WO2022229539A1 - Procédé de fabrication d'une pièce comportant un substrat métallique recouvert d'une couche de protection et une pièce fabriquée selon ce procédé - Google Patents

Procédé de fabrication d'une pièce comportant un substrat métallique recouvert d'une couche de protection et une pièce fabriquée selon ce procédé Download PDF

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substrate
coating layer
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Francis Monerie-Moulin
Mathilde ARNOUX
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Safran Landing Systems
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    • C23C4/02—Pretreatment of the material to be coated, e.g. for coating on selected surface areas
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    • C23C4/12—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying
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    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/18—After-treatment

Definitions

  • TITLE Process for manufacturing a part comprising a metal substrate covered with a protective layer and a part manufactured using this process
  • the technical field of the invention is that of a process for manufacturing parts, such as aeronautical parts, comprising a substrate at least partially coated with a protective layer protecting this substrate.
  • the present invention relates to a method of manufacturing a part comprising a metal substrate at least partially covered with a protective layer and a part manufactured according to this method.
  • the method includes a step of finishing the surface of said coating layer so as to obtain the dimension and surface condition required on the drawing.
  • These deposits make it possible to have a corrosion resistance of around 500 hours in salt spray and a reduction in the risk of rupture/detachment of the layer formed on the substrate.
  • the invention presented here therefore relates to the improvement of this process for producing deposits by HVOF.
  • the invention offers a solution improving the method described in document EP2956564 B1, by adding an impregnation step.
  • One aspect of the invention relates to a method of manufacturing a part comprising a metal substrate at least partially covered with a protective layer, the method comprising steps of: preparing a surface to be covered with the substrate; in which the preparation step is a step of cleaning a substrate to obtain a prepared surface free from dirt or grease, with a roughness Ra of less than 2 pm, formation by projection of a powder mixture containing grains of metal carbide submicronic according to an HVOF type projection process, on the prepared surface of the substrate, of a coating layer, in which the metal carbide grains each have a dimension strictly less than 1 ⁇ m and the maximum thickness of the coating layer thus formed being less than 100 ⁇ m, characterized in that it further comprises, after the step of forming: a step of impregnating the coating layer with an organic impregnant forming together an impregnated layer, a finishing step by polishing at least one surface of said impregnated layer so as to form the protective layer comprising a polished surface having a roughness Ra of less than 0.2
  • the impregnation step with an organic impregnant makes it possible to reduce the thickness of the coating layer compared to a coating layer described in the prior art while improving the level of resistance corrosion.
  • the organic impregnant will enter the pores of the coating layer, fill them and thus form with the coating layer a more compact protective layer than a coating layer without impregnation.
  • the organic impregnant can completely enter the coating layer up to the surface of the substrate, thus forming the compact protective layer making it possible to adhere to a prepared substrate surface which can only be cleaned by degreasing (unlike the solution described in document FR3002239). It is therefore possible to reduce the necessary thickness of the coating layer as in document FR3002239 while having better corrosion protection, in particular for thin protective layers ( ⁇ 80 ⁇ m)
  • the metal carbide grains are submicron carbides since they each have a dimension strictly less than 1 ⁇ m.
  • the fact of polishing after and not before the impregnation allows the impregnant to penetrate into the deposit via the porosity network of the latter. Its penetration is therefore all the better as the deposit is crude from projection and therefore “filled” with surface porosity. Impregnation after polishing would be much less effective.
  • the method according to one aspect of the invention may have one or more additional characteristics from among the following, considered individually or according to all technically possible combinations:
  • the organic impregnant is based on a Dimethacrylate Ester comprising a fluidity to enter the pores of the coating layer having a diameter of between 0.03 ⁇ m and 0.3 ⁇ m.
  • a Dimethacrylate Ester comprising a fluidity to enter the pores of the coating layer having a diameter of between 0.03 ⁇ m and 0.3 ⁇ m.
  • Such an organic impregnant makes it possible to have a fluidity making it possible to penetrate into the pores of the coating layer.
  • the microporosities of the coating layer are thus filled thanks to the low viscosity of the Dimethacrylate Ester which can fill pores having a diameter between 0.03pm and 0.3pm.
  • the organic impregnant can be based on a Dimethacrylate Ester or an epoxy or even based on an alcohol comprising a fluidity to enter the pores of the coating layer having a diameter between 0.03pm to 0.3pm.
  • the preparation step is a step of cleaning a substrate to obtain a prepared surface free of dirt or grease, with a roughness Ra of less than 2 ⁇ m.
  • the preparation step can indeed be only cleaning, in particular degreasing, which simplifies and reduces the cost and time of such a process.
  • the step of impregnating the coating layer with an organic impregnant makes it possible to carry out the step of forming by spraying the powder mixture containing grains of metal carbide onto a substrate having a roughness Ra of less than 2 pm when it is cleaned unlike to the prior art of document FR3002239 involving a sandblasting step on the substrate.
  • the preparation step can therefore only be a degreasing step.
  • the preparation step is only a degreasing step to obtain a degreased prepared surface.
  • the metal carbide grains each have a dimension strictly less than 1 ⁇ m (submicronic carbides) and the maximum thickness of the coating layer thus formed is less than 100 ⁇ m, for example between 70 and 90 pm.
  • the submicron carbide grain powder allows a reduction in the risk of rupture/detachment of the protective layer formed on the substrate while having an improved level of protection against corrosion compared to that of patent EP2956564 B1 due to the impregnant. In addition, this allows a reduction in the spraying time necessary for producing the coating layer and thus a reduction in the mass of the coating layer thus formed.
  • the reduction in the thickness of the coating layer improves resistance to detachment under stress (also called “spalling") and reduces the forces transmitted by the coating-substrate interface.
