FR3129394A1 - Procédé de revêtement - Google Patents
Procédé de revêtement Download PDFInfo
- Publication number
- FR3129394A1 FR3129394A1 FR2112447A FR2112447A FR3129394A1 FR 3129394 A1 FR3129394 A1 FR 3129394A1 FR 2112447 A FR2112447 A FR 2112447A FR 2112447 A FR2112447 A FR 2112447A FR 3129394 A1 FR3129394 A1 FR 3129394A1
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- coating
- forming
- coating method
- bond
- silicon
- 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.)
- Pending
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/80—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone of only ceramics
- C04B41/81—Coating or impregnation
- C04B41/89—Coating or impregnation for obtaining at least two superposed coatings having different compositions
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/009—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone characterised by the material treated
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/45—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
- C04B41/52—Multiple 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
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING 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
- C23C—COATING 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
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
- C23C16/24—Deposition of silicon only
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/12—Blades
- F01D5/28—Selecting particular materials; Particular measures relating thereto; Measures against erosion or corrosion
- F01D5/288—Protective coatings for blades
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2230/00—Manufacture
- F05D2230/30—Manufacture with deposition of material
- F05D2230/31—Layer deposition
- F05D2230/314—Layer deposition by chemical vapour deposition
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2230/00—Manufacture
- F05D2230/90—Coating; Surface treatment
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2300/00—Materials; Properties thereof
- F05D2300/60—Properties or characteristics given to material by treatment or manufacturing
- F05D2300/603—Composites; e.g. fibre-reinforced
- F05D2300/6033—Ceramic matrix composites [CMC]
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
- Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
P rocédé de revêtement Procédé de revêtement, comprenant une étape de formation d’un revêtement d’accrochage (200) sur une surface d’un substrat (100), et une étape de formation d’un revêtement barrière (300) sur le revêtement d’accrochage (200). Le revêtement d’accrochage (200) est formé par dépôt chimique en phase vapeur, avec une température de dépôt supérieure à 1150°C, en particulier égale ou supérieure à 1200°C, d’un précurseur comprenant du silicium, et comprend des graines colonnaires de silicium cristallin. Figure pour l’abrégé : Fig. 1.
Description
Cette divulgation concerne le domaine des revêtements et plus particulièrement celui des procédés de revêtement, notamment pour protéger d’environnements agressifs les substrats à base céramique.
Les matériaux composites à matrice céramique (CMC), et en particulier ceux à base carbure (généralement dénommés SiC/SiC) ont été proposés pour des nombreuses applications, et notamment pour la réalisation de pièces de turbines à gaz, telles que les aubes et les distributeurs. En effet, grâce à leurs propriétés de résistance à la chaleur, ces matériaux permettent de diminuer voire éliminer le refroidissement classiquement utilisé dans des pièces de turbine métalliques à base de nickel et/ou cobalt, tout en autorisant un accroissement des températures de fonctionnement.
Cependant, dans l’environnement corrosif d’une turbine, les CMC SiC/SiC peuvent être soumis à oxydation donnant lieu à la formation d’oxyde de silicium, et la volatilisation de cet oxyde de silicium sous l’effet de la vapeur d’eau. Ainsi, pour des applications à haute température en environnement riche en oxygène et vapeur d’eau, l’application d’un revêtement de protection est préconisé sur les pièces en composite à matrice céramique.
A cause de l’environnement thermomécanique et chimique particulièrement agressif auquel le revêtement de protection pourrait être soumis, celui-ci devrait présenter de préférence un coefficient de dilatation compatible avec celui du substrat, une faible perméabilité aux espèces corrosives (ce qui comprend à la fois une faible diffusion moléculaire liée directement au paramètre physique d’herméticité et une faible diffusion ionique des ions superoxyde et hydroxyde, caractéristiques intrinsèques des silicates de terres rares) et une stabilité thermomécanique aux hautes températures, comme par exemple celles régnant dans une turbine à gaz. Pour cela, le revêtement de protection peut comprendre typiquement un revêtement barrière ou revêtement barrière environnementale (en anglais : « Environmental Barrier Coating » ou EBC), généralement à base de silicate de terre rare et, entre le substrat et le revêtement barrière, un revêtement d’accrochage (en anglais : « bond coating »), généralement à base de silicium, pour assurer leur adhésion. L’oxydation du silicium du revêtement d’accrochage peut par ailleurs former une couche intermédiaire de silice, nommée oxyde de croissance thermique (en anglais : « Thermal Growth Oxide » ou TGO), entre le revêtement d’accrochage et le revêtement barrière.
