WO2023209313A1 - Procédé de fabrication d'une pièce comportant un substrat métallique recouvert d'une couche de protection - Google Patents

Procédé de fabrication d'une pièce comportant un substrat métallique recouvert d'une couche de protection Download PDF

Info

Publication number
WO2023209313A1
WO2023209313A1 PCT/FR2023/050571 FR2023050571W WO2023209313A1 WO 2023209313 A1 WO2023209313 A1 WO 2023209313A1 FR 2023050571 W FR2023050571 W FR 2023050571W WO 2023209313 A1 WO2023209313 A1 WO 2023209313A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
roughness
substrate
raw
sub
coating layer
Prior art date
Application number
PCT/FR2023/050571
Other languages
English (en)
Inventor
Francis Monerie-Moulin
Mathilde ARNOUX
Original Assignee
Safran Landing Systems
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 Safran Landing Systems filed Critical Safran Landing Systems
Publication of WO2023209313A1 publication Critical patent/WO2023209313A1/fr

Links

Classifications

    • 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
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/02—Pretreatment of the material to be coated, e.g. for coating on selected surface areas
    • 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
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/04—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
    • C23C4/10—Oxides, borides, carbides, nitrides or silicides; Mixtures thereof
    • 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
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • 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
    • C23C4/129—Flame spraying
    • 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
    • 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
  • 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.
  • These carbide grains have dimensions strictly less than 1 pm and preferably of the order of 450nm +/- 50nm and the thickness of the finished coating layer thus formed is less than 50 pm.
  • the process includes a step of finishing the surface by polishing said coating layer so as to ensure that its roughness Ra is less than 1.6 pm so as to obtain the dimension and surface condition required in the plan.
  • These deposits provide corrosion resistance of approximately 500 hours in salt spray and a reduction in the risk of rupture/detachment of the layer formed on the substrate.
  • this solution is insufficient because it requires in the field of aviation a need for improved corrosion resistance while having resistance to chipping compared to this prior art.
  • the corrosion test in the field of aviation currently is 1000 hours in salt spray, and it has been demonstrated that corrosion resistance is not systematic, particularly on a cylindrical substrate.
  • the sandblasting step in this solution is expensive and has an impact on the environment.
  • the sandblasting step increases the roughness of the substrate and therefore increases the surface roughness profile Rt (Rt > 20pm).
  • the overall surface roughness profile height Rt corresponds to the sum of a height Zp of the largest profile tip and a depth Zv of the largest valley of the profile, within a section d 'a length L measured relative to an average line of the profile. In other words the greatest gap between the highest peak and the deepest trough.
  • the coating layer could have a finished thickness of less than 80 pm while respecting the performance criteria. to corrosion and scaling by refraining from the sandblasting step.
  • this impregnation step is an additional step and therefore a constraint in terms of cost and time, as well as from a health, safety and environmental point of view.
  • the invention offers a solution improving the process described in document EP2956564 B1, since it does not require a step of sandblasting the surface before coating by thermal spraying and without adding any impregnation step. by having superior corrosion resistance by passing the 1000 hour corrosion test.
  • One aspect of the invention relates to a method of manufacturing a part comprising a metal substrate at least partially covered with a finished protective layer, the method successively comprising: a first preparation step devoid of modification of the surface by sandblasting, comprising a sub-step of shot peening an initial surface to obtain a roughness of the raw surface having an overall height of surface roughness profile Rt of between 10 pm and 15 pm and a sub-step of cleaning the surface raw of the raw substrate, a second step of formation by projection of a powder mixture containing submicron metal carbide grains according to a thermal projection process of the HVOF type at high liquid pressure, on the cleaned raw surface having its roughness prepared, a raw coating layer with a thickness of between 95pm and 125pm a third finishing step by polishing on the surface of said raw coating layer formed from the powder mixture in such a manner to form the finished protective layer forming a polished surface having a roughness Ra less than 0.2 pm, the finished protective layer having a thickness of between 75 pm and 100 pm
  • the finished protective layer greater than 75 ⁇ m Surprisingly, by depositing a finished protective layer greater than 75 ⁇ m, without adding impregnation, on a cleaned (prepared) raw surface of the substrate a roughness of the raw surface having an overall roughness profile height of the surface Rt between 10 pm and 15 pm by shot blasting only during preparation, the finished coating layer greater than 75 pm clings and does not come off (unlike the prior art of document FR3002239 involving a sandblasting step on the substrate and a layer of smaller thickness).
  • the invention does not include a sandblasting step but includes a shot blasting step.
  • Shot blasting is a technique consisting of projecting metal shot onto the surface of an object to carry out a surface treatment, the aim of which is to improve the appearance of the part. Shot blasting also makes it possible to close microscopic cracks (invisible to the naked eye) which cause, in use, sealing defects due to internal pressure. This is an additional guarantee against corrosion.
  • Shot peening known to modify the surface structure and therefore the appearance of the object or part, makes it possible to obtain greater surface roughness (Ra having a lower value) and makes it possible to obtain an overall height of surface roughness profile Rt smaller (here between 10 pm and 15 pm) than by a sandblasting step (Rt > 20 pm) known to eliminate impurities in order to be compatible with the adhesion of a coating or powder or liquid paint.
  • initial surface of the substrate is meant a surface without modification of roughness at the end of manufacturing of the substrate, whether by molding or machining (that is to say that the initial surface has not undergone any treatment for example sandblasting).
  • cleaned raw surface we mean the initial surface which has undergone the preparation step, that is to say the shot blasting of the initial surface and the cleaning.
  • prepared surface we therefore mean in the following description the cleaned raw surface (preparation by shot peening according to PCS-2300 on the initial surface to achieve a Ra of between 0.6 and 1.6pm and cleaning).
  • raw coating layer constituted from the powder mixture we mean that the layer is only made up of 100% material coming from the powder mixture and therefore does not include any addition of material such as an organic impregnant.
  • submicron metal carbide we mean that the grains of metal carbide each have a dimension strictly less than 1 pm (submicron carbides).
  • HVOF thermal process we mean the thermal process known under the English name (High Velocity Oxygen-Fuel) which is a thermal process using liquid fuel (kerosene) at high speed.
  • the invention makes it possible to have a substrate having an optimization of the thickness of the raw coating layer without increasing the roughness of the surface of the substrate by sandblasting while improving the corrosion resistance.
  • This thus makes it possible to optimize the quantity of powder mixture without the need for a roughness modification step or an impregnation step with an organic impregnant while improving the level of corrosion resistance compared to the solutions of the prior art.