  • the step of impregnating the coating is carried out with a brush by dipping the brush into a container of organic impregnant and applying it to the surface of the coating layer.
  • the coating impregnation step comprises a sub-step of polymerization of the impregnant on the coating layer before the finishing step.
  • Another aspect of the invention relates to a part obtained by the method according to the invention, with or without the various possible combinations of the characteristics described above.
  • Another aspect of the invention relates to a part comprising a metal substrate and a protective layer at least partially covering the substrate, made of submicron metal carbide impregnated with an organic impregnant and comprising a polished surface having a roughness of less than 0.1 pm or 0.2pm.
  • the surface is polished with a roughness of less than 0.1 pm or 0.2 pm depending on the use of the part.
  • Such a part has a lower production cost than a part according to the method described in the document EP2956564 B1 while having at least the same level of corrosion resistance.
  • the polished surface is intended to be subjected to fretting and/or journalling.
  • journalling we mean the forces subjected to a cylindrical part of a shaft, generally its end, pivoting in or on a part which holds it (clevis, bearing, flange, bearing)).
  • the part is a hinge pin or an axle in the aeronautical field.
  • the polished surface is intended to be subjected to static and/or dynamic sealing zones.
  • the part is a sliding rod.
  • FIG. 1a shows a schematic representation of a section of a part comprising a coating layer on a substrate.
  • FIG. 1b represents a schematic representation of a section of a part comprising an impregnated layer on the substrate.
  • Fig. 1b represents a schematic representation of a section of a part comprising a protective layer on the substrate.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of the manufacturing process.
  • FIG. 3 schematically shows a sample having undergone a corrosion test in a saline atmosphere comprising a polished surface according to the invention and a polished protective surface according to the prior art.
  • the manufacturing method according to the invention is preferably used to produce a part 1, an enlargement of a section of which is shown schematically in Figure 1c.
  • part 1 is used in the aeronautical field.
  • the part 1 in section shown in Figure 1c comprises a metal substrate Sub shown partially and a protective layer Pro comprising a polished surface S3.
  • Figure 2 shows a flowchart of a manufacturing process of the part 1.
  • Part 1 is generally produced by machining to present at least a portion of a cylindrical surface in the case of a rod, which may be a hinge pin, an axle or even a sliding rod of an undercarriage .
  • This cylindrical portion is hereinafter called the Sub substrate.
  • the Pro protective layer is therefore annular and in this case intended to operate in static and/or dynamic sealing areas.
  • the Pro protective layer is intended to undergo joint friction to allow the rod to slide relative to a barrel of the undercarriage or is intended to be subjected to fretting and/or journalling, for example for a hinge pin or an axle.
  • the Sub substrate is a metal alloy of the steel or titanium type.
  • the manufacturing process of the part 1 comprises a preparation step A of a surface S1 to be covered, of the substrate Sub, to obtain a prepared surface S1.
  • the preparation step is a degreasing step and therefore does not require sanding or sanding.
  • the roughness can also be modified during the preparation step of a substrate, for example by sandblasting.
  • the substrate preparation step is only a cleaning, degreasing of the substrate having on its surface S1 cleaned, for example, a roughness Ra of less than 2 ⁇ m, for example 1.9 ⁇ m.
  • the roughness of a surface can for example be measured according to the standards ISA3274-1997, ISO 4287-1997, ISO 4288-1996, ISO 11562.
  • the process for manufacturing part 1 comprises, after preparation step A, a step B for forming a coating layer Rev, on surface S1, by the degreased occurrence, of the Sub substrate, by spraying of the HVOF type, of a powdery mixture containing submicronic metal carbide grains.
  • FIG. 1a represents a section of the part 1 comprising the substrate sub and the coating layer Rev deposited on the surface S1.
  • the grains have dimensions strictly less than 1 ⁇ m and the thickness Epmax of the coating layer Rev thus formed is in this example less than 90 ⁇ m, for example between 70 and 90 ⁇ m.
  • This powder mixture contains grains of metal carbide coated in a binder, in this case tungsten carbide WC coated in cobalt Co and Chromium Cr.
  • the cobalt Co serves as a binder and the chromium Cr serves as protection against oxidation.
  • this powder mixture is in the form of agglomerates/aggregates with a particle size of less than 50 ⁇ m and preferably less than 30 ⁇ m to form a maximum coating layer of less than 90 ⁇ m and greater than 70 ⁇ m.
  • the agglomerates are generally made by sintering to create bridges between the carbide and the binder material. This sintering is generally carried out with a furnace to melt the binder without decarburizing the grains of metal carbide.
  • the WC metal carbide grains present in this powder mixture are calibrated to have a size strictly less than 1 ⁇ m, and preferably of the order of 400 to 800 nm in average particle size.
  • the present invention can be implemented with other types of chemical compositions containing at least one metal carbide and at least one binder.
  • WCCo which can be in the form of a mixture of 83% WC and 17% Co or in the form of a mixture of 88% WC and 12% Co or WCCoCr.
  • the resulting roughness at the surface S2 of the coating layer Rev in this example is of the order of 3 ⁇ m immediately after projection.
  • the process for manufacturing part 1 comprises, after forming step B, a step of impregnating C the coating layer Rev with an organic impregnant lo together forming an impregnated layer lmp.
  • Figure 1b shows the part 1 in section with the impregnated layer lmp comprising the coating layer Rev impregnated with the organic impregnant lo.
  • the organic impregnant lo may be based on dimethacrylate ester, epoxy, alcohol, etc. and must have sufficient fluidity to enter the pores of the coating layer Rev. Indeed, the impregnant must be able to penetrate the coating layer via the network of open porosities which in this example represents 10% of the porosity of the coating layer with a median pore diameter of the order of 0.20 pm.
  • the impregnation step can therefore be carried out by coating the surface S2 of the coating layer Rev with the organic impregnant lo, for example with a brush.