L’application de revêtements de protection sur des substrats ayant des formes complexes, comme les aubes de turbine, peut imposer aussi des contraintes géométriques, en particulier au niveau de fins bords d’attaque ou de fuite, ou de conduits ou cavités de refroidissement, avec des très faibles épaisseurs de revêtement pour ne pas affecter les performances aérodynamiques des aubes ou leur éventuel refroidissement.
En outre, quoique la formation de la couche intermédiaire d’oxyde de croissance thermique peut contribuer à protéger de la corrosion les substrats contenant du carbure de silicium, elle peut aussi avoir des effets thermomécaniques induits, comme par exemple la génération de contraintes mécaniques entre le revêtement d’accrochage et le revêtement barrière, à cause de l’accroissement volumique du silicium en s’oxydant pour former de la silice et de la transformation allotropique de la silice également associée à un changement volumique. En conséquence, à partir d’une épaisseur critique de la couche intermédiaire d’oxyde de croissance thermique, les contraintes mécaniques peuvent donner lieu à une fissuration en dôme (en anglais : « dome cracking »), aboutissant, à terme, à l’écaillage partiel ou total du revêtement barrière et donc à la perte de la fonction anti-corrosion.
Pour ces raisons, il convient donc de restreindre l’épaisseur des revêtements, et en particulier du revêtement d’accrochage. Généralement, les revêtements d’accrochage et barrière sont appliqués par projection thermique. Toutefois, pour assurer une couverture complète du substrat, ceci implique normalement des épaisseurs d’au moins 75 µm pour le revêtement d’accrochage et d’au moins 100 µm pour le revêtement barrière, épaisseurs qui peuvent être excessives pour les raisons susmentionnées.
Afin d’offrir des alternatives, les publications de demandes de brevets US 2020/0039892 A1 et US 2020/0039886 A1 ont proposé des procédés de revêtement comprenant chacun une étape de formation d’un revêtement d’accrochage sur une surface d’un substrat et une étape de formation d’un revêtement barrière sur le revêtement d’accrochage, dans lequel le revêtement d’accrochage comprend des graines colonnaires de silicium cristallin et est formé par dépôt chimique en phase vapeur d’un précurseur comprenant du silicium. Bien que ces procédés permettent d’obtenir des plus fines épaisseurs que la projection thermique, en particulier pour le revêtement d’accrochage, il peut convenir de réduire encore plus l’épaisseur de ce dernier par rapport à ce qui est proposé dans ces publications.
La présente divulgation concerne un procédé de revêtement, comprenant une étape de formation d’un revêtement d’accrochage sur une surface d’un substrat, par dépôt chimique en phase vapeur d’un précurseur comprenant du silicium, le revêtement d’accrochage comprenant des graines colonnaires de silicium cristallin, et une étape de formation d’un revêtement barrière sur le revêtement d’accrochage. Afin d’obtenir un revêtement d’accrochage particulièrement fin, l’étape de formation du revêtement d’accrochage peut s’effectuer avec une température de dépôt supérieure à 1150°C, de préférence égale ou supérieure à 1200°C. Par ailleurs, l’étape de formation du revêtement d’accrochage peut s’effectuer avec une pression de dépôt inférieure à 10 kPa, tandis que le précurseur pour l’étape de formation du revêtement d’accrochage peut comprendre un précurseur peu réactif, en particulier le trichlorosilane et/ou le tétrachlorure de silicium.