  • the solution makes it possible to dispense with costly additional steps, whether it is the preparation of the substrate by sandblasting directly on an initial surface or after a shot-blasting step on the initial surface or even impregnation.
  • the gross thickness of between 95 pm and 120 pm is due in particular to a manufacturing tolerance by the high-speed liquid fuel (kerosene) thermal spraying process of the HVOF type but also linked to the quantity of shrinkage necessary during polishing. to obtain a finished surface having a roughness Ra ⁇ 0.2 pm as well as a manufacturing tolerance for the assembly of parts.
  • kerosene liquid fuel
  • the projection step according to the invention deposits a layer thickness equal to the dimensioning according to a desired dimension plus an extra dimension removed by polishing.
  • the finishing step of the coating layer by polishing makes it possible to remove a thickness strictly less than 30 pm (notably between 20 and 25 pm) while rectification removes at least 50 pm to take into account the roughness but also geometric defects of the part.
  • the thickness of the raw coating layer allows, after a polishing step, by removing a maximum of 30 pm of coating layer thickness to obtain this thickness of between 75 pm and 100 pm and a roughness less than 0.2 pm.
  • the protective layer being compact, it was found that the level of mechanical adhesion of the protective layer on the cleaned raw surface of the substrate to be coated is sufficient without increasing the risk of detachment. So the invention allows such a substrate to clean only its raw surface comprising an overall height of surface roughness profile Rt of between 10 pm and 15 pm and not to modify its surface as in the prior art, by sandblasting.
  • the liquid fuel is kerosene.
  • HVOF type thermal spraying process is at high pressure. This type of HVOF allows for higher particle velocities, which ensures good adhesion of small particles to the substrate.
  • the method of manufacturing a part comprises a pre-step of manufacturing the substrate, before the preparation step consisting of the machining of a substrate forming an initial surface.
  • the method of manufacturing a part comprises a pre-step of manufacturing the substrate, before the preparation step, comprising the demoulding of a substrate forming an initial surface.
  • the method consists of a pre-step of manufacturing the substrate and successively the first step, the second step and the third step.
  • Consisting of the pre-step and the three successive steps previously mentioned means without other steps, that is to say without the step of rectification, or sanding, or adding material to the layer, for example without impregnation of organic impregnant.
  • the sub-step of cleaning the substrate makes it possible to obtain a raw surface free of dirt or grease.
  • the sub-step of cleaning can be degreasing, simplifying and reducing the cost and time of such a process.
  • the preparation step makes it possible to improve the adhesion of the submicron grains to form the raw coating deposit layer.
  • the cleaning sub-step is only a degreasing step to obtain a degreased raw surface and in that the preparation step consists only of the shot-blasting sub-step and the under cleaning step, makes it possible to improve the adhesion of the submicron grains to form the coating deposition layer.
  • the grains of metal carbide each have a dimension strictly less than 1 pm (submicron carbides) and are mainly of the order of 400 to 800 nm in average particle size. Grains of this size make it possible to produce, by the HVOF type projection process, a compact coating layer while clinging to a surface of a substrate having a prepared roughness of between 0.6 and 1.6pm.
  • the fact of polishing the surface of the coating layer formed by grains of this dimension whose raw projection deposit has a roughness Ra ⁇ 3-5 pm up to a roughness of 0.2 pm makes it possible to resist corrosion.
  • this allows a reduction in the projection time necessary for producing the finished protective layer and thus a reduction in the mass of the raw coating layer thus formed.
  • the thickness of the coating layer has resistance to detachment under stress (also called “spalling") significantly greater than the needs in the field of the invention and the fact of not having a thickness au- beyond 100 pm reduces the forces transmitted by the coating-substrate interface.
  • Another unclaimed aspect of the invention relates to a part comprising a metal substrate and a finished protective layer, obtained according to the manufacturing process of the first aspect of the invention with or without the different characteristics described in the preceding paragraphs .
  • Another unclaimed aspect of the invention relates to a part comprising a metal substrate and a finished protective layer consisting of a powder mixture containing submicron metal carbide grains deposited using an HVOF type projection process, the protective layer finished being deposited on a raw surface of the substrate having a roughness prepared by shot peening to obtain a raw surface having a prepared roughness Ra of between 0.6 and 1.6pm, and comprising a polished surface having a roughness less than 0.2pm.
  • Such a part has a lower production cost than a part according to the process described in document EP2956564 B1 while having better resistance to corrosion.
  • the polished surface is intended to be subjected to fretting and/or doweling.
  • journalling we mean the forces subjected to a cylindrical part of an axis, generally its end, pivoting in or on a part which holds it (yoke, 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 pivoting functions (for example an axle) as well as dynamic sealing (for example a sliding rod).
  • the polished surface is intended to be subjected to static and/or dynamic sealing zones.
  • the part is a sliding rod.
  • FIG. 1 a represents a schematic representation of a section of a part comprising a substrate having a raw surface.
  • FIG. 1 b shows a schematic representation of a section of a part comprising a raw coating layer on a cleaned and prepared raw surface of the substrate.
  • FIG. 1c represents a schematic representation of a section of a part including a finished 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 salt atmosphere comprising a polished surface according to the invention and a polished protective surface according to the prior art.
  • the manufacturing process according to the invention is preferably used to produce a part 1 of which an enlargement of a section is represented schematically in Figure 1c.
  • Part 1 in particular is used in the aeronautical field.
  • Part 1 in section shown in Figure 1c comprises a metal substrate Sub partially shown and a finished protective layer Rf comprising a polished surface S3.
  • Figure 2 represents a flowchart of a manufacturing process for part 1.
  • the part 1 is generally produced by machining to present at least a portion of a cylindrical surface in the case of a rod, which can be a hinge pin, an axle or even a sliding rod of an undercarriage .
  • This cylindrical portion is hereinafter called the Sub substrate.
  • the finished protective layer Rf is therefore annular and in this case intended to operate in static and/or dynamic sealing zones.
  • the finished protective layer Rf 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 journaling for example for a hinge pin or axle.
  • Sub substrate is a metal alloy of steel or titanium type.
  • the method of manufacturing part 1 comprises a preparation step A of a raw initial surface S1 of the substrate Sub, to obtain a prepared raw initial surface S1 n to be covered by the layer finished RF protection.
  • Figure 1 a represents a section of the substrate Sub comprising its raw initial surface S1 and the prepared raw surface S1 n is referenced in Figure 1c as well as in Figure 1 b representing the part 1 comprising the prepared raw surface S1 n covered with a raw coating layer Rb.
  • Preparation step A includes, in this example, a degreasing sub-step and a shot-blasting sub-step. The preparation step A therefore modifies the roughness of the initial surface into a raw surface S1 of the substrate by shot peening which is then cleaned. The cleaned raw surface S1 n has therefore not been sandblasted or sanded.
