FR3129430A1 - Procédé de fabrication d'une aube de turbomachine - Google Patents
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Abstract
Dans le procédé de fabrication d'une aube de turbomachine, on effectue les étapes successives suivantes : - on réalise un corps (12) de l'aube, le corps présentant au moins une cavité de refroidissement débouchant par des orifices (10) à une surface du corps, - on applique sur le corps un revêtement métallique (22), - on applique une couche de résine (24) dans les orifices, - on applique sur le corps une couche de céramique (26), et - on élimine la couche de résine (24) des orifices. Figure de l’abrégé : Fig. 5
Description
DOMAINE DE L’INVENTION
L'invention concerne la fabrication des aubes de turbomachine. Elle concerne notamment les aubages mobiles et les distributeurs de turbine, fonctionnant à haute pression, des turbomoteurs d'aéronef.
ETAT DE LA TECHNIQUE
Lors du fonctionnement d'un turbomoteur d'aéronef, il est nécessaire de refroidir les aubes de turbine fonctionnant à haute pression, notamment leurs pales, au moyen d'un film d’air (technique appeléefilm coolingen anglais). Des canaux internes de refroidissement sont prévus à cette fin dans la pale.
La fabrication d'une telle aube met en œuvre les étapes suivantes. L'aube est d'abord obtenue par un procédé de fonderie à cire perdue. Puis on réalise les canaux de refroidissement dans la pale par fraisage et perçage. Ensuite on applique sur la pale un revêtement métallique formant une sous-couche anti-oxydante, puis on applique par-dessus un revêtement céramique isolant formant une barrière thermique, via un frittage flash (ouspark plasma sintering(SPS) en anglais).
Or, un tel procédé ne permet pas toujours de garantir les spécifications requises sur les extrémités des canaux formées par des orifices ou évents. Ces spécifications forment les besoins fonctionnels de ces orifices sur la pièce finie, en particulier leurs caractéristiques géométriques. En effet, dans ce procédé, l'orifice obtenu correspond à la forme usinée recouverte de la sous-couche anti-oxydante et de la couche de céramique. Le dépôt de céramique tend à obturer les orifices. Pour y remédier, on débouche les orifices en effectuant un sablage ou micro-billage par un média plastique appliqué manuellement au niveau de chaque orifice. Mais cela fait écailler localement la céramique, entrainant ainsi des ressauts, ou ruptures brutales de continuité de surface, importants et non conformes à la spécification. En effet, ces ressauts peuvent atteindre environ 0,1 mm de hauteur, ce qui peut correspondre au double de la tolérance dimensionnelle exigée. On relève aussi la présence d’amas de céramique dans la forme évasée de l'orifice. Autrement dit, la topographie de la surface finie est trop accidentée pour répondre aux spécifications dimensionnelles. Cette solution de microbillage a donc ses limites.
Les spécifications imposent également de ne pas affecter thermiquement la sous-couche anti-oxydation afin de ne pas limiter le potentiel de durée de vie de la zone ablatée. Il est donc nécessaire d’enlever la totalité de la céramique sans impacter la sous-couche. Cette exigence vient du fait que les zones du bord de fuite sont très chaudes en fonctionnement (elles atteignent des températures supérieures à 1050°C) et donc sujettes à une oxydation forte si le revêtement est dégradé. C’est le mode de défaillance identifié sur les pièces matures en fonctionnement, dans ces zones de la pale. Cette exigence métallurgique empêche d’envisager une opération d’ablation de la céramique par un procédé par laser. En effet, l'orifice ne serait alors plus recouvert de la sous-couche anti-oxydation.
Un but de l'invention est donc d'obtenir une aube dont la pale est convenablement revêtue de la couche d'anti-oxydation et de la couche de céramique tout en respectant les spécifications dimensionnelles des orifices des cavités de refroidissement.
A cet effet, on prévoit selon l'invention un procédé de fabrication d'une aube de turbomachine, dans lequel on effectue les étapes successives suivantes :
- on réalise un corps de l'aube, le corps présentant au moins une cavité de refroidissement débouchant par des orifices à une surface du corps,
- on applique une couche de résine dans les orifices,
- on applique sur le corps une couche de céramique, et
- on élimine la couche de résine des orifices.