  • the impregnation step C comprises a sub-step of waiting for polymerization of the impregnant forming the impregnated layer lmp comprising an impregnated surface S2′.
  • the impregnated layer lmp of organic impregnant merges with the coating layer Rev which does not generate additional roughness hence Ra of the impregnated surface S2' of the impregnated layer lmp identical to Ra of S2.
  • the pores of the Rev coating layer are filled by the organic impregnant which has a low viscosity to penetrate all pore sizes, even the smallest (from 0.03 ⁇ m to 0.3 ⁇ m) and therefore does not remain at the surface S2 of coating layer Rev.
  • the method further comprises a step of finishing by polishing D of the surface S2' of said impregnated layer lmp so as to ensure that the roughness Ra of the polished surface S3 of the polished protective layer Pro is less than 0.1 ⁇ m or less than 0.2pm depending on the intended applications.
  • the polishing can for example be carried out with a diamond band.
  • the step of polishing the impregnated layer lmp reduces the thickness of this layer until the protective layer Pro with its polished surface S3 is obtained.
  • the step of polishing the impregnated layer lmp reduces the thickness of this layer by about 20 ⁇ m.
  • the impregnated layer lmp having in this example a thickness less than 90 ⁇ m, for example between 70 and 90 ⁇ m,
  • the protective layer Pro therefore comprises a thickness, measured between the polished surface S3 and the surface S1, of between a minimum thickness Epmin of 50 ⁇ m and a maximum thickness Epmax of 70 pm.
  • a simple polishing of the protective surface S2′ makes it possible to obtain a roughness Ra of less than 0.1 ⁇ m or less than 0.2 ⁇ m thus allowing the polished surface S3 to be subjected to the static sealing zones and /or dynamic.
  • the method according to the invention makes it possible to directly obtain the desired layer thickness without having to grind the part, thus eliminating the risk of appearance of grinding defects.
  • the grinding of a cylindrical annular layer frequently leads, because of the uncertainties of positioning the part on the grinding machine, to the appearance of layer zones that are too thin, difficult to detect and likely to promote premature corrosion of the substrate).
  • the invention makes it possible to eliminate this risk of having a layer that is locally too thin and not detectable.
  • FIG. 3 schematically represents a specimen 2 comprising on the left a polished surface S3 of the protective layer Pro formed like part 1 according to the method of the invention, and on the right a surface of the coating layer S2, c i.e. without the impregnation step C.
  • the specimen 2 was tested for corrosion resistance, the test carried out is under a saline atmosphere (salt spray) according to ASTM B117.
  • Test piece 2' corresponds to test piece 2 after 1000 hours in a saline atmosphere.
  • the surface S3 of the impregnated part of the specimen 2 shows no trace of pitting (left part) even after 1000 hours of exposure to salt spray. While the surface S2 of the unimpregnated part (right part) is attacked: first with traces of pitting 9 and then with a generalized development of corrosion 90.
  • a wear resistance test was carried out on a part 1 obtained with the method of the invention having a cylindrical zone with a diameter of 10 mm comprising the surface S3 and on which is mounted a bronze ring ( AMS4590), with the presence of a grease.
  • the wear test includes a first phase of 500 cycles of ring pressure on surface S3 under 50MPa, then a second phase of 500 cycles under 100MPa and a final phase with 4,000 cycles under 200MPa, and a frequency of 0.1 Hz.
  • the coefficient of friction and the rate of wear are recorded every 500 cycles, and each time the grease is renewed.
  • the test showed that part 1 obtained with the process of the invention comprises a level of wear resistance performance similar to that produced according to the process of document EP2956564 B1.
  • the manufacturing method of the invention therefore makes it possible to obtain a cheaper part than according to the method of document EP2956564 B1 while comprising a metal substrate Sub at least partially covered with a protective layer Pro having a resistance to similar wear.
  • the protective layer resists at least the same level of wear and corrosion as would the coating layer of this document EP2956564 B1, that is to say without impregnation.
  • the test showed that a part comprising a metal substrate Sub at least partially covered with a protective layer Pro obtained according to the manufacturing method of the invention has resistance to "spalling" under 1140MPa, 1250MPa and 1300MPa for 80 ⁇ m in thickness.
  • the method of the invention makes it possible to obtain a finished part that is lighter, less expensive and of at least the same level of performance while preserving intact the characteristics necessary for a good seal between the part. 1 and another room.
  • carbide grains used can be in another type of metal carbide than tungsten carbide and the binder materials can be in materials other than chromium and cobalt.

Abstract

Procédé de fabrication d'une pièce comportant un substrat métallique recouvert d'une couche de protection et une pièce fabriquée selon ce procédé Un aspect de l'invention concerne un procédé de fabrication d'une pièce (1) comportant un substrat métallique (Sub) au moins partiellement recouvert d'une couche de protection (Pro), comprenant des étapes de : préparation (A) d'une surface à recouvrir, du substrat (Sub) formation (B) par projection, selon un procédé de projection de type HVOF, d'une couche de revêtement (Rev), sur la surface préparée (S1), cette couche de revêtement (Rev) étant formée par la projection d'un mélange pulvérulent contenant des grains de carbure métallique submicroniques, une étape d'imprégnation (C) de la couche de revêtement (Rev) par un imprégnant organique (Io) formant ensemble une couche imprégnée, une étape de finition par polissage (D) d'au moins une surface de ladite couche imprégnée imp pour former une couche de protection pro ayant une surface polie S3 ayant une rugosité Ra inférieure à 0.2μm ou inférieure à 0,1µm suivant les applications.