  • the sub-step of shot peening the initial surface makes it possible to obtain a raw surface having an overall height of roughness profile of the surface Rt represented in Figure 1 a, between 10 pm and 15 pm unlike sandblasting which generates a roughness whose overall roughness profile height of the surface Rt is greater than 20 pm.
  • Such shot peening also makes it possible to obtain a prepared roughness Ra of between 0.6 and 1.6pm.
  • the cleaning sub-step is only a degreasing of the raw initial surface S1 of the substrate forming a cleaned raw surface S1 n having a roughness Ra identical to that of the raw surface S1 for example 1.6 p.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 method of manufacturing the part 1 comprises, after the preparation step A, a step B of forming a raw coating layer Rb, on the cleaned (prepared) raw surface S1 n, in this case degreased , of the Sub substrate, by HVOF type projection, of a powder mixture containing submicron metal carbide grains.
  • Figure 1 b represents a section of part 1 comprising the substrate sub and the raw coating layer Rb deposited on the cleaned surface S1 n.
  • the raw coating layer Rb includes a raw coating surface S2 visible in this figure 1 b.
  • the grains have dimensions strictly less than 1 pm and the thickness Epmax of the raw coating layer Rb thus formed is between 95 and 120 pm, for example in this example the thickness is between between 100 and 110 p.m.
  • the thickness of the raw coating layer Rb is variable depending on the manufacturing tolerances of the coating layer and thus allows a finishing step by polishing C, subsequently written, not to remove more than 30 ⁇ m of thickness of coating layer removed, in this case maximum 22 pm.
  • This powdery mixture contains grains of metal carbide coated in a binder, in this case tungsten carbide WC coated in cobalt Co and Chrome Cr. Cobalt Co serves as a binder and chromium Cr serves as protection against oxidation.
  • this powder mixture is in the form of agglomerates/aggregates whose powder particles are of the order of 20-30 pm and whose deposition by the HVOF process forms a stack of ceramic powder particles with metal matrix in the molten state. These ceramic powder particles have a size strictly less than 1 pm to form a maximum coating layer of less than 120 pm, and greater than 95 pm.
  • the agglomerates are generally made by sintering to create bridges between the carbide and the binder material. This sintering is generally carried out with an oven to melt the binder without decarburizing the metal carbide grains.
  • the WC metal carbide grains present in this powder mixture are calibrated to have a size strictly less than 1 pm, 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 on the surface of raw coating S2 of the raw coating layer Rb in this example is of the order of 3 pm immediately after projection.
  • the method of manufacturing the part 1 comprises directly after the forming step B, a third finishing step by polishing the raw coating surface S2 to form the polished surface S3 having a roughness Ra less than 0.2 pm up to to obtain a part 1 having the desired diameter, for example 13mm, or a radius of 6.5mm.
  • the finished protective layer Rf has a thickness between 75 pm and 100 pm.
  • the thickness of the finished protective layer Rf is between 88 and 92 pm due to the tolerance of the manufacturing of the Sub substrate and the tolerance of the finishing step by polishing.
  • the third finishing step by polishing is therefore formed on the raw coating surface S2, removing a portion Rrp of the raw coating layer Rb thus forming the finished protective layer Rf having a thickness between 88 and 92 ⁇ m.
  • the raw coating surface Rb is porous, comprising in this example (depending on the type of powder) pores having diameters between 0.3 pm and 0.04 pm and 80% mainly between 0.25 and 0.1 pm.
  • the median pore diameter is 0.2 pm per pore, the porosity of which is 0.04mL/g.
  • the third finishing step by polishing C of the raw surface S2 ensures that the roughness Ra of the polished surface S3 polished of the finished protective layer Rf is less than 0.2pm. Polishing can for example be carried out with a diamond band.
  • the step of polishing the raw coating layer Rb reduces the thickness of this layer until obtaining a dimension of the part, here a cylinder with a diameter of 13mm whose manufacturing tolerance is + or - 0.4 pm .
  • the polishing step reduces the thickness of the raw coating layer Rb by removing a part Rrp of the raw coating layer having a thickness between 12 and 18 pm.
  • the finished protective layer Rf thus has in this example a lower thickness of between 88 and 92 pm having a roughness Ra of 0.2 pm thus making it possible to obtain a diameter of the part of 13mm (substrate: 12.82mm having a tolerance + or - 4 pm + (2 times (radii) the thickness of the coating layer 88 and 92 pm) + or - 0.4 pm.
  • the method according to the invention makes it possible to directly obtain the desired layer thickness without having to rectify the coating layer of the part, thus eliminating the risk of appearance of grinding defects (The grinding of a cylindrical annular layer frequently leads, due to uncertainties in positioning the part on the grinding machine, to the appearance of layer areas 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 too thin locally and cannot be detected.
  • Figure 3 schematically represents a test piece 2 comprising on the left a polished surface S3 of the finished protective layer rf formed like part 1 according to the method of the invention, and on the right a surface of the coating layer
  • Test specimen 2 was tested for corrosion resistance, the test carried out under a saline atmosphere (salt mist) according to ASTM B117.
  • Test specimen 2’ and 2 correspond to specimen 2 after 1000 hours in a saline atmosphere.
  • the surface S3 of the part according to the invention with a minimum deposit thickness of 75 ⁇ m of the test piece 2 shows no trace of pitting (left part) even after 1 OOOh of exposure to salt spray.
  • the surface S4 having a low coating layer thickness (right part) is attacked: first with traces of pitting 9 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 grease.
  • the wear test includes a first phase of 500 cycles of pressure of the ring on the surface S3 under 50MPa then a second phase of 500 cycles under 100MPa and a last phase with 4,000 cycles under 200MPa, and a frequency of 0.1 Hz.
  • the coefficient of friction and the wear rate (measurement of the external diameter of the axis and the internal diameter of the ring) 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 includes a level of wear resistance performance similar to that produced according to the process of document EP2956564 B1.
  • the manufacturing process of the invention therefore makes it possible to obtain a less expensive part than according to the process of document EP2956564 B1 while comprising a metal substrate Sub at least partially covered with a finished rf protective layer having a high resistance similar wear and better resistance to corrosion.
  • the protective layer makes it possible to remain attached to the raw surface having a roughness of the raw surface having an overall height of roughness profile of the surface Rt between 10 pm and 3 p.m. Furthermore, due to the increased thickness of the coating layer, the finished substrate of the invention resists corrosion better than the coating layer of this document EP2956564 B1, that is to say a thickness less than 50 pm with a roughness Ra of 1.6 pm.
  • the test showed that a part comprising a metal substrate Sub at least partially covered with a finished protective layer Rf obtained according to the manufacturing process of the invention has a resistance to "spalling" under 1140MPa, 1250MPa and 1300MPa for 100 pm thickness.
  • the process 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 retaining intact the characteristics necessary for good sealing between the part. 1 and another piece.
  • the carbide grains used may be in a type of metallic carbide other than tungsten carbide and the binder materials may be in materials other than chrome and cobalt.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)

