisée, à l'yttrine (YSZ ou 8YSZ).
Dans un exemple de réalisation, le deuxième matériau céramique de protection contre les aluminosilicates de calcium et de magnésium peut être choisi parmi les suivants : les oxydes de terre rare, la zircone stabilisée par un oxyde de terre rare, les structures pyrochlores, les zirconates de terres rares, et leurs mélanges. Par exemple, le matériau de protection contre les CMAS peut être de l'yttrine Y2O3, de la cérine Ceo,5Yo,50i,8, du zirconate d'yttrium Y2Zr07, du zirconate de gadolinium GdZr207, etc.
Dans un exemple de réalisation, la première teneur massique peut être inférieure ou égale à la moitié de la deuxième teneur massique.
Dans un exemple de réalisation, la première teneur massique peut être comprise entre 5% et 45%, par exemple comprise entre 20% et 30%.
Dans un exemple de réalisation, la deuxième teneur massique peut être comprise entre 10% et 50%, par exemple comprise entre 20% et 30%.
Dans un exemple de réalisation, le deuxième revêtement peut comprendre en outre une troisième zone s'étendant sur une partie de son épaisseur et recouvrant la deuxième zone, la troisième zone présentant une troisième teneur massique en deuxième matériau céramique strictement supérieure à la deuxième teneur massique.
Le deuxième revêtement peut présenter une épaisseur comprise entre 1 pm et 400 pm, par exemple comprise entre 20 pm et 80 pm. L'invention vise également un procédé de fabrication d'une pièce telle que celle décrite précédemment, comprenant au moins une étape de formation du deuxième revêtement par voie humide sur le premier revêtement. Par « voie humide », on entend notamment les procédés de dépôt sol-gel, par électrophorèse, ou par trempage-retrait (ou « dip coating »).
De préférence, le deuxième revêtement est en tout ou partie formé par électrophorèse. Le deuxième revêtement peut également être en tout ou partie formé par une technique de trempage-retrait. Ces techniques permettent d'obtenir un deuxième revêtement homogène qui vient boucher la porosité du premier revêtement de barrière thermique, généralement de structure colonnaire, et présentent également l'avantage d'être peu coûteuses et faciles à mettre en œuvre.
Dans un exemple de réalisation, le premier revêtement peut être formé sur le substrat par dépôt physique en phase vapeur, par exemple par dépôt physique en phase vapeur sous faisceau d'électrons (EB-PVD).
Brève description des dessins D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent des exemples de réalisation dépourvus de tout caractère limitatif. Sur les figures : - la figure 1 est une vue agrandie en coupe de la surface d'une pièce de turbomachine selon un premier mode de réalisation de l'invention, - la figure 2 est une vue agrandie en coupe de la surface d'une pièce de turbomachine selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, - la figure 3 est un ordinogramme montrant les étapes d'un exemple de procédé de fabrication d'une pièce revêtue selon l'invention, et - les figures 4A à 4D illustrent les différentes étapes de l'exemple de procédé de la figure 3.
Description détaillée de l'invention
La figure 1 montre une vue agrandie en coupe de la surface d'une pièce de turbomachine 10 selon un premier mode de réalisation de l'invention, comprenant un substrat 11 recouvert, dans cet ordre, par : une sous-couche d'accrochage 12, un premier revêtement céramique 13 de barrière thermique, une couche conductrice de l'électricité 14 et un deuxième revêtement en matériau céramique 15. Dans cet exemple, chacune des couches précitées recouvrant le substrat 11 est directement au contact des couches adjacentes ; le substrat 11 est quant à lui directement au contact de la sous-couche d'accrochage 12. Dans cet exemple, le deuxième revêtement forme une couche externe de la pièce 10. La pièce de turbomachine 10 peut par exemple être une pièce présente dans une partie chaude de la turbomachine, telle qu'une turbine, et constituer par exemple une aube de turbine, une partie d'un anneau de turbine, etc.
Le substrat 11 peut par exemple comprendre un superalliage métallique, par exemple un superalliage à base de nickel, ou un matériau CMC. La sous-couche d'accrochage 12, connue en soi, permet d'assurer une bonne adhésion du premier revêtement de barrière thermique 13 sur le substrat 11. Plus généralement, une telle sous-couche d'accrochage 12 permet d'assurer une bonne compatibilité mécanique entre le premier revêtement de barrière thermique 13 et le substrat 11, en compensant notamment la dilatation thermique différentielle qui pourrait exister entre les matériaux du premier revêtement 13 et du substrat 11.
Dans le cas où le substrat 11 comprend un superalliage métallique, la sous-couche d'accrochage 12 peut par exemple comprendre un aluminiure simple ou modifié (par exemple NiCrAlY pour un substrat en superalliage à base de nickel), qui peut s'oxyder en partie pour former une couche d'oxyde (aussi appelée TGO pour « Thermally Grown Oxide »). Dans le cas où le substrat 11 comprend un matériau composite à matrice céramique, la sous-couche d'accrochage 12 peut comprendre du silicium ou un siliciure métallique. De manière générale, le matériau de la sous-couche d'accrochage 12 sera adapté en fonction des matériaux formant le substrat 11 et le premier revêtement 13.
Le premier revêtement 13 peut comprendre, de façon connue en soi, de la zircone stabilisée à l'yttrine (YSZ) ou partiellement stabilisée à l'yttrine (8YSZ), qui présente généralement une structure colonnaire.