Description

DESCRIPTION
TITRE : Procédé de fabrication d'une pièce comportant un substrat métallique recouvert d'une couche de protection et une pièce fabriquée selon ce procédé
DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION
[0001] Le domaine technique de l’invention est celui de procédé de fabrication de pièces, telles que des pièces d'aéronautique, comportant un substrat au moins partiellement revêtu d'une couche de protection protégeant ce substrat.
[0002] La présente invention concerne un procédé de fabrication d'une pièce comportant un substrat métallique au moins partiellement recouvert d'une couche de protection et une pièce fabriquée selon ce procédé.
ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L’INVENTION
[0003] On connaît par exemple des procédés de fabrication de pièces comportant l'application sur un substrat métallique, via un bain métallique, d'une couche de revêtement chrome dur, servant à la fois à protéger ce substrat et à lui conférer une rugosité fonctionnelle.
[0004] Il est connu de réaliser la couche de revêtement chrome dur dans une cellule électrolytique en présence d’acide chromique à base de chrome hexavalent (Cr(VI)). Le chrome hexavalent est nuisible pour l’homme et l’environnement, et est classé CMR (Cancérigène, Mutagène et nuisible pour la Reproduction).
[0005] On cherche donc à supprimer l'usage du chrome hexavalent qui est nocif pour la santé et l'environnement.
[0006] Il est connu notamment du document EP2956564 B1 ou du document FR3002239 de la même famille de brevets, un procédé de fabrication d'une pièce ayant une couche de revêtement par projection de type HVOF sur un substrat. Ce procédé comprend une première étape de préparation par sablage d'une surface à recouvrir du substrat, de manière à augmenter sa rugosité de surface Ra. Le procédé comprend ensuite une étape de formation de la couche de revêtement par projection de type HVOF, d'un mélange pulvérulent contenant des grains de carbure métallique de type WC et d'un liant de ce carbure en Co et Cr sur le substrat préparé. Ces grains de carbures ont des dimensions strictement inférieures à 1 pm et en particulier inférieures à 450nm +/- 50nm et l'épaisseur de la couche de revêtement ainsi formée est inférieure à 50pm. Ensuite, le procédé comprend une étape de finition de la surface de ladite couche de revêtement de manière à obtenir le dimensionnel et état de surface requis au plan. Ces dépôts permettent d’avoir une résistance à la corrosion d’environ 500h en brouillard salin et une réduction du risque de rupture / décrochage de la couche formée sur le substrat.
[0007] Il existe un besoin de diminuer le coût de fabrication de ce procédé et d’améliorer la tenue à la corrosion notamment pour des épaisseurs de revêtement de faibles épaisseurs (<80 pm) de ce procédé de fabrication.
[0008] L’invention présentée ici porte donc sur l’amélioration de ce procédé de réalisation des dépôts par HVOF.
RESUME DE L’INVENTION
[0009] L’invention offre une solution améliorant le procédé décrit dans le document EP2956564 B1 , en ajoutant une étape d’imprégnation.
[0010] Un aspect de l’invention concerne un procédé de fabrication d'une pièce comportant un substrat métallique au moins partiellement recouvert d'une couche de protection, le procédé comprenant des étapes de : préparation d'une surface à recouvrir du substrat; dans lequel l’étape de préparation est une étape de nettoyage d’un substrat pour obtenir une surface préparée exempte de souillures ou de graisse, avec une rugosité Ra inférieure à 2pm, formation par projection d'un mélange pulvérulent contenant des grains de carbure métallique submicroniques selon un procédé de projection de type HVOF, sur la surface préparée du substrat, d’une couche de revêtement, dans lequel les grains de carbure métallique ont chacun une dimension strictement inférieure à 1 pm et l'épaisseur maximum de la couche de revêtement ainsi formée étant inférieure à 100pm, caractérisé en ce qu’il comprend en outre après l’étape de formation : une étape d’imprégnation de la couche de revêtement par un imprégnant organique formant ensemble une couche imprégnée, une étape de finition par polissage d'au moins une surface de ladite couche imprégnée de manière à former la couche de protection comprenant une surface polie ayant une rugosité Ra inférieure à 0.2pm.
[0011] Grâce à l’invention, l’étape d’imprégnation avec un imprégnant organique permet de diminuer l’épaisseur de la couche de revêtement par rapport à une couche de revêtement décrite dans l’art antérieur tout en améliorant le niveau de résistance à la corrosion. En effet, l’imprégnant organique va rentrer dans les pores de la couche de revêtement, les combler et ainsi former avec la couche de revêtement une couche de protection plus compacte qu’une couche de revêtement sans imprégnation. L’imprégnant organique peut rentrer totalement dans la couche de revêtement jusqu’à la surface du substrat formant ainsi la couche de protection compacte permettant d’accrocher une surface de substrat préparée qui peut être uniquement nettoyée par un dégraissage (contrairement à la solution décrite dans le document FR3002239 ). Il est donc possible de diminuer l’épaisseur nécessaire de la couche de revêtement comme dans le document FR3002239 tout en ayant une meilleur protection de corrosion, notamment pour des couches de protection de faibles épaisseurs (< 80 pm)
[0012] En outre, dans l’art antérieur décrit dans le document EP2956564 B1 , il était nécessaire de préparer la surface du substrat par sablage pour augmenter la rugosité de la surface et ainsi augmenter la surface d’accroche de la couche de revêtement. Ici, grâce à l’invention, la couche de protection étant plus compacte, le niveau d’accroche mécanique de la couche de protection sur le substrat à revêtir peut-être réduit sans augmenter le risque de décollement. Ainsi l’invention permet à un tel substrat d’être seulement dégraissé et non sablé.
[0013] Les grains de carbure métallique sont des carbures submicroniques puisqu’ils ont chacun une dimension strictement inférieure à 1 pm.