Abstract

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 fini (Rf), comprenant des étapes de : une première étape de préparation (A) d'une surface initiale en une surface brute, sans sablage, comprenant une sous étape de grenaillage d'une surface initiale du substrat pour obtenir une rugosité de la surface brute ayant une hauteur globale de profil de rugosité de la surface Rt comprise entre 10 µm et 15 µm et une sous étape de nettoyage de la surface brute (Sub), une deuxième étape de formation (B), par projection d'un mélange pulvérulent contenant des grains de carbure métallique submicroniques selon un procédé de projection thermique de type HVOF, sur la surface brute nettoyée (S2), d'une couche de revêtement brute (Rb), jusqu'à une épaisseur comprise entre 95μm et 120μm, une troisième étape de finition par polissage (D) sur la surface de ladite couche de revêtement brute (S2) constituée à partir du mélange pulvérulent de manière à former la couche de protection fini (Rf) ayant une épaisseur comprise entre 75 μm et 100 μm, formant une surface polie (S3) ayant une rugosité inférieure à 0.2μm.

Description

DESCRIPTION
TITRE : Procédé de fabrication d'une pièce comportant un substrat métallique recouvert d'une couche de protection
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.
ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L’INVENTION
[0003] On connait 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 thermique de type HVOF ( de l’anglais : High Velocity Oxygen Fuel ) sur un substrat comprenant une épaisseur entre 30pm et 50pm. Ce procédé comprend une première étape de préparation de la surface à recouvrir du substrat par sablage, de manière à augmenter sa rugosité de surface Ra de l’ordre de 0.6 à 1 .6pm. 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 préférentiellement de l’ordre de 450nm +/- 50nm et l'épaisseur de la couche de revêtement fini ainsi formée est inférieure à 50pm. Ensuite, le procédé comprend une étape de finition de la surface par polissage de ladite couche de revêtement de manière à assurer que sa rugosité Ra soit inférieure à 1 .6pm .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. Cependant cette solution est insuffisante car il nécessite dans le domaine de l’aviation un besoin d’une amélioration d’une résistance à la corrosion tout en ayant une résistance à l’écaillage par rapport à cet art antérieur. En effet, le test de corrosion dans le domaine de l’aviation actuellement est de 1000 heures en brouillard salin, et il a été démontré que la résistance à la corrosion n’était pas systématique, notamment sur un substrat cylindrique.
[0007] En outre l’étape de sablage dans cette solution est coûteuse et a un impact sur l’environnement. L’étape de sablage permet d’augmenter la rugosité du substrat et par conséquent augmente le profil de rugosité de la surface Rt (Rt > 20pm). La hauteur globale de profil de rugosité de la surface Rt correspond à la somme d’une hauteur Zp de la plus grande pointe de profil et d’une profondeur Zv de la plus grande vallée du profil, à l’intérieur d’une section d’une longueur L de mesure par rapport à une ligne moyenne du profil. Autrement dit le plus grand écart entre la pointe la plus haute et le creux le plus profond.
[0008] En outre dans ce document, il est décrit que préalablement il était connu de déposer une couche de revêtement, obtenue avec des grains de plusieurs micromètres, ayant une épaisseur supérieure à 75 pm et de la rectifier ensuite (enlevant au moins 50 pm pour la rectification).
[0009] Il existe un besoin de diminuer le coût de fabrication de ce procédé tout en gardant une tenue à la corrosion notamment pour des épaisseurs de revêtement de faibles épaisseurs (<100 pm) à l’état fini de ce procédé de fabrication.
[0010] L’invention présentée ici porte donc sur l’amélioration de ce procédé de réalisation des dépôts par HVOF. RESUME DE L’INVENTION
[0011] Il a été constaté en interne, sans publication, qu’en imprégnant une couche de revêtement avant d’être polie via un imprégnant organique, la couche de revêtement pouvait avoir une épaisseur finie inférieure à 80pm tout en respectant les critères de tenue à la corrosion et d’écaillage en s’abstenant de l’étape de sablage.
[0012] Il a aussi été constaté en interne, sans publication, qu’en appliquant une couche de revêtement comme dans le document EP2956564 mais avec une épaisseur finie de 55 pm, il y avait toujours un problème de corrosion au test de corrosion sur 1000 heures.
[0013] Cependant cette étape d’imprégnation est une étape additionnelle et donc une contrainte en terme de coût et temps, ainsi que d’un point de vue santé, sécurité et environnement.
[0014] L’invention offre une solution améliorant le procédé décrit dans le document EP2956564 B1 , puisqu’elle s’affranchi d’une étape de sablage de la surface avant le revêtement par projection thermique et sans ajouter d’étape d’imprégnation tout en ayant une résistance à la corrosion supérieure en réussissant le test de corrosion de 1000 heures.
[0015] 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 finie, le procédé comprenant successivement : une première étape de préparation dépourvue de modification de la surface par sablage, comprenant une sous étape de grenaillage d’une surface initiale pour obtenir une rugosité de la surface brute ayant une hauteur globale de profil de rugosité de la surface Rt comprise entre 10 pm et 15 pm et une sous étape de nettoyage de la surface brute du substrat brut, une deuxième étape de formation par projection d'un mélange pulvérulent contenant des grains de carbure métallique submicroniques selon un procédé de projection thermique de type HVOF à haute pression liquide , sur la surface brute nettoyée ayant sa rugosité préparée, d’une couche de revêtement brute d’une épaisseur comprise entre 95pm et 125pm une troisième étape de finition par polissage sur la surface de ladite couche de revêtement brute constituée à partir du mélange pulvérulent de manière à former la couche de protection fini formant une surface polie ayant une rugosité Ra inférieure à 0.2pm, la couche de protection finie ayant une épaisseur comprise entre 75 pm et 100 pm.
[0016] De façon étonnante, en déposant une couche de protection finie supérieure à 75 pm, sans ajouter d’imprégnation, sur une surface brute nettoyée ( préparée) du substrat une rugosité de la surface brute ayant une hauteur globale de profil de rugosité de la surface Rt comprise entre 10 pm et 15 pm par grenaillage seulement lors de la préparation, la couche de revêtement finie supérieure à 75 pm s’accroche et ne se décolle pas (contrairement à l’art antérieur du document FR3002239 impliquant une étape de sablage sur le substrat et une couche de plus petite épaisseur ). Autrement dit, l’invention est dépourvue d’étape de sablage mais comporte une étape de grenaillage. Le grenaillage est une technique consistant à projeter de la grenaille métallique sur la surface d’un objet pour réaliser un traitement des surfaces, qui a pour but d’améliorer l’aspect de la pièce. Le grenaillage permet en outre de refermer de microscopiques fissures (invisibles à l’œil nu) qui provoquent, à l’usage, des défauts d’étanchéité dus à la pression interne. C’est une garantie supplémentaire contre la corrosion. Le grenaillage, connu pour modifier la structure superficielle et donc l’aspect de l’objet ou de la pièce, permet d’obtenir une rugosité de surface plus importante (Ra ayant une valeur plus faible) et permet d’obtenir une hauteur globale de profil de rugosité de la surface Rt plus petite (ici entre 10 pm et 15 pm ) que par une étape de sablage (Rt > 20pm) connue pour éliminer les impuretés afin d’être compatible avec l’accroche d’un revêtement ou d’une peinture poudre ou liquide. Ainsi, il est surprenant que l’utilisation seulement du grenaillage à la place ou sans sablage pour y ajouter une couche de revêtement permet d’avoir une couche de revêtement plus épaisse (couche finie supérieure à 75 pm) qui s’accroche et ne se décolle pas. En outre comme la couche est plus épaisse, cela permet d’améliorer contre la corrosion et ainsi permet de résister au test de corrosion de 1000 heures.