La couche conductrice de l'électricité 14, optionnelle, peut permettre de faciliter le dépôt du deuxième revêtement 15 par électrophorèse. Une telle couche conductrice de l'électricité 14 peut être avantageuse lorsque le substrat 11 est en matériau CMC. La couche conductrice de l'électricité 14 peut comprendre un métal, comme l'or, l'argent, ou le platine, ou du carbone. Lorsque l'épaisseur du deuxième revêtement 15 à former est suffisamment faible, par exemple inférieure à 50 pm, il a été observé que cette couche conductrice de l'électricité 14 n'est pas nécessaire pour former le deuxième revêtement 15 par électrophorèse. De même, lorsque le deuxième revêtement 15 est formé par un procédé de dépôt par voie humide autre que l'électrophorèse, par exemple par trempage-retrait, cette couche conductrice de l'électricité 14 n'est pas nécessaire. Lorsque la couche conductrice de l'électricité 14 n'est pas présente, le deuxième revêtement 15 est directement au contact du premier revêtement 13.
Le deuxième revêtement 15 comprend un mélange du matériau du premier revêtement 13 de barrière thermique et d'un matériau de protection contre les aluminosilicates de calcium et de magnésium (CMAS). Par « matériau de protection contre les CMAS », on entend tous les matériaux qui permettent d'empêcher ou de réduire l'infiltration de CMAS fondus dans le premier revêtement 13 formant barrière thermique, et de limiter les dégâts qu'ils occasionnent sur le premier revêtement 13. Le deuxième revêtement 15 comprend une première zone 15a qui s'étend sur une partie de l'épaisseur du deuxième revêtement 15, et une deuxième zone 15b ici au contact de la première zone 15a et située sur ta première zone 15a. La délimitation entre les zones est schématisée sur les figures par une ligne en pointillés dans le deuxième revêtement 15. La première zone 15a est ici située entre le substrat 11 et la deuxième zone 15b. La première zone 15a est située du côté du substrat 11 et la deuxième zone 15b est située du côté de la surface externe S du deuxième revêtement 15. La première zone 15a présente une première teneur massique en matériau de protection contre les CMAS non nulle et strictement inférieure à la deuxième teneur massique en matériau de protection contre les CMAS de la deuxième zone 15b. En outre, la deuxième zone 15b présente une teneur massique en premier matériau qui est strictement inférieure à la teneur massique en premier matériau dans la première zone 15a. Le deuxième revêtement 15 présente ainsi, entre la première zone 15a et la deuxième zone 15b, un gradient de composition chimique. On notera que la deuxième 15b et dernière zone du deuxième revêtement 15 peut présenter une teneur massique en matériau de protection contre les CMAS de 100%, c'est-à-dire que la deuxième zone 15b comprend seulement ce matériau. Dans cet exemple, la réunion des première et deuxième zones 15a et 15b constitue le deuxième revêtement 15, et la deuxième zone 15b est une couche externe du deuxième revêtement.
On notera que le deuxième revêtement 15 peut être poreux, et présenter par exemple un taux de porosité décroissant entre la première 15a et la deuxième 15b zone (taux de porosité de la première zone 15a strictement supérieur au taux de porosité de la deuxième zone 15b), afin d'améliorer encore la résistance aux CMAS et la compatibilité thermomécanique entre le premier et le deuxième revêtement.
La figure 2 montre une pièce 110 de turbomachine selon un autre mode de réalisation de l'invention.
De manière similaire au mode de réalisation décrit précédemment, la pièce 110 comprend un substrat 111 recouvert, dans cet ordre, par : une sous-couche d'accrochage 112, un premier revêtement céramique 113 formant barrière thermique, une couche conductrice de l'électricité 114 (optionnelle) et un deuxième revêtement en matériau céramique 115. Dans cet exemple, chacune des couches précitées recouvrant le substrat 111 est au directement au contact des couches adjacentes; le substrat 111 est quant à lui directement au contact de la sous-couche d'accrochage 112.
Dans cet exemple, le deuxième revêtement comprend toujours une première 115a et une deuxième 115b zones qui s'étendent chacune sur une partie de l'épaisseur du deuxième revêtement 115. Comme précédemment, la première zone 115a présente une première teneur massique en matériau de protection contre les CMAS strictement inférieure à la deuxième teneur massique en matériau de protection contre les CMAS de la deuxième zone 115b. Le deuxième revêtement 115 comprend en outre une troisième zone 115c présentant une troisième teneur en matériau de protection contre les CMAS, située sur la deuxième zone 115b et directement au contact de la deuxième zone 115b, la troisième teneur massique étant strictement supérieure à la deuxième teneur massique. On notera que la troisième 115c et dernière zone du deuxième revêtement peut comprendre seulement du matériau de protection contre les CMAS, c'est-à-dire une teneur massique en ce matériau de 100%. Ainsi, le deuxième revêtement 115 est constitué, dans cet exemple, de trois zones consécutives 115a, 115b et 115c, qui sont empilées les unes sur les autres.
Un procédé de fabrication d'une pièce revêtue 10 selon l'invention va maintenant être décrit en lien avec l'ordinogramme de la figure 3, et les figures 4A à 4D.
Une étape préalable, connue en soi, consiste tout d'abord à déposer sur le substrat 11 la sous-couche d'accrochage 12, par exemple par projection plasma. On peut ensuite déposer (étape El) sur la sous-couche d'accrochage 12 le premier revêtement 13 de barrière thermique, par exemple par dépôt physique en phase vapeur sous faisceau d'électrons (EB-PVD). On peut ensuite, dans une étape optionnelle, déposer une couche conductrice de l'électricité 14, pour faciliter le dépôt du deuxième revêtement 15 lorsque ce dernier est déposé par électrophorèse. Ces procédés sont connus en soi et ne seront pas décrits plus en détails. Après ces étapes, on obtient la pièce 10 illustrée sur la figure 4A.