Ainsi, la solution de l'invention consiste à éliminer localement le dépôt de céramique dans les orifices. Pour cela, une couche de résine est déposée dans les orifices après le dépôt de la sous-couche. Dès lors, la céramique sera écaillée dans les zones où la résine est posée. Les orifices conservent donc la sous-couche anti-oxydante mais ne sont plus recouverts de la couche de céramique. Ces deux couches s'étendent en revanche sur le reste du corps de l'aube. On peut donc facilement respecter les spécifications dimensionnelles des orifices tout en assurant leur protection contre l'oxydation. Ce procédé permet de répondre à deux contraintes fortes, à savoir maitriser la forme des orifices et garantir l’intégrité de la sous-couche anti-oxydante dans les orifices. L'invention permet ainsi de répondre aux exigences dimensionnelles et métallurgiques. Elle permet d'écailler de manière localisée le dépôt de céramique dont nous ne maitrisons pas la topographie dans des zones exiguës telles que les orifices de refroidissement. Elle procure une maitrise de la localisation de l’écaillage de la céramique et permet aussi de supprimer l'étape de micro-sablage.
Le procédé selon l'invention peut présenter en outre au moins l'une des caractéristiques suivantes :
- on applique sur le corps un revêtement métallique avant l’étape d’application de la couche de résine ;
- on élimine la couche de résine par traitement chimique ;
- le traitement chimique met en œuvre un solvant ;
- le solvant comprend de l'acétone ; et
- le solvant comprend un agent alcalin.
On prévoit également selon l'invention une aube de turbomachine comprenant :
- un corps présentant au moins une cavité de refroidissement débouchant par des orifices à une surface du corps, et
- une couche de résine dans les orifices.
Cette aube constitue un produit intermédiaire obtenu lors de la mise en œuvre du procédé de l'invention, produit obtenu avant l'étape d'élimination de la couche de résine des trous.
On peut prévoir que l’aube comprend un revêtement métallique recouvrant le corps.
On peut prévoir que l'aube comprend en outre une couche de céramique recouvrant le corps.
Il s'agit alors d'une version du produit intermédiaire obtenue après mise en place de la couche de céramique.
Dans un mode de réalisation, il s'agit d'une aube de turbomoteur d'aéronef.
DESCRIPTION DES FIGURES
Nous allons maintenant présenter un mode de réalisation de l'invention à titre d'exemple non-limitatif à l'appui des dessins sur lesquels :
- la est une vue d'une aube fabriquée au moyen du procédé de l'invention;
- les figures 2 à 6 sont des vues de détail de l'aube illustrant différentes étapes du procédé ; et
- la est une vue en demi-coupe axiale d'un turbomoteur d'aéronef comprenant des aubes du type de celle de la .
Le procédé de l'invention est ici mis en œuvre pour fabriquer une aube 2 telle que celle de la qui fait partie d'un distributeur ou de la partie tournante d'une turbine haute pression d'un turbomoteur 100 d'aéronef illustré à la .
L'aube 2 comprend un pied 4, un plateau 6 et une pale 8 formant une zone de veine d'air. La pale comprend deux faces principales respectivement d'intrados 17 et d'extrados. La pale comprend une ou plusieurs cavités internes 14 pour la circulation d'air de refroidissement lors du fonctionnement du moteur. Ces cavités débouchent sur les faces par des orifices ou trous 10, formant des évents.
Le procédé de fabrication est mis en œuvre en l'espèce de la façon suivante.
On réalise un corps 12 de l'aube, avec ses cavités 14, d'une façon classique, par exemple par fonderie à cire perdue.
On réalise ensuite les orifices 10 dans le corps 12 par fraisage et micro-perçage. Il s'agit d'orifices conformés, par exemple présentant une embouchure tronconique 16. Ce résultat est illustré à la qui montre une coupe locale de la paroi de l'aube. La paroi sépare une cavité interne 14 du corps en partie inférieure et l'extérieur de l'aube destiné à être dans la veine d'air 20 en partie supérieure. Deux des orifices 10 sont visibles à la . Ils débouchent dans la même cavité 14.
Ensuite, en référence à la , on applique directement sur le corps 12 un revêtement métallique formant une couche anti-oxydante 22. Cette couche recouvre tout le corps, y compris l'intérieur des orifices 10.
Ensuite, en référence à la , on applique une couche de résine 24 dans les orifices 10. Il s'agit par exemple d'une résine telle que celle commercialisée sous la référence S1818 par la société Rohm and Haas Electronic Materials LLC. La résine est appliquée uniquement dans les orifices 10 et donc pas sur le reste du corps 12. Elle y recouvre directement la couche métallique 22.
A ce stade, on a donc un produit intermédiaire formé de l'aube comprenant :
- le corps 12 présentant les cavités 14 de refroidissement débouchant par les orifices 10 à la surface du corps,
- le revêtement métallique 22 recouvrant le corps, et
- la couche de résine 24 dans les orifices.