[0014] En outre, le fait de polir après et non avant l’imprégnation permet à l’imprégnant de pénétrer dans le dépôt via le réseau de porosité de celui-ci. Sa pénétration est donc d’autant meilleure que le dépôt est brut de projection et donc « rempli » de porosité en surface. Une imprégnation après polissage serait nettement moins efficace. [0015] Outre les caractéristiques qui viennent d’être évoquées dans le paragraphe précédent, le procédé selon un aspect de l’invention peut présenter une ou plusieurs caractéristiques complémentaires parmi les suivantes, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :
[0016] Selon un mode de réalisation, l’imprégnant organique est à base d’un Ester Diméthacrylate comprenant une fluidité pour rentrer dans les pores de la couche de revêtement ayant un diamètre compris entre 0.03pm à 0.3pm. Un tel imprégnant organique permet d’avoir une fluidité permettant de pénétrer dans les pores de la couche de revêtement. Les microporosités de la couche de revêtement sont ainsi comblées grâce à la faible viscosité de l’Ester Diméthacrylate qui peut combler des pores ayant un diamètre compris entre 0.03pm à 0.3pm.
[0017] Selon un mode de réalisation, l’imprégnant organique peut être à base d’un Ester Diméthacrylate ou d’un epoxy ou encore à base d’un alcool comprenant une fluidité pour rentrer dans les pores de la couche de revêtement ayant un diamètre compris entre 0.03pm à 0.3pm.
[0018] Selon un mode de réalisation, l’étape de préparation est une étape de nettoyage d’un substrat pour obtenir une surface préparée exempte de souillures ou de graisse, avec une rugosité Ra inférieure à 2pm. L’étape de préparation peut en effet être uniquement un nettoyage, notamment un dégraissage simplifiant et diminuant le coût, le temps, d’un tel procédé. L’étape d’imprégnation de la couche de revêtement par un imprégnant organique permet de réaliser l’étape de formation par projection du mélange pulvérulent contenant des grains de carbure métallique sur un substrat ayant une rugosité Ra inférieure à 2pm lorsqu’elle est nettoyée contrairement à l’art antérieur du document FR3002239 impliquant une étape de sablage sur le substrat. L’étape de préparation peut donc être uniquement une étape de dégraissage.
[0019] Selon un exemple du mode de réalisation précédent, l’étape de préparation est uniquement une étape de dégraissage pour obtenir une surface préparée dégraissée.
[0020] Selon un mode de réalisation, les grains de carbure métallique ont chacun une dimension strictement inférieure à 1 pm (carbures submicroniques) et l'épaisseur maximum de la couche de revêtement ainsi formée est inférieure à 100pm, par exemple entre 70 et 90 pm. La poudre de grain de carbures submicroniques permet une réduction du risque de rupture / décrochage de la couche de protection formée sur le substrat tout en ayant un niveau de protection amélioré contre la corrosion par rapport à celui du brevet EP2956564 B1 dû à l’imprégnant. En outre, cela permet une réduction du temps de projection nécessaire à la réalisation de la couche de revêtement et ainsi une réduction de la masse de la couche de revêtement ainsi formée.
[0021] En outre la diminution de l’épaisseur de la couche de revêtement améliore la tenue aux décollements sous sollicitations (appelés aussi « spalling ») et diminue les efforts transmis par l’interface revêtement-substrat.
[0022] Selon un mode de réalisation, l’étape d’imprégnation du revêtement est réalisée au pinceau en trempant le pinceau dans un récipient d’imprégnant organique et en l’appliquant sur la surface de la couche de revêtement.
[0023] Selon un mode de réalisation, l’étape d’imprégnation du revêtement comprend une sous étape de polymérisation de l’imprégnant sur la couche de revêtement avant l’étape de finition.
[0024] Un autre aspect de l’invention concerne une pièce obtenue par le procédé selon l’invention, avec ou sans les différentes combinaisons possibles des caractéristiques précédemment décrites.
[0025] Un autre aspect de l’invention concerne une pièce comprenant un substrat métallique et une couche de protection recouvrant au moins partiellement le substrat, en carbure métallique submicroniques imprégnée d’un imprégnant organique et comprenant une surface polie ayant une rugosité inférieure à 0.1 pm ou 0.2pm. La surface est polie en ayant une rugosité inférieure à 0.1 pm ou 0.2pm selon les utilisations de la pièce.
[0026] Une telle pièce a un coût de production inférieur à une pièce selon le procédé décrit dans le document EP2956564 B1 tout en ayant au moins un même niveau de résistance à la corrosion.
[0027] Selon un mode de réalisation, la surface polie est destinée à être soumise à du fretting et/ou du tourillonnement. (par tourillonnement on entend les forces soumises à une partie cylindrique d'un axe, généralement son extrémité, pivotant dans ou sur une pièce qui la maintient (chape, coussinet, flasque, palier)). [0028] Selon un exemple de ce mode de réalisation, la pièce est un axe d’articulation ou un essieu dans le domaine aéronautique.
[0029] Selon un mode de réalisation, la surface polie est destinée à être soumise aux zones d’étanchéité statique et/ou dynamique. Par exemple la pièce est une tige coulissante.
[0030] L’invention et ses différentes applications seront mieux comprises à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
[0031] Les figures sont présentées à titre indicatif et nullement limitatif de l’invention.
[0032] [Fig. 1a] représente une représentation schématique d’une coupe d’une pièce comprenant une couche de revêtement sur un substrat.
[0033] [Fig. 1b] représente une représentation schématique d’une coupe d’une pièce comprenant une couche imprégnée sur le substrat. [0034] Fig. 1b] représente une représentation schématique d’une coupe d’une pièce comprenant d’une couche de protection sur le substrat.
[0035] [Fig. 2] montre une représentation schématique du procédé de fabrication.
[0036] [Fig. 3] montre schématiquement un échantillon ayant subi un test de corrosion en atmosphère saline comprenant une surface polie selon l’invention et une surface de protection polie selon l’art antérieur.