Puis, dans une étape E2, on dépose par voie humide un revêtement précurseur 15' du deuxième revêtement 15 sur le premier revêtement 13. L'étape E2 peut par exemple être réalisée par électrophorèse, ou par une technique de trempage-retrait (ou « dip coating »).
Plus précisément, l'étape E2 peut comprendre une première sous-étape durant laquelle on dépose par voie humide une première zone 15'a destinée à former la première zone 15a du deuxième revêtement 15. Lorsque l'on dépose cette première zone 15'a, on peut utiliser un premier bain dans lequel sont dispersées des particules de poudre d'un matériau de protection contre les CMAS, et du premier matériau céramique de barrière thermique. Les teneurs massiques en matériau de protection contre les CMAS et du premier matériau céramique dans le premier bain seront adaptées en fonction de la teneur massique en matériau de protection contre les CMAS souhaitée pour la première zone 15a du deuxième revêtement 15. Après dépôt de la première zone 15'a du revêtement précurseur 15', on obtient la pièce 10 illustrée sur la figure 4B. L'étape E2 peut ensuite comprendre une deuxième sous-étape durant laquelle on dépose par voie humide une deuxième zone 15'b du revêtement précurseur 15' destinée à former la deuxième zone 15b du deuxième revêtement 15. Comme précédemment, la composition du deuxième bain utilisé peut être adaptée en fonction de la teneur massique en matériau de protection contre les CMAS souhaitée pour la deuxième zone 15b. Par exemple, la teneur massique en matériau de protection contre les CMAS dans le deuxième bain sera strictement supérieure à la teneur massique en matériau de protection contre les CMAS dans le premier bain. On notera qu'il est tout à fait possible d'utiliser des méthodes de dépôt par voie humide différentes pour les zones 15'a et 15'b. Par exemple, la zone 15'a peut être déposée par électrophorèse, et la zone 15'b peut être déposée par trempage-retrait, ou inversement. Après cette étape, on obtient la pièce 10 illustrée sur la figure 4C.
Pendant l'étape E2, il est également possible d'inclure dans le premier et/ou le deuxième bain un agent porogène qui permettent de contrôler la porosité du deuxième revêtement 15, et plus particulièrement la porosité dans chaque zone 15a, 15b dudit revêtement. L'agent porogène peut par exemple comprendre des particules de carbone, qui seront ensuite éliminées lors d'un traitement thermique. En variante, il est possible d'utiliser des poudres de matériau de protection contre les CMAS ou de matériau céramique de barrière thermique présentant une morphologie permettant de contrôler cette porosité, par exemple en utilisant des poudres d'agglomérats poreux.
Enfin, dans une étape E3, le revêtement précurseur 15' est soumis à un traitement thermique. Après cette étape on obtient la pièce 10 de la figure 4D, munie d'un deuxième revêtement 15 présentant un gradient de composition chimique. La température imposée durant le traitement thermique est par exemple supérieure ou égale à 600°C et par exemple comprise entre 1100°C et 1250°C. Le traitement thermique peut être effectué pendant au moins une heure.
Dans les premier et deuxième bains utilisés, la teneur massique dans le bain en matériau de protection contre les CMAS peut être comprise entre 10% et 50%, et la teneur massique en matériau céramique de barrière thermique (premier matériau) peut être comprise entre 10% et 50%.
Exemple
Un procédé selon l'invention a été mis en œuvre sur une pièce de turbomachine en superalliage à base de nickel recouvert d'une sous-couche d'accrochage du type NiCrAlY sur laquelle a été déposée par EB-PVD une couche de barrière thermique comprenant de la zircone partiellement stabilisée à l'yttrine (8YSZ).
On a préparé tout d'abord un premier bain comprenant : - un mélange équimolaire de 1-propanol et de 2-propanol, - 10 g/L d'une poudre de zircone partiellement stabilisée à l'yttrine commercialisée par la société Tosoh sous la référence TZ8Y, et -10 g/L d'une poudre de zirconate d'yttrium.
Puis, on a préparé un deuxième bain comprenant : - un mélange équimolaire de 1-propanol et de 2-propanol, - 5 g/L d'une poudre de zircone partiellement stabilisée à l'yttrine commercialisée par la société Tosoh sous la référence TZ8Y, et - 30 g/L d'une poudre de zirconate d'yttrium.
La pièce à revêtir est ensuite connectée à un générateur (cathode) pour déposer le deuxième revêtement de protection contre les CMAS par électrophorèse, et plongée dans le premier bain où est également présente une contre électrode (anode). Une tension comprise entre 50 V à 100 V est appliquée pendant 20 minutes, puis la pièce est séchée à l'étuve à 150°C pendant 5 minutes. Cette étape est répétée une fois supplémentaire.
Ensuite, la pièce est plongée dans le deuxième bain et soumise à une tension comprise entre 100 V à 150 V pendant 20 minutes, puis la pièce est séchée à l'étuve à 150°C pendant 5 minutes. Cette étape est répétée une fois supplémentaire.
Enfin, la pièce est traitée thermiquement dans un four à air, tout d'abord à 600°C pendant 1 heure, puis à 1100°C pendant 2 heures. La température est augmentée ou diminuée par des rampes à 50°C/heure.
On obtient ainsi une pièce revêtue ayant un deuxième revêtement présentant une épaisseur de l'ordre de 50 pm assurant à la pièce revêtue une protection efficace contre les CMAS et une plus grande durée de vie dans les conditions environnementales de la turbomachine.
Dans le présent exposé, les termes « compris entre ... et ... » doivent être entendus comme incluant les bornes.