Ensuite, en référence à la , on applique sur le corps une couche de céramique 26. Cette couche est donc mise en place directement sur la couche de résine 24 située dans les orifices 10 et directement sur la couche anti-oxydante 22 ailleurs.
Ensuite, en référence à la , on élimine la couche de résine 24 des orifices 10. En l'espèce, on l'élimine par traitement chimique, au moyen d'un solvant qui comprend de l'acétone ou un agent alcalin. Cette opération élimine également la couche de céramique 26 déposée sur la résine. La couche de céramique déposée ailleurs reste en place. Il s'agit d'une opération d'écaillage de la résine et de la couche de céramique dans les orifices 10. La céramique est donc éliminée seulement là où se trouvait la résine.
Autrement dit, la résine 24 dont on maitrise le comportement à l’écaillage est déposée avant la céramique 26. Une opération d'élimination oulift-off ,postérieure au dépôt de la céramique, fait écailler cette résine et également la céramique déposée au-dessus. La résine forme ainsi un matériau sacrificiel.
Les exigences dimensionnelles des orifices sont alors directement pilotées par le procédé de micro-perçage servant à usiner la pale afin de réaliser les orifices et sont donc plus faciles à maitriser.
On peut donner à la couche métallique 22 une épaisseur de 30 µm, ce qui n’impacte pas les spécifications dimensionnelles des orifices étant donné que l’épaisseur déposée est maitrisée à ±10 µm.
Le turboréacteur 100 d’avion illustré à la forme ici une turbomachine à double flux et double corps. Il présente un axe principal X-X qui sert d’axe de rotation du rotor par rapport au stator.
Il comprend d'amont en aval, donc de gauche à droite sur la , une soufflante 3, un compresseur basse pression 5, un compresseur à pression intermédiaire, un compresseur haute pression 7, une chambre de combustion 9, une turbine haute pression 11 et une turbine basse pression 13. Ces éléments, à l’exception de la soufflante, forment une partie centrale du turboréacteur. Leurs parties mobiles à rotation autour de l’axe X-X forment le rotor.
Le compresseur haute pression 7, la chambre de combustion 9 et la turbine haute pression 11 forment un corps à haute pression, qui conjointement avec le compresseur basse pression 5 et la turbine basse pression 13 définissent une veine principale d'écoulement d'air. Une nacelle entoure la soufflante 2 et la partie centrale de façon à former un compartiment de soufflante et à définir une veine secondaire d'écoulement d'air.
La turbine haute pression 11 comprend des aubes 2 fabriquées au moyen de l’invention, dans ses partie mobiles et ses distributeurs.
L'invention est applicable notamment à des aubes de turbine aéronautique et terrestre.
On pourra apporter à l’invention de nombreuses modifications sans sortir du cadre de celle-ci.
Claims (10)
- Procédé de fabrication d'une aube (2) de turbomachine (100), dans lequel on effectue les étapes successives suivantes :
- on réalise un corps (12) de l'aube, le corps présentant au moins une cavité de refroidissement débouchant par des orifices (10) à une surface du corps,
- on applique une couche de résine (24) dans les orifices,
- on applique sur le corps une couche de céramique (26), et
- on élimine la couche de résine (24) des orifices. - Procédé selon la revendication précédente dans lequel on applique sur le corps un revêtement métallique (22) avant l’étape d’application de la couche de résine.
- Procédé selon l’une quelconque des revendication précédentes dans lequel on élimine la couche de résine (24) par traitement chimique.
- Procédé selon la revendication précédente dans lequel le traitement chimique met en œuvre un solvant.
- Procédé selon la revendication précédente dans lequel le solvant comprend de l'acétone.
- Procédé selon la revendication 4 dans lequel le solvant comprend un agent alcalin.
- Aube (2) de turbomachine (100), comprenant :
- un corps (12) présentant au moins une cavité de refroidissement (14) débouchant par des orifices (10) à une surface du corps, et
- une couche de résine (24) dans les orifices. - Aube selon la revendication précédente qui comprend un revêtement métallique (22) recouvrant le corps.
- Aube selon l’une quelconque des revendications 7 et 8 qui comprend en outre une couche de céramique (26) recouvrant le corps.
- Aube selon l’une quelconque des revendications 7 à 9 formant une aube pour un turbomoteur (100) d'aéronef.
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2021
- 2021-11-24 FR FR2112420A patent/FR3129430B1/fr active Active
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