[0017] Par surface initiale du substrat, on entend une surface sans modification de rugosité à la sortie de fabrication du substrat, que ce soit par moulage ou usinage (c’est-à-dire que la surface initiale n’a pas subi de traitement par exemple de sablage).
[0018] Par surface brute nettoyée, on entend la surface initiale qui a subi l’étape de préparation c’est-à-dire le grenaillage de la surface initiale et le nettoyage. [0019] Par surface préparée, on entend ainsi dans la suite de description la surface brute nettoyée ( préparation par grenaillage de précontrainte selon PCS-2300 sur la surface initiale pour aboutir à Ra compris entre 0.6 et 1 .6pm et nettoyage).
[0020] Par couche de revêtement brute constituée à partir du mélange pulvérulent, on entend que la couche est uniquement constituée à 100% de matière provenant du mélange pulvérulent et donc ne comporte pas d’ajout de matière tel qu’un imprégnant organique.
[0021] Par carbure métallique submicroniques on entend que les grains de carbure métallique ont chacun une dimension strictement inférieure à 1 pm (carbures submicroniques).
[0022] Par procédé thermique HVOF on entend, le procédé thermique connu sous l’appellation anglaise (High Velocity Oxygen-Fuel) qui est un procédé thermique à carburant liquide (kérosène) à haute vitesse.
[0023] L’invention permet d’avoir un substrat ayant une optimisation de l’épaisseur de la couche de revêtement brute sans augmenter la rugosité de la surface du substrat par sablage tout en améliorant la résistance à la corrosion. Cela permet ainsi d’optimiser la quantité de mélange pulvérulent sans besoin d’avoir une étape de modification de rugosité ni d’étape d’imprégnation avec un imprégnant organique tout en améliorant le niveau de résistance à la corrosion par rapport aux solutions de l’art antérieur. Autrement dit la solution permet de se dispenser d’étapes supplémentaires coûteuse que ce soit la préparation du substrat par sablage directement sur une surface initiale ou après une étape de grenaillage sur la surface initiale ou encore d’imprégnation.
[0024] L’épaisseur brute comprise entre 95pm et 120pm est due notamment à une tolérance de fabrication par le procédé de projection thermique à carburant liquide (kérosène) à haute vitesse de type HVOF mais aussi liée à la quantité de retrait nécessaire lors du polissage pour obtenir une surface finie ayant une rugosité Ra < 0.2 pm ainsi qu’une tolérance de fabrication pour le montage de pièces. Sachant que l’intérêt est d’utiliser le moins possible des grains de carbure métallique submicroniques pour l’environnement et pour des raisons de coûts, tout en ayant une bonne résistance à la corrosion, la demanderesse a remarqué de façon surprenante et inattendue, qu’en ajoutant 25 pm d’épaisseur fini de la surface polie selon le procédé de l’invention (sans sablage) (correspondant à l’épaisseur de couche de revêtement comprise entre 75 pm et 100 pm avec une surface polie ayant une rugosité Ra inférieure de 0.2 pm) par rapport à la solution du brevet FR3002239 ainsi que celle mentionnée dans son art antérieur, permet de passer des tests salin de 1000 heures, soit de doubler la résistance à la corrosion par rapport à la solution du brevet FR3002239 ainsi que celle mentionnée dans son art antérieur.
[0025] L’étape de projection selon l’invention dépose une épaisseur de couche égale au dimensionnement selon une cote souhaitée plus une surcote retirée par polissage. En effet, l’étape de finition de la couche de revêtement par polissage permet d’enlever une épaisseur strictement inférieure à 30pm (notamment entre 20 et 25 pm) alors qu’une rectification enlève au minimum 50pm pour tenir compte de la rugosité mais également des défauts géométriques de la pièce. Ainsi l’épaisseur de couche de revêtement brute permet après une étape de polissage, en enlevant au maximum 30 pm d’épaisseur de couche de revêtement d’obtenir cette épaisseur comprise entre 75 pm et 100 pm et une rugosité inférieure à 0.2 pm. Bien entendu, on adaptera le dimensionnement et la tolérance de fabrication du substrat brute selon la tolérance de fabrication de la pièce fini (tolérance substrat + tolérance couche de protection finie).
[0026] En conclusion, de façon surprenante, et contrairement à ce qui est indiqué dans le document FR3002239, il est possible d’avoir une épaisseur de couche de revêtement au-delà de 75 pm, tout en s’affranchissant de l’étape de sablage (le sablage ayant une rugosité dont la hauteur globale de profil de rugosité Rt de la surface brute est supérieure à 20 pm). Le fait d’avoir une rugosité finale inférieure à 0.2 pm, et une couche formée avec des grains de carbure métallique submicroniques, ayant une épaisseur finie comprise entre 75 pm et 100 pm, permet également de s’affranchir des problèmes de décollement du revêtement déposé. En outre en ajoutant soit uniquement 25 à 50 pm de plus de couche de revêtement que dans le document FR3002239 on double la résistance à la corrosion
[0027] En outre, dans l’art antérieur, il était nécessaire de préparer la surface initiale ou brute (après grenaillage) 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 compacte, il a été constaté que le niveau d’accroche mécanique de la couche de protection sur la surface brute nettoyée du substrat à revêtir est suffisant sans augmenter le risque de décollement. Ainsi l’invention permet à un tel substrat de nettoyer seulement sa surface brute comprenant une hauteur globale de profil de rugosité de la surface Rt comprise entre 10 pm et 15 pm et non de modifier sa surface comme dans l’art antérieur, par sablage.
[0028] 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 :
[0029] Selon un mode de réalisation, le carburant liquide est du kérosène.
[0030] Selon un mode de uniquement le procédé de projection thermique de type HVOF est à haute pression. Ce type d’HVOF permet d’avoir des vitesses de particules plus importantes, ce qui permet d’assurer un bon accrochage des particules de petites tailles sur le substrat.
[0031] Selon un mode de réalisation le procédé de fabrication d'une pièce comprend une pré étape de fabrication du substrat, avant l'étape de préparation consistant à l’usinage d’un substrat formant une surface initiale.
[0032] Selon un autre mode de réalisation le procédé de fabrication d'une pièce comprend une pré étape de fabrication du substrat, avant l'étape de préparation, comprenant le démoulage d’un substrat formant une surface initiale.
[0033] Selon un mode de réalisation, le procédé est constitué d’une pré-étape de fabrication du substrat et successivement la première étape, la deuxième étape et la troisième étape.
[0034] Par constitué de la pré étape et des trois étapes successives mentionnées préalablement on entend sans autres étapes, c’est-à-dire sans étape de rectification, ou de sablage, ou d’ajout de matière dans la couche, par exemple sans imprégnation d’imprégnant organique.
[0035] Selon un mode de réalisation, la sous étape de nettoyage du substrat permet d’obtenir une surface brute exempte de souillures ou de graisse La sous étape de nettoyage, peut être un dégraissage simplifiant et diminuant le coût, le temps, d’un tel procédé. L’étape de préparation permet d’améliorer l’accrochage des grains submicroniques pour former la couche de dépôt de revêtement brute. [0036] Selon un exemple du mode de réalisation précédent, la sous étape de nettoyage est uniquement une étape de dégraissage pour obtenir une surface brute dégraissée et en ce que l’étape de préparation est constituée uniquement de la sous étape de grenaillage et de la sous étape de nettoyage, permet d’améliorer l’accrochage des grains submicroniques pour former la couche de dépôt de revêtement.