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS
    1. Pièce de turbomachine (10 ; 110) revêtue comprenant : - un substrat (11 ; 111) ; - un premier revêtement de barrière thermique (13 ; 113) en un premier matériau céramique recouvrant ledit substrat ; et - un deuxième revêtement (15 ; 115) recouvrant le premier revêtement et comprenant un mélange du premier matériau et d'un deuxième matériau céramique de protection contre les aluminosilicates de calcium et de magnésium, le deuxième revêtement présentant une première zone (15a ; 115a) s'étendant sur une partie de son épaisseur et présentant une première teneur massique en deuxième matériau, et une deuxième zone (15b ; 115b) s'étendant sur une partie de son épaisseur et recouvrant la première zone, la deuxième zone présentant une deuxième teneur massique en deuxième matériau strictement supérieure à la première teneur massique.
  2. 2. Pièce selon la revendication 1, comprenant en outre entre le substrat et le premier revêtement une sous-couche d'accrochage (12 ; 112).
  3. 3. Pièce selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, dans laquelle le premier matériau céramique est de la zircone stabilisée par un oxyde de terre rare.
  4. 4. Pièce selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle le deuxième matériau céramique de protection contre les aluminosilicates de calcium et de magnésium est choisi parmi les suivants : les oxydes de terre rare, la zircone stabilisée par un oxyde de terre rare, les structures pyrochlores, les zirconates de terres rares, et leurs mélanges.
  5. 5. Pièce selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle la première teneur massique est inférieure ou égale à la moitié de la deuxième teneur massique.
  6. 6. Pièce selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans laquelle la première teneur massique est comprise entre 5% et 45%.
  7. 7. Pièce selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans laquelle la deuxième teneur massique est comprise entre 10% et 50%.
  8. 8. Pièce selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans laquelle le deuxième revêtement (115) comprend en outre une troisième zone (115c) s'étendant sur une partie de son épaisseur et recouvrant la deuxième zone (115b), la troisième zone présentant une troisième teneur massique en deuxième matériau céramique strictement supérieure à la deuxième teneur massique.
  9. 9. Procédé de fabrication d'une pièce selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, comprenant au moins une étape de formation du deuxième revêtement (15 ; 115) par voie humide sur le premier revêtement (13 ; 113).
  10. 10. Procédé selon la revendication 9, dans lequel le deuxième revêtement est en tout ou partie formé par électrophorèse.
FR1655925A 2016-06-24 2016-06-24 Piece de turbomachine revetue d'une barriere thermique et d'un revetement de protection contre les cmas et procede pour l'obtenir Active FR3053075B1 (fr)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1655925A FR3053075B1 (fr) 2016-06-24 2016-06-24 Piece de turbomachine revetue d'une barriere thermique et d'un revetement de protection contre les cmas et procede pour l'obtenir