DESCRIPTION DETAILLEE
[0037] Les figures sont présentées à titre indicatif et nullement limitatif de l’invention.
[0038] Comme indiqué précédemment le procédé de fabrication selon l'invention est préférentiellement utilisé pour produire une pièce 1 dont un agrandissement d’une coupe est représenté schématiquement sur la figure 1c.
[0039] En particulier la pièce 1 est d’usage dans le domaine aéronautique.
[0040] La pièce 1 en coupe représentée sur la figure 1c comprend un substrat métallique Sub représenté partiellement et une couche de protection Pro comprenant une surface polie S3. [0041] La figure 2 représente un logigramme d’un procédé de fabrication de la pièce 1 .
[0042] La pièce 1 est généralement réalisée par usinage pour présenter au moins une portion d’une surface cylindrique dans le cas d’une tige, qui peut être un axe d’articulation, un essieu ou encore une tige coulissante d’un atterrisseur. Cette portion cylindrique est dans la suite appelée le substrat Sub. La couche de protection Pro est donc annulaire et en l’occurrence destinée à fonctionner dans des zones d’étanchéité statique et/ou dynamique. Par exemple la couche de protection Pro est destinée à subir des frottements de joints pour permettre le coulissement de la tige par rapport à un fût de l'atterrisseur ou encore est destinée à être soumise à du fretting et/ou du tourillonnement par exemple pour un axe d’articulation ou un essieu.
[0043] La couche de protection Pro doit permettre à la fois une protection contre la corrosion de la pièce, une étanchéité entre la surface de la couche de protection et une autre pièce par exemple le fût pour limiter le risque de fuites de fluide hydraulique, une tenue à l’usure sous une pression, et une tenue au « spalling » appelée aussi essais d’écaillage avec une alternance de mouvement de traction et compression avec un rapport de charge de R=-1 .
[0044] On note que le substrat Sub est un alliage métallique de type acier ou titane.
[0045] Comme on le voit à la figure 2, le procédé de fabrication de la pièce 1 comprend une étape préparation A d'une surface S1 à recouvrir, du substrat Sub, pour obtenir une surface préparée S1. En l’occurrence, dans cet exemple l’étape de préparation est une étape de dégraissage et donc ne nécessite pas un sablage ou un ponçage. Bien entendu, selon un autre exemple et pour d’autre raisons que la diminution de coût, on peut aussi modifier la rugosité à l'étape de préparation d’un substrat par exemple par sablage.
[0046] En l’occurrence, dans cet exemple, l’étape de préparation du substrat est uniquement un nettoyage, dégraissage du substrat ayant à sa surface S1 nettoyée par exemple une rugosité Ra inférieure à 2pm par exemple de 1.9 pm. La rugosité d’une surface peut par exemple être mesurée selon les normes ISA3274-1997, ISO 4287- 1997, ISO 4288-1996, ISO 11562.
[0047] Le procédé de fabrication de la pièce 1 comprend après l’étape préparation A, une étape de formation B d’une couche de revêtement Rev, sur la surface S1 , en l’occurrence dégraissée, du substrat Sub, par projection de type HVOF, d'un mélange pulvérulent contenant des grains de carbure métallique submicroniques. La figure 1a représente une coupe de la pièce 1 comprenant le substrat sub et la couche de revêtement Rev déposée sur la surface S1 .
[0048] En particulier, dans cet exemple les grains ont des dimensions strictement inférieures à 1pm et l'épaisseur Epmax de la couche de revêtement Rev ainsi formée est dans cet exemple inférieure à 90pm, par exemple entre 70 et 90 pm. Ce mélange pulvérulent contient des grains de carbure métallique enrobés dans un liant, en l'occurrence du carbure de tungstène WC enrobés dans du cobalt Co et du Chrome Cr. Le cobalt Co sert de liant et le chrome Cr sert de protection contre l'oxydation.
[0049] Dans cet exemple, ce mélange pulvérulent se présente sous la forme d'agglomérats / agrégats de granulométrie inférieure à 50pm et préférentiellement inférieure à 30pm pour former une couche de revêtement maximale inférieure à 90pm, et supérieure à 70pm. Les agglomérats sont généralement réalisés par frittage pour créer des pontages entre le carbure et le matériau liant. Ce frittage est généralement réalisé avec un four pour fondre le liant sans décarburer les grains de carbure métallique.
[0050] Idéalement, les grains de carbure métallique WC présents dans ce mélange pulvérulent sont calibrés pour avoir une taille strictement inférieure à 1 pm, et préférentiellement de l’ordre de 400 à 800nm en granulométrie moyenne.
[0051] On note que la présente invention peut être mise en œuvre avec d'autres types de compositions chimiques contenant au moins un carbure métallique et au moins un liant. Parmi des exemples de compositions possibles, on peut avoir du WCCo pouvant se présenter sous forme d'un mélange de 83% de WC et de 17% de Co ou sous forme d'un mélange de 88% de WC et de 12% de Co ou du WCCoCr.
[0052] Comme la couche de revêtement Rev est fine, et que les agglomérats / agrégats de poudre ont une faible granulométrie, la rugosité résultante à la surface S2 de la couche de revêtement Rev dans cet exemple est de l’ordre de 3pm immédiatement après projection.
[0053] Le procédé de fabrication de la pièce 1 comprend après l’étape de formation B, une étape d’imprégnation C de la couche de revêtement Rev par un imprégnant organique lo formant ensemble une couche imprégnée lmp. [0054] La figure 1 b représente la pièce 1 en coupe avec la couche imprégnée lmp comprenant la couche de revêtement Rev imprégnée par l’imprégnant organique lo.