Grâce à ces paramètres de dépôt, il est possible d’obtenir une microstructure particulière du revêtement d’accrochage, avec des grains colonnaires en silicium pur avec une longueur moyenne d’environ 75% de l’épaisseur du revêtement d’accrochage, offrant une bonne couverture du substrat même avec une épaisseur très fine. Ainsi, le revêtement d’accrochage peut présenter une épaisseur maximale inférieure à 20 µm, de préférence inférieure à 10 µm.
Afin de protéger le substrat d’un environnement particulièrement agressif, le revêtement barrière peut comprendre un silicate de terre rare, en particulier du disilicate d’ytterbium. Afin d’obtenir une bonne couverture du substrat, même dans des cavités difficilement accessibles, avec une faible épaisseur de ce revêtement barrière, l’étape de formation du revêtement barrière peut s’effectuer par dépôt par voie liquide, par exemple par trempé (en anglais : « dip coating ») et/ou par électrophorèse. Le revêtement barrière peut présenter une épaisseur maximale inférieure à 40 µm, de préférence inférieure à 30 µm.
Le procédé peut comprendre une étape supplémentaire de formation d’un revêtement de protection contre la dégradation par calcium–magnesium–alumino-silicates. Le substrat peut former une pièce de turbine, en particulier dans un moteur à turbine à gaz, et/ou comprendre un matériau au moins partiellement céramique, en particulier un matériau composite à matrice céramique.
Claims (10)
- Procédé de revêtement, comprenant les étapes suivantes :
formation d’un revêtement d’accrochage (200) sur une surface d’un substrat (100), par dépôt chimique en phase vapeur d’un précurseur comprenant du silicium, le revêtement d’accrochage (200) comprenant des graines colonnaires de silicium cristallin,
formation d’un revêtement barrière (300) sur le revêtement d’accrochage (200),
le procédé étant caractérisé en ce que l’étape de formation du revêtement d’accrochage (200) s’effectue avec une température de dépôt supérieure à 1150°C, en particulier égale ou supérieure à 1200°C. - Procédé de revêtement suivant la revendication 1, dans lequel l’étape de formation du revêtement d’accrochage (200) s’effectue avec une pression de dépôt inférieure à 10 kPa.
- Procédé de revêtement suivant l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le précurseur pour l’étape de formation du revêtement d’accrochage (200) comprend du trichlorosilane et/ou du tétrachlorure de silicium.
- Procédé de revêtement suivant l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’étape de formation du revêtement barrière (300) s’effectue par dépôt par voie liquide.
- Procédé de revêtement suivant l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le revêtement barrière (300) comprend un silicate de terre rare, en particulier du disilicate d’ytterbium.
- Procédé de revêtement suivant l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant une étape supplémentaire de formation d’un revêtement de protection contre la dégradation par calcium–magnesium–alumino-silicates.
- Procédé de revêtement suivant l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le revêtement d’accrochage (200) présente une épaisseur maximale inférieure à 20 µm, de préférence inférieure à 10 µm.
- Procédé de revêtement suivant l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le revêtement barrière (300) présente une épaisseur maximale inférieure à 40 µm, de préférence inférieure à 30 µm.
- Procédé de revêtement suivant l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le substrat (100) comprend un matériau au moins partiellement céramique, en particulier un matériau composite à matrice céramique.
- Procédé de revêtement suivant l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le substrat forme une pièce de turbine (6,7).