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1655925 2016-06-24
FR1655925A FR3053075B1 (fr) 2016-06-24 2016-06-24 Piece de turbomachine revetue d'une barriere thermique et d'un revetement de protection contre les cmas et procede pour l'obtenir

Publications (2)

Publication Number Publication Date
FR3053075A1 true FR3053075A1 (fr) 2017-12-29
FR3053075B1 FR3053075B1 (fr) 2020-03-27

Family

ID=57583134

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FR1655925A Active FR3053075B1 (fr) 2016-06-24 2016-06-24 Piece de turbomachine revetue d'une barriere thermique et d'un revetement de protection contre les cmas et procede pour l'obtenir

Country Status (1)

Country Link
FR (1) FR3053075B1 (fr)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090169914A1 (en) * 2007-12-27 2009-07-02 Ming Fu Thermal Barrier Coating Systems Including a Rare Earth Aluminate Layer for Improved Resistance to CMAS Infiltration and Coated Articles
US20090186237A1 (en) * 2008-01-18 2009-07-23 Rolls-Royce Corp. CMAS-Resistant Thermal Barrier Coatings
US20100047075A1 (en) * 2006-01-10 2010-02-25 United Technologies Corporation Thermal Barrier Coating Compositions, Processes for Applying Same and Articles Coated with Same
US20130130052A1 (en) * 2010-03-12 2013-05-23 Snecma Method for manufacturing a thermal-barrier protection and multilayer coating suitable for forming a thermal barrier