[0037] Selon un mode de réalisation, les grains de carbure métallique ont chacun une dimension strictement inférieure à 1 pm (carbures submicroniques) et sont majoritairement de l’ordre de 400 à 800nm en granulométrie moyenne. Les grains de cette dimension permettent de réaliser par le procédé de projection de type HVOF, une couche de revêtement compacte tout en s’accrochant à une surface d’un substrat ayant une rugosité préparée comprise entre 0.6 et 1.6pm. En outre le fait de polir la surface de la couche de revêtement formée par des grains de cette dimension dont le dépôt brut de projection a une rugosité Ra~ 3-5pm jusqu’à une rugosité de 0.2 pm permet de résister à la corrosion. En outre, cela permet une réduction du temps de projection nécessaire à la réalisation de la couche de protection finie et ainsi une réduction de la masse de la couche de revêtement brute ainsi formée.
[0038] En outre l’épaisseur de la couche de revêtement à une tenue aux décollements sous sollicitations (appelés aussi « spalling >>) nettement supérieure aux besoins dans le domaine de l’invention et le fait de ne pas avoir une épaisseur au-delà de 100 pm diminue les efforts transmis par l’interface revêtement-substrat.
[0039] Un autre aspect de l’invention non revendiqué concerne une pièce comprenant un substrat métallique et une couche de protection finie, obtenue selon le procédé de fabrication du premier aspect de l’invention avec ou sans les différentes caractéristiques décrites dans les paragraphes précédents.
[0040] Un autre aspect de l’invention non revendiqué concerne une pièce comprenant un substrat métallique et une couche de protection finie constituée de mélange pulvérulent contenant des grains de carbure métallique submicroniques déposés selon un procédé de projection de type HVOF, la couche de protection finie étant déposée sur une surface brute du substrat ayant une rugosité préparée par un grenaillage pour obtenir une surface brute ayant une rugosité préparée Ra comprise entre 0.6 et 1 .6pm, et comprenant une surface polie ayant une rugosité inférieure à 0.2pm. [0041] Une telle pièce a un coût de production inférieur à une pièce selon le procédé décrit dans le document EP2956564 B1 tout en ayant une meilleure résistance à la corrosion.
[0042] 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)).
[0043] Selon un exemple de ce mode de réalisation, la pièce est un axe d’articulation ou un essieu dans le domaine aéronautique.
[0044] Selon un mode de réalisation, la surface polie est destinée à être soumise à des fonctions de tourillonnement (par exemple un essieu) ainsi que d’étanchéité dynamique (par exemple une tige coulissante).
[0045] 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.
[0046] 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
[0047] Les figures sont présentées à titre indicatif et nullement limitatif de l’invention.
[0048] [Fig. 1 a] représente une représentation schématique d’une coupe d’une pièce comprenant un substrat ayant une surface brute.
[0049] [Fig. 1 b] représente une représentation schématique d’une coupe d’une pièce comprenant une couche de revêtement brute sur une surface brute nettoyée et préparée du substrat.
[0050] [Fig. 1c] représente une représentation schématique d’une coupe d’une pièce comprenant une couche de protection finie sur le substrat.
[0051] [Fig. 2] montre une représentation schématique du procédé de fabrication.
[0052] [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
[0053] Les figures sont présentées à titre indicatif et nullement limitatif de l’invention.
[0054] 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.
[0055] En particulier la pièce 1 est d’usage dans le domaine aéronautique.
[0056] La pièce 1 en coupe représentée sur la figure 1c comprend un substrat métallique Sub représenté partiellement et une couche de protection finie Rf comprenant une surface polie S3.
[0057] La figure 2 représente un logigramme d’un procédé de fabrication de la pièce 1.
[0058] 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 finie Rf 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 finie Rf 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.
[0059] La couche de protection finie Rf doit permettre à la fois une protection contre la corrosion de la pièce, une étanchéité entre la surface polie S3 de la couche de protection finie Rf 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 .
[0060] On note que le substrat Sub est un alliage métallique de type acier ou titane.
[0061] Dans l’exemple qui suit, on recherche une fabrication d’une pièce 1 finie ayant un cylindre de diamètre 13mm dont la tolérance de fabrication total (substrat + finition par polissage) est de + ou - 0.4 pm. [0062] La fabrication du substrat Sub est ici par exemple un usinage par tour pour obtenir un diamètre de 12,82mm ayant une tolérance de fabrication
[0063] Comme on le voit à la figure 2, le procédé de fabrication de la pièce 1 comprend une étape préparation A d'une surface initiale brute S1 du substrat Sub, pour obtenir une surface initiale brute préparée S1 n à recouvrir par la couche de protection fini rf. La figure 1 a représente une coupe du substrat Sub comprenant sa surface initiale brute S1 et la surface brute préparée S1 n est référencée sur la figure 1c ainsi que sur une figure 1 b représentant la pièce 1 comprenant la surface brute préparée S1 n recouverte d’une couche de revêtement brute Rb. L’étape de préparation A comprend en l’occurrence, dans cet exemple, une sous étape de dégraissage et une sous étape de grenaillage. L’étape de préparation A modifie donc la rugosité de la surface initiale en une surface brute S1 du substrat par le grenaillage qui ensuite est nettoyée. La surface brute nettoyée S1 n n’a donc pas subie un sablage ou un ponçage.
[0064] La sous étape de grenaillage de la surface initiale permet d’obtenir une surface brute ayant une hauteur globale de profil de rugosité de la surface Rt représentée sur la figure 1 a, compris entre 10 pm et 15 pm contrairement à un sablage qui engendre une rugosité dont la hauteur globale de profil de rugosité de la surface Rt est supérieure à 20 pm. Un tel grenaillage permet aussi d’obtenir une rugosité préparée Ra comprise entre 0.6 et 1 .6pm.
[0065] En l’occurrence, dans cet exemple, la sous étape de nettoyage est uniquement un dégraissage de la surface initiale brute S1 du substrat formant une surface brute S1 n nettoyée ayant une rugosité Ra identique à celle de la surface brute S1 par exemple 1.6 pm. La rugosité d’une surface peut par exemple être mesurée selon les normes ISA3274-1997, ISO 4287-1997, ISO 4288-1996, ISO 11562.
[0066] Le procédé de fabrication de la pièce 1 comprend après l’étape de préparation A, une étape de formation B d’une couche de revêtement brute Rb, sur la surface brute nettoyée (préparée) S1 n, 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 1 b représente une coupe de la pièce 1 comprenant le substrat sub et la couche de revêtement brute Rb déposée sur la surface nettoyée S1 n. La couche de revêtement brute Rb comprend une surface de revêtement brute S2 visible sur cette figure 1 b.
[0067] En particulier, dans cet exemple les grains ont des dimensions strictement inférieures à 1 pm et l'épaisseur Epmax de la couche de revêtement brute Rb ainsi formée est compris entre 95 et 120pm, par exemple dans cette exemple l'épaisseur est comprise entre 100 et 110 pm. L’épaisseur de la couche de revêtement brute Rb est variable selon les tolérances de fabrication de la couche de revêtement et permet ainsi à une étape de finition par polissage C, d’écrite ensuite, de ne pas retirer plus de 30 pm d’épaisseur de couche de revêtement retirée, en l’occurrence maximum 22 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.
[0068] Dans cet exemple, ce mélange pulvérulent se présente sous la forme d'agglomérats / agrégats dont les particules de poudre sont de l’ordre de 20-30pm et dont le dépôt par le procédé HVOF forme un empilement de particules de poudres céramiques à matrice métallique à l’état fondu. Ces particules de poudres céramiques ont une taille strictement inférieure à 1 pm pour former une couche de revêtement maximale inférieure à 120pm, et supérieure à 95pm. 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.
[0069] 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.
[0070] 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.