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR2112447A FR3129394A1 (fr) | 2021-11-24 | 2021-11-24 | Procédé de revêtement |
| PCT/FR2022/052143 WO2023094757A1 (fr) | 2021-11-24 | 2022-11-21 | Procede de revetement |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR2112447 | 2021-11-24 | ||
| FR2112447A FR3129394A1 (fr) | 2021-11-24 | 2021-11-24 | Procédé de revêtement |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR3129394A1 true FR3129394A1 (fr) | 2023-05-26 |
Family
ID=80786489
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR2112447A Pending FR3129394A1 (fr) | 2021-11-24 | 2021-11-24 | Procédé de revêtement |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR3129394A1 (fr) |
| WO (1) | WO2023094757A1 (fr) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20200039886A1 (en) | 2018-07-31 | 2020-02-06 | General Electric Company | Silicon Bond Coat with Amorphous Structure and Methods of Its Formation |
| US20200039892A1 (en) | 2018-07-31 | 2020-02-06 | General Electric Company | Silicon Bond Coat With Columnar Grains and Methods of its Formation |
| FR3095645A1 (fr) * | 2019-05-03 | 2020-11-06 | Safran | Pièce en céramique ou CMC à base de silicium et procédé de réalisation d'une telle pièce |
-
2021
- 2021-11-24 FR FR2112447A patent/FR3129394A1/fr active Pending
-
2022
- 2022-11-21 WO PCT/FR2022/052143 patent/WO2023094757A1/fr unknown
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20200039886A1 (en) | 2018-07-31 | 2020-02-06 | General Electric Company | Silicon Bond Coat with Amorphous Structure and Methods of Its Formation |
| US20200039892A1 (en) | 2018-07-31 | 2020-02-06 | General Electric Company | Silicon Bond Coat With Columnar Grains and Methods of its Formation |
| FR3095645A1 (fr) * | 2019-05-03 | 2020-11-06 | Safran | Pièce en céramique ou CMC à base de silicium et procédé de réalisation d'une telle pièce |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2023094757A1 (fr) | 2023-06-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2104656B1 (fr) | Piece en materiau composite a matrice ceramique contenant du silicium, protegee contre la corrosion | |
| CN111005002B (zh) | 一种压气机叶片耐冲蚀防腐蚀自洁涂层的制备方法 | |
| EP3008033B1 (fr) | Barrière environnementale pour substrat réfractaire contenant du silicium | |
| EP3638884B1 (fr) | Pièce de turbomachine revêtue et procédé de fabrication associé | |
| FR2899226A1 (fr) | Piece en materiau composite a matrice ceramique contenant du silicium, protegee contre la corrosion. | |
| EP3692011B1 (fr) | Pièce protégée par une barrière environnementale | |
| EP3538500B1 (fr) | Piece de turbomachine revetue d'une barriere thermique et procede pour l'obtenir. | |
| EP3565796B1 (fr) | Piece comprenant un substrat et une barriere environnementale | |
| EP3701061A1 (fr) | Piece comportant un revetement de protection a composition graduelle | |
| FR3129394A1 (fr) | Procédé de revêtement | |
| EP3962879A1 (fr) | Pièce en céramique ou cmc à base de silicium et procédé de réalisation d'une telle pièce | |
| EP3320128B1 (fr) | Piece revêtue d'un revêtement de protection contre les cmas | |
| WO2023237834A1 (fr) | Procede de revetement | |
| EP4222130A1 (fr) | Procede de fabrication d'une barriere environnementale | |
| FR3053076A1 (fr) | Piece de turbomachine revetue d'une barriere thermique et d'un revetement de protection contre les cmas et procede pour l'obtenir | |
| CN114763598A (zh) | 一种长寿命环境障碍涂层及其制备方法 | |
| EP4041930B1 (fr) | Piece d'aeronef en superalliage comprenant du rhenium et/ou du ruthenium et procede de fabrication associe | |
| FR3133861A1 (fr) | Particule coeur-écorce à fonction duale anti-corrosion et anti-CMAS | |
| WO2023079230A1 (fr) | Procede de depot d'une barriere environnementale sur une piece en materiau composite a matrice ceramique | |
| WO2023180672A1 (fr) | Pièce en matériau cmc à barrière environnementale pré-fissurée pour l'accommodation thermomécanique. | |
| FR3139567A1 (fr) | Procédé de fabrication d’une éprouvette de caractérisation | |
| FR3129393A1 (fr) | Procédé de revêtement par électrophorèse d'une pièce en matériau composite à matrice céramique par une barrière environnementale | |
| EP4055201A1 (fr) | Piece d'aeronef en superalliage comprenant un canal de refroidissement | |
| CN115386823A (zh) | 一种抗高温水蒸气腐蚀和cmas腐蚀的环境障碍涂层及其制备方法 | |
| WO2023281186A1 (fr) | Barriere environnementale pour un substrat comprenant du silicium libre |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 2 |
|
| PLSC | Publication of the preliminary search report |
Effective date: 20230526 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 3 |