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100047075A1 (en) * 2006-01-10 2010-02-25 United Technologies Corporation Thermal Barrier Coating Compositions, Processes for Applying Same and Articles Coated with Same
US20090169914A1 (en) * 2007-12-27 2009-07-02 Ming Fu Thermal Barrier Coating Systems Including a Rare Earth Aluminate Layer for Improved Resistance to CMAS Infiltration and Coated Articles
US20090186237A1 (en) * 2008-01-18 2009-07-23 Rolls-Royce Corp. CMAS-Resistant Thermal Barrier Coatings
US20130130052A1 (en) * 2010-03-12 2013-05-23 Snecma Method for manufacturing a thermal-barrier protection and multilayer coating suitable for forming a thermal barrier

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
AMARENDRA K. RAI ET AL: "CMAS-Resistant Thermal Barrier Coatings (TBC)", INTERNATIONAL JOURNAL OF APPLIED CERAMIC TECHNOLOGY, vol. 7, no. 5, 1 September 2010 (2010-09-01), pages 662 - 674, XP055023168, ISSN: 1546-542X, DOI: 10.1111/j.1744-7402.2009.02373.x *

Also Published As

Publication number Publication date
FR3053075B1 (fr) 2020-03-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2792518C (fr) Methode de fabrication d'une protecton de barriere thermique et revetement multicouche apte a former une barriere thermique
EP3538500B1 (fr) Piece de turbomachine revetue d'une barriere thermique et procede pour l'obtenir.
CA2357583C (fr) Procede de realisation d'un revetement de protection formant barriere thermique avec sous-couche de liaison sur un substrat en superalliage et piece obtenue
EP2683847B1 (fr) Procédé de réalisation d'une barrière thermique dans un système multicouche de protection de pièce metallique et pièce munie d'un tel système de protection
EP2396446B1 (fr) Méthode de fabrication d'une barrière thermique recouvrant un substrat métallique en superalliage et pièce thermomécanique résultant de cette méthode de fabrication
FR2946663A1 (fr) Revetement thermique, piece thermomecanique comportant un tel revetement thermique, turbomachine, moteur d'aeronef, d'astronef ou de fusee comportant une telle piece thermomecanique
FR2932496A1 (fr) Procede de depot d'une barriere thermique
FR2941965A1 (fr) Procede de depot d'une couche de protection sur une piece
EP4025723B1 (fr) Pièce revêtue comprenant un revêtement protecteur à base de phases max
FR3053076A1 (fr) Piece de turbomachine revetue d'une barriere thermique et d'un revetement de protection contre les cmas et procede pour l'obtenir
FR2718464A1 (fr) Article en super alliage ayant un revêtement de barrière thermique et sa fabrication.
EP3320128B1 (fr) Piece revêtue d'un revêtement de protection contre les cmas
WO2012146864A1 (fr) Pièce comportant un revêtement sur un substrat métallique en superalliaae, le revêtement comprenant une sous-couche métallique
FR3053075A1 (fr) Piece de turbomachine revetue d'une barriere thermique et d'un revetement de protection contre les cmas et procede pour l'obtenir
EP1600525B1 (fr) Procédé de fabrication ou de réparation d'un revêtement sur un substrat métallique
WO2010092298A1 (fr) Procede de depot d'une couche de protection sur une piece.
FR2941967A1 (fr) Methode de fabrication d'une barriere thermique recouvrant une piece realisee dans un substrat metallique en superalliage et piece thermomecanique resultant de cette methode de traitement
FR3065968A1 (fr) Piece de turbine en superalliage et procede de fabrication associe par bombardement de particules chargees
EP4041930B1 (fr) Piece d'aeronef en superalliage comprenant du rhenium et/ou du ruthenium et procede de fabrication associe
FR2993901A1 (fr) Methode de fabrication d'une barriere thermique
FR3147296A1 (fr) Réalisation d’une couche barrière environnementale par voie électrophorétique
WO2023094752A1 (fr) Procédé de revêtement par électrophorèse d'une pièce en matériau composite à matrice céramique par une barrière environnementale
FR2999611A1 (fr) Procede de fabrication d'un revetement et piece thermomecanique en superalliage comprenant un revetement obtenu selon ce procede

Legal Events

Date Code Title Description
PLFP Fee payment

Year of fee payment: 2

PLSC Publication of the preliminary search report

Effective date: 20171229

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 3

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 4

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 5

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 6

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 7

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 8

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 9