[0071] Comme la couche de revêtement brute Rb, et que les agglomérats / agrégats de poudre ont une faible granulométrie, la rugosité résultante à la surface de revêtement brute S2 de la couche de revêtement brute Rb dans cet exemple est de l’ordre de 3pm immédiatement après projection.
[0072] Le procédé de fabrication de la pièce 1 comprend directement après l’étape de formation B, une troisième étape de finition par polissage de la surface de revêtement brute S2 pour former la surface polie S3 ayant une rugosité Ra inférieure à 0.2pm jusqu’à obtenir une pièce 1 ayant le diamètre voulu par exemple de 13mm, soit un rayon de 6.5mm. La couche de protection finie Rf a une épaisseur comprise entre 75 pm et 100 pm. Ici dans cet exemple, l’épaisseur de la couche de protection finie Rf est comprise entre 88 et 92 pm due à la tolérance de la fabrication du substrat Sub et à la tolérance de l’étape de finition par polissage.
[0073] La troisième étape de finition par polissage est donc formée sur la surface de revêtement brute S2, retirant une partie Rrp de la couche de revêtement brute Rb formant ainsi la couche de protection finie Rf ayant une épaisseur comprise entre 88 et 92 pm.
[0074] La surface de revêtement brute Rb est poreuse en comprenant dans cet exemple (suivant le type de poudre) des pores ayant des diamètres compris entre 0.3 pm et 0.04 pm et à 80%majoritairement compris entre 0.25 et 0.1 pm. Le diamètre médian de pores est de 0.2 pm par pore, dont la porosité est de 0.04mL/g.
[0075] Comme précisé précédemment, la couche de revêtement brute Rb 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. La troisième étape de finition par polissage C de la surface brute S2 permet d’assurer que la rugosité Ra de la surface polie S3 polie de la couche de protection finie Rf soit inférieure à 0.2pm. Le polissage peut par exemple être réalisé à la bande diamantée.
[0076] L’étape de polissage de la couche de revêtement brute Rb réduit l’épaisseur de cette couche jusqu’à obtenir une dimension de la pièce, ici un cylindre de diamètre 13mm dont la tolérance de fabrication est de + ou - 0.4 pm. En l’occurrence, l’étape de polissage réduit l’épaisseur de la couche de revêtement brute Rb en supprimant une partie Rrp de la couche de revêtement brute ayant une épaisseur entre 12 et 18 pm. La couche de protection finie Rf a ainsi dans cet exemple une épaisseur inférieure comprise entre 88 et 92 pm en ayant une rugosité Ra de 0.2 pm permettant ainsi d’obtenir un diamètre de la pièce de 13mm (substrat : 12,82mm ayant une tolérance de + ou - 4pm + (2 fois (rayons) l’épaisseur de la couche de revêtement 88 et 92 pm) + ou - 0.4 pm.
[0077] Le polissage de la surface brute S2 en retirant une épaisseur d’une partie Rrp de la couche de revêtement brute Rb jusqu’à former la couche protection finie Rf jusqu’à l’obtention d’une rugosité Ra inférieure à 0.2pm ayant ainsi à la surface polie
53 d’être soumise aux zones d’étanchéité statique et/ou dynamique tout en ayant une résistance à la corrosion.
[0078] 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.
[0079] 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 couche de revêtement de 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.
[0080] La figure 3 représente schématiquement une éprouvette 2 comprenant à gauche une surface polie S3 de la couche de protection finie rf formée comme la pièce 1 selon le procédé de l’invention, et à droite une surface de la couche de revêtement
54 comprenant une épaisseur maximum de 50 pm avec une rugosité Ra de 1.6 pm.
[0081] L’éprouvette 2 a été testée à la résistance à la corrosion, le test réalisé est sous atmosphère saline (brouillard salin) selon ASTM B117.
[0082] L’éprouvette 2’ et 2” correspond à l’éprouvette 2 après 1000h sous atmosphère saline.
[0083] On peut voir ainsi, que la surface S3 de la partie selon l’invention avec une épaisseur de dépôt minimum de 75pm 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 S4 ayant une faible épaisseur de couche de revêtement (partie droite) est attaquée: d’abord avec des traces de piqûres 9 puis avec un développement généralisé de la corrosion 90.
[0084] 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 .
[0085] Le procédé de fabrication de l’invention permet donc d’obtenir une pièce moins chère que selon le procédé du document EP2956564 B1 tout en comportant un substrat métallique Sub au moins partiellement recouvert d'une couche de protection finie rf ayant une tenue à l’usure semblable et une meilleure tenue à la corrosion.
[0086] En outre, de manière surprenante, en partant d’un substrat ayant été uniquement nettoyé sans modifier sa rugosité par sablage à l’étape de préparation contrairement au substrat ayant subi à l’étape de préparation par une étape de sablage ou de ponçage dans le document EP2956564 B1 , on constate que dans l’invention la couche de protection permet de rester accrocher à la surface brute ayant une rugosité de la surface brute ayant une hauteur globale de profil de rugosité de la surface Rt comprise entre 10 pm et 15 pm. En outre du fait de l’épaisseur augmentée de la couche de revêtement, le substrat fini de l’invention résiste mieux à la corrosion que ne le ferait la couche de revêtement de ce document EP2956564 B1 , c’est-à-dire d’une épaisseur inférieure à 50 pm avec une rugosité Ra de 1 .6 pm.
[0087] 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 finie Rf 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 fini rf d’épaisseur de 10Opm 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 finie Rf obtenue selon le procédé de fabrication de l’invention comporte une tenue au « spalling » sous 1140MPa, 1250MPa et 1300MPa pour 100 pm d’épaisseur.
[0088] 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.
[0089] 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.
[0090] 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.
[0091] 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 finie (Rf), le procédé comprenant successivement :
- une première étape de préparation (A) dépourvue de modification de la surface par sablage, comprenant une sous étape de grenaillage d’une surface initiale du substrat pour obtenir une rugosité de la surface brute ayant une hauteur globale de profil de rugosité de la surface Rt comprise entre 10 pm et 15 pm et une sous étape de nettoyage de la surface brute (Sub),
- une deuxième étape de formation (B), par projection d'un mélange pulvérulent contenant des grains de carbure métallique submicroniques selon un procédé de projection thermique de type HVOF à haute pression liquide, sur la surface brute nettoyée (S2) ayant sa rugosité préparée, d’une couche de revêtement brute (Rb), d’une épaisseur comprise entre 95pm et 125pm,
- une troisième étape de finition par polissage (D) sur la surface de ladite couche de revêtement brute (S2) constituée à partir du mélange pulvérulent de manière à former la couche de protection fini (Rf) formant une surface polie (S3) ayant une rugosité Ra inférieure à 0.2pm, la couche de protection finie (Rf) ayant une épaisseur comprise entre 75 pm et 100 pm.
[Revendication 2] Procédé selon la revendication 1 , comprenant une pré étape de fabrication du substrat (Sub), avant l'étape de préparation (A), consistant à l’usinage d’un substrat formant une surface initiale (S1 ).
[Revendication 3] Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la sous étape de nettoyage de l’étape de préparation (A) est uniquement une étape de dégraissage pour obtenir une surface brute (S2) dégraissée.
[Revendication 4] Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel les grains de carbure métallique sont majoritairement de l’ordre de 400 à 800nm en granulométrie moyenne.
PCT/FR2023/050571 2022-04-25 2023-04-20 Procédé de fabrication d'une pièce comportant un substrat métallique recouvert d'une couche de protection WO2023209313A1 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FRFR2203827 2022-04-25
FR2203827A FR3134824A1 (fr) 2022-04-25 2022-04-25 Procédé de fabrication d'une pièce comportant un substrat métallique recouvert d'une couche de protection et une pièce fabriquée selon ce procédé