[0055] L’imprégnant organique lo peut-être à base d’ester diméthacrylate, d’epoxy, d’alcool etc. et doit avoir une fluidité suffisante pour rentrer dans les pores de la couche de revêtement Rev. En effet, l’imprégnant doit pouvoir pénétrer la couche de revêtement via le réseau de porosités ouvertes qui dans cet exemple représente 10% de porosité de la couche de revêtement avec un diamètre médian de pores de l’ordre de 0.20pm.
[0056] Ainsi l’étape d’imprégnation peut donc être réalisée en badigeonnant la surface S2 de la couche de revêtement Rev par l’imprégnant organique lo, par exemple avec un pinceau.
[0057] L’étape d’imprégnation C comprend une sous étape d’attente de polymérisation de l’imprégnant formant la couche imprégnée lmp comprenant une surface imprégnée S2’.
[0058] Comme précisé précédemment, la couche de revêtement Rev possède une rugosité Ra de la surface S2, ici Ra de S2 = 3pm du même ordre de grandeur que la rugosité Ra de la surface S1 , ici dans cet exemple de 2pm. De plus, la couche imprégnée lmp d’imprégnant organique se confond avec la couche de revêtement Rev ce qui ne génère pas de rugosité supplémentaire d’où Ra de la surface imprégnée S2’ de la couche imprégnée lmp identique à Ra de S2. En effet, les pores de la couche de revêtement Rev sont comblés par l’imprégnant organique qui possède une faible viscosité pour pénétrer toutes les tailles de pores, même les plus petites (de 0.03pm à 0.3pm) et ne reste donc pas à la surface S2 de la couche de revêtement Rev.
[0059] Le procédé comprend en outre une étape de finition par polissage D de la surface S2’ de ladite couche imprégnée lmp de manière à assurer que la rugosité Ra de la surface polie S3 polie de la couche de protection Pro soit inférieure à 0.1 pm ou inférieure à 0.2pm suivant les applications visées. Le polissage peut par exemple être réalisé à la bande diamantée.
[0060] L’étape de polissage de la couche imprégnée lmp réduit l’épaisseur de cette couche jusqu’à obtenir la couche de protection Pro ayant sa surface polie S3. En l’occurrence, l’étape de polissage de la couche imprégnée lmp réduit l’épaisseur de cette couche d’environ 20 pm. La couche imprégnée lmp ayant dans cet exemple une épaisseur inférieure à 90pm, par exemple entre 70 et 90 pm, La couche de protection Pro comprend donc une épaisseur, mesurée entre la surface polie S3 et la surface S1 , comprise entre une épaisseur minimale Epmin de 50 pm et une épaisseur maximale Epmax du 70 pm.
[0061] En effet, un simple polissage de la surface de protection S2’ permet d'obtenir une rugosité Ra inférieure à 0.1 pm ou inférieure à 0.2pm permettant ainsi à la surface polie S3 d’être soumise aux zones d’étanchéité statique et/ou dynamique.
[0062] Il est à noter que traditionnellement, une étape de rectification de la couche de revêtement est requise pour obtenir une géométrie de couche et un état de surface de couche donné. Or, la rectification d'une couche annulaire formée sur une portion cylindrique droite, impose de prévoir une épaisseur de couche importante pour garantir qu'après rectification, une épaisseur minimale de couche est maintenue sur le substrat.
[0063] En supprimant l'étape de rectification de la couche annulaire, le procédé selon l'invention permet d'obtenir directement l'épaisseur de couche souhaitée sans avoir à rectifier la pièce, éliminant ainsi le risque d'apparition de défauts de rectification (La rectification d'une couche annulaire cylindrique conduit fréquemment, du fait des incertitudes de positionnement de la pièce sur la rectifieuse, à l'apparition de zones de couche trop minces, difficilement détectables et susceptibles de favoriser une corrosion prématurée du substrat). L'invention permet de supprimer ce risque d'avoir une couche localement trop mince non détectable.
[0064] La figure 3 représente schématiquement une éprouvette 2 comprenant à gauche une surface polie S3 de la couche de protection Pro formée comme la pièce 1 selon le procédé de l’invention, et à droite une surface de la couche de revêtement S2, c’est-à-dire sans l’étape d’imprégnation C.
[0065] L’éprouvette 2 a été testé à la résistance à la corrosion, le test réalisé est sous atmosphère saline (brouillard salin) selon ASTM B117.
[0066] L’éprouvette 2’ correspond à l’éprouvette 2 après 1000h sous atmosphère saline.
[0067] On peut voir ainsi, que la surface S3 de la partie imprégnée de l’éprouvette 2 ne présente aucune trace de piqûre (partie gauche) même après 1 OOOh d’exposition au brouillard salin. Alors que la surface S2 de la partie non imprégnée (partie droite) est attaquée: d’abord avec des traces de piqûres 9 puis ensuite avec un développement généralisé de la corrosion 90.
[0068] En outre un test de tenue à l’usure a été réalisée sur une pièce 1 obtenue avec le procédé de l'invention présentant une zone cylindrique de diamètre de 10mm comprenant la surface S3 et sur laquelle est montée une bague en bronze (AMS4590), avec présence d’une graisse. Le test à l’usure comprend une première phase de 500 cycles d’une pression de la bague sur la surface S3 sous 50MPa puis une deuxième phase de 500 cycles sous 100MPa et une dernière phase avec 4 000 cycles sous 200MPa, et une fréquence de 0.1 Hz. Le coefficient de frottement et le taux d’usure (mesure du diamètre externe de l’axe et du diamètre interne de la bague) sont relevés tous les 500 cycles, et à chaque fois la graisse est renouvelée. Le test a montré que la pièce 1 obtenue avec le procédé de l'invention comprend un niveau de performance de tenue à l’usure semblable par rapport à celui réalisé selon le procédé du document EP2956564 B1 .