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023209313A1 true WO2023209313A1 (fr) 2023-11-02

Family

ID=83188411

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/FR2023/050571 WO2023209313A1 (fr) 2022-04-25 2023-04-20 Procédé de fabrication d'une pièce comportant un substrat métallique recouvert d'une couche de protection

Country Status (2)

Country Link
FR (1) FR3134824A1 (fr)
WO (1) WO2023209313A1 (fr)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070071921A1 (en) * 2005-09-20 2007-03-29 James Coulas Process for hardfacing a progressing cavity pump/motor rotor
US20070261767A1 (en) * 2006-05-12 2007-11-15 William John Crim Jarosinski Thermal spray coated work rolls for use in metal and metal alloy sheet manufacture
WO2014125045A1 (fr) * 2013-02-15 2014-08-21 Messier-Bugatti-Dowty Procede de fabrication d'une piece d'aeronef comportant un substrat et une couche de revetement du substrat
US20190119802A1 (en) * 2016-06-03 2019-04-25 Tocalo Co., Ltd. Method for producing milling roll

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070071921A1 (en) * 2005-09-20 2007-03-29 James Coulas Process for hardfacing a progressing cavity pump/motor rotor
US20070261767A1 (en) * 2006-05-12 2007-11-15 William John Crim Jarosinski Thermal spray coated work rolls for use in metal and metal alloy sheet manufacture
WO2014125045A1 (fr) * 2013-02-15 2014-08-21 Messier-Bugatti-Dowty Procede de fabrication d'une piece d'aeronef comportant un substrat et une couche de revetement du substrat
FR3002239A1 (fr) 2013-02-15 2014-08-22 Messier Bugatti Dowty Procede de fabrication d'une piece d'aeronef comportant un substrat et une couche de revetement du substrat
EP2956564A1 (fr) 2013-02-15 2015-12-23 Messier-Bugatti-Dowty Procede de fabrication d'une piece d'aeronef comportant un substrat et une couche de revetement du substrat
EP2956564B1 (fr) 2013-02-15 2019-08-14 Safran Landing Systems Procede de fabrication d'une piece d'aeronef comportant un substrat et une piece comportant un substrat recouvert d'une couche de revetement
US20190119802A1 (en) * 2016-06-03 2019-04-25 Tocalo Co., Ltd. Method for producing milling roll

Also Published As

Publication number Publication date
FR3134824A1 (fr) 2023-10-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2048389B1 (fr) Rotule légère d&#39;articulation et procédé de fabrication d&#39;une telle rotule
EP1582756B1 (fr) Palier spérique à surface de contact du type métal sur métal
EP2561110B1 (fr) Procédé de préparation d&#39;un revêtement multicouche sur une surface d&#39;un substrat par projection thermique
JP5352877B2 (ja) Ｄｌｃコーティング部材及びその製造方法
FR2934608A1 (fr) Revetement a couche mince supraglissante, son procede d&#39;obtention et un dispositif comprenant un tel revetement.
FR3035475A1 (fr) Element filete tubulaire dote d&#39;un revetement metallique antigrippage et d&#39;une couche lubrifiante
WO2009099226A1 (fr) Élément coulissant revêtu de carbone sous forme de diamant amorphe et son procédé de fabrication
EP2956564B1 (fr) Procede de fabrication d&#39;une piece d&#39;aeronef comportant un substrat et une piece comportant un substrat recouvert d&#39;une couche de revetement
FR3035474A1 (fr) Element filete tubulaire dote d&#39;un revetement metallique anticorrosion et antigrippage
KR20140034142A (ko) 고체 윤활제 입자의 분산물을 갖는 용사 코팅
FR3035476A1 (fr) Joint filete tubulaire dote d&#39;un revetement metallique sur le filetage et la portee d&#39;etancheite
WO2023209313A1 (fr) Procédé de fabrication d&#39;une pièce comportant un substrat métallique recouvert d&#39;une couche de protection
AU627583B2 (en) Manufacture of poppet valves by spray deposition
EP3112262B1 (fr) Atterrisseur comportant un dépôt zinc-nickel résistant à l&#39;usure de contact
EP4330441A1 (fr) Procédé de fabrication d&#39;une pièce comportant un substrat métallique recouvert d&#39;une couche de protection et une pièce fabriquée selon ce procédé
KR100636712B1 (ko) 고착된 미끄럼 베어링 층을 구비한 커넥팅 로드 제조 방법
DE10212299B4 (de) Verfahren zur Aufbringung thermischer Spritzschichten auf galvanisch beschichtete Kolbenringe sowie ein nach dem Verfahren hergestellter Kolbenring
EP1061153A1 (fr) Pièce mécanique de friction recouverte d&#39;oxydes triboactifs présentant un défaut de cations métalliques
US8550719B2 (en) Bearings with uncoated crush relieves
EP3492621A1 (fr) Procédé pour améliorer les propriétés de résistance à l&#39;usure d&#39;une pièce mécanique
Ranjan et al. Morphological, microstructural, and mechanical study of FGM coatings prepared using the HVOF technique
FR2971722A1 (fr) Procede de preparation de la surface exterieure d&#39;une piece de revolution pour l&#39;application d&#39;un revetement, procede de revetement, vehicule et machine correspondants
FR2669846A1 (fr) Procede pour traiter la surface d&#39;un organe mecanique travaillant par frottement.
KR20010014087A (ko) 얇은 미끄럼 베어링 층을 구비한 커넥팅 로드
CN114001142A (zh) 一种具有低传动噪声的高负载齿轮及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 23725387

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1