[0069] Le procédé de fabrication de l’invention permet donc d’obtenir une pièce moins cher que selon le procédé du document EP2956564 B1 tout en comportant un substrat métallique Sub au moins partiellement recouvert d'une couche de protection Pro ayant une tenue à l’usure semblable.
[0070] En outre, de manière surprenante, en partant d’un substrat ayant été uniquement nettoyé sans modifier sa rugosité à l’étape de préparation contrairement au substrat ayant subi à l’étape de préparation une étape de sablage ou de ponçage dans le document EP2956564 B1 , on constate que dans l’invention la couche de protection résiste au moins un même niveau à l’usure et à la corrosion que ne le ferait la couche de revêtement de ce document EP2956564 B1 , c’est-à-dire sans imprégnation.
[0071] En outre, un test d’écaillage, appelé aussi de tenue au « spalling », c’est-à- dire pas de perte d’adhérence entre le dépôt de la couche de protection Pro et le substrat Sub d’une éprouvette, ont été réalisés, avec une alternance de mouvement de traction et compression avec un rapport de charge de R=-1 , sur des échantillons avec une couche de protection Pro d’épaisseur de 80 pm à l’état fini. Le test a montré qu’une pièce comportant un substrat métallique Sub au moins partiellement recouvert d'une couche de protection Pro obtenue selon le procédé de fabrication de l’invention comporte une tenue au « spalling » sous 1140MPa, 1250MPa et 1300MPa pour 80 pm d’épaisseur.
[0072] Enfin, sur le même principe que le test d’écaillage, des essais de fatigue ont été réalisés sur une pièce 1 obtenue avec le procédé de l'invention. Ces essais consistent en une alternance de mouvements de traction et compression sous un rapport de charge R=0.1. Les résultats obtenus ont montré que l’abattement défini dans le passé pour ce type de dépôt/essais est toujours respecté dans le domaine de l’aéronautique.
[0073] Grâce à toutes ces caractéristiques le procédé de l'invention permet d'obtenir une pièce finie plus légère, moins coûteuse et d’au moins un même niveau de performance tout en conservant intacte les caractéristiques nécessaires à une bonne étanchéité entre la pièce 1 et une autre pièce.
[0074] Il est à noter que les grains de carbure utilisés peuvent être dans un autre type de carbure métallique que le carbure de tungstène et les matériaux liants peuvent être en d'autres matières que le Chrome et le Cobalt.
[0075] Sauf précision contraire, un même élément apparaissant sur des figures différentes présente une référence unique.

Claims

REVENDICATIONS
[Revendication 1] Procédé de fabrication d'une pièce (1) comportant un substrat métallique (Sub) au moins partiellement recouvert d'une couche de protection (Pro), le procédé comprenant des étapes de :
- préparation (A) d'une surface à recouvrir du substrat (Sub); dans lequel l’étape de préparation (A) est une étape de nettoyage d’un substrat (Sub) pour obtenir une surface préparée (S1) exempte de souillures ou de graisse, avec une rugosité Ra inférieure à 2pm,
- formation (B), par projection d'un mélange pulvérulent contenant des grains de carbure métallique submicroniques selon un procédé de projection de type HVOF, sur la surface préparée (S1) du substrat, d’une couche de revêtement (Rev), dans lequel les grains de carbure métallique ont chacun une dimension strictement inférieure à 1pm (carbures submicroniques) et l'épaisseur maximum (Ep max) de la couche de revêtement (Rev) ainsi formée étant inférieure à 100pm,
- caractérisé en ce qu’il comprend en outre après l’étape de formation (B): o une étape d’imprégnation (C) de la couche de revêtement (Rev) par un imprégnant organique (lo) formant ensemble une couche imprégnée (lmp), o une étape de finition par polissage (D) d'au moins une surface (S2’) de ladite couche imprégnée (lmp), de manière à former la couche de protection (Pro) comprenant une surface polie (S3) ayant une rugosité Ra inférieure à 0.2pm.
[Revendication 2] Procédé selon la revendication 1 , dans lequel T’imprégnant organique (io) est à base d’un Ester Diméthacrylate, ou d’un époxy ou d’un alcool comprenant une fluidité pour rentrer dans les pores de la couche de revêtement (Rev) ayant un diamètre compris entre 0.03pm à 0.3pm.
[Revendication 3] Procédé selon la revendication 1 ou 2 dans lequel l’étape de préparation (A) est uniquement une étape de dégraissage pour obtenir une surface préparée (S1) dégraissée.
[Revendication 4] Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel l’étape d’imprégnation (C) du revêtement est réalisée au pinceau en trempant le pinceau dans un récipient d’imprégnant organique et en l’appliquant sur la surface de la couche de revêtement.
[Revendication 5] Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel l’étape d’imprégnation (C) du revêtement comprend une sous étape de polymérisation de l’imprégnant sur la couche de revêtement (Rev) avant l’étape de finition.
[Revendication 6] Pièce (1 ) comprenant un substrat métallique et une couche de protection (Pro) recouvrant au moins partiellement le substrat, en carbure métallique submicroniques imprégnée d’un imprégnant organique et comprenant une surface polie (S3) ayant une rugosité inférieure à 0.1 pm ou inférieure à 0.2pm.
[Revendication 7] Pièce (1) selon la revendication précédente, dans laquelle la surface polie (S3) est destinée à être soumise à du fretting. et/ou du tourillonnement.
[Revendication 8] Pièce (1) selon la revendication précédente, dans laquelle la pièce (1 ) est un axe d’articulation ou un essieu dans le domaine aéronautique.
[Revendication 9] Pièce (1 ) selon l’une des revendications 6 à 8, dans laquelle la surface polie (S3) est destinée à être soumise aux zones d’étanchéité statique et/ou dynamique.
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