Brevet FR2010478A1 — publié le 19700220

i 2010478 La présente invention concerne des procédés améliorés pour traiter différents alliages, particulièrement les superalliages à base de nickel et à base de cobalt, pour les munir d'un revêtement résistant pendant longtemps à la corrosion. 5 Dans la demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique No. 731,650 déposée le 23 mai 1968 au nom de F.P. Talboom Jr. et J. Grafwallner, il est décrit une composition de revêtement, pour les alliages à base de nickel et à base de cobalt, qui se compose de fer, de chrome, d'aluminium et d'yttrium ou d'une terre rare, 10 particulièrement dans les proportions, en poids, de 20-50 % de chrome, 10-20 % d'aluminium, 0,03-2 % d'yttrium terre rare, et de fer pour le reste. La présente invention est particulièrement efficace pour éliminer le précipité intergranulaire nuisible que l'on a trouvé se produire pendant le cycle "dépôt" du procédé 15 de revêtement. Cette invention décrit un procédé de revêtement amélioré pour donner une résistance de longue durée à la corrosion à différents alliages, y compris les superalliages à base de nickel et à base de cobalt. En particulier, l'invention envisage comme 20 faisant partie d'un procédé de revêtement, une succession travail à froid/traitement thermique pour minimiser les dimensions ©t l'effet de tout précipité intergranulaire indésirable qui a pu se former lors du dépôt. Dans le procédé préféré, les articles revêtus sont tra-25 vaillétis à froid par grenaillage, particulièrement par projection de perles de verre. Dans le procédé que l'on préfère au premier, des articles en alliages à base de nickel et à base de cobalt sont: revêtus d'une composition comprenant du fer, du chromé, de l'aluminium et 30 de l'yttrium une terre rare, sont traités thermiquement après revêtement, sont travaillés à froid,aet sont traités thermiquement pour produire une recristallisation. Dans le procédé préféré aux deux autres, des articles en superalliages à base de nickel et à base de cobalt sont: revêtus, -3 35 dans une chanibre sous vide, sur une epaisseur de 7,62 x 10 _3 12,70 x 10 cm, d'une composition comprenant, en poids, 25-29 % de chrome, 12-14 % d'aluminium, 0,6-0,9 % d'yttrium, et du fer pour le reste? après révêtement,"les articles sont chauffés jus- 69 16816 2 2010478 qu'à environ 1038°C pendant 4 heures dans une atmosphère non oxydante et sont refroidis; les surfaces revêtues sont martelées à sec par des perles de verre; et, après martelage, les articles revêtus sont maintenus pendant 4 heures à environ 1079°Ç dans 5 une atmosphère non oxydante. La présente invention a été développée principalement pour augmenter la résistance à l'oxydation, à la sulfuration, à l'érosion et aux chocs thermiques de pales et ailettes de turbines à gaz réalisées en superalliages à base de nickel et à base de co-10 balt. Par superalliages, on entend ces matériaux résistants, pour températures élevées, qui sont particulièrement utiles dans les environnements très exigents. Sont représentatifs de ces alliages, ceux identifiés comme suit dans l'industrie: Composition (% en poids) 10 Cr, 15 Co, 4,5 Ti, 5,5 Al, 3 Mo, 0,17 C, 0,75 V, 0,075 Zr, 0,015 B, Ni pour le reste. 9 Cr, ÎO Co, 2 Ti, 5 Al, 12,5 W, 0,15 C, 1 Nb, 0,05 Zr, 0,015 B, Ni pour le reste. 21 Cr, 1,75 Fe, 11 W, 2 (Nb + Ta), 0,45 C, Co pour le reste. 21,5 Cr, 1 Fe, 10 W, 9 Ta, 0,85 C, 0,25 Zr, Co pour le reste. La caractéristique du superalliage typique est sa base, solution solide nickel-chrome ou cobalt-chrome, avec' des additions 25 d'aluminium, de titane et/ou de métaux réfractaires pour renforcer la solution, et de carbone, bore et zirconium pour favoriser la ductilité -en rupture par fluage. On a découvert, comme décrit dans la demande de brevet susdite, qu'un alliage composé, en poids, de 20-50 % de chrome, 30 10-20 % d'aluminium, 0,03-2 % d'yttrium/terre rare, et de.fer pour le reste, fournira une protection à long terme contre la corrosion' pour les superalliages lorsqu"il est utilisé comme-revêtement. Cependant., on a trouvé que: l,:^ff.icacité du revêtement est limitée par' la .-formation d'un précipité, intergranulaire pendant ■ 35 " le cycle de dépôt du revêtement." - . ; v..., ^ >' • Selon la présente invent'ion*» l'effet, du précipité..jiui^i-bK é'st--"éliminé,/avea un'e:!î3^®ôjïtation gorrespondaïite ,,de la durée de vie utile du revêtement, en exerçant des contraintes par comAlliage 15 IN lOO MAR-M-200 WI 52 20 M&R-M-302 69 16816 3 2010470 pression sur le revêtement, par travail à froid, et en traitant ensuite thermiquement le revêtement pour amener une recristallisation. Ce traitement, qui est de préférence réalisé enutilisant le grenaillage ou la projection de perles de verre, brise le pré-5 cipité en petites particules qui sont plus facilement mises en solution par le traitement thermique et qui sont, en tout cas, distribuées de façon plus homogène dans le revêtement. En accord avec ceci, l'exposition du substrat à l'attaque par corrosion le long de la frontière du précipité intergranulaire est évitée. 10 Dans le procédé préféré pour revêtir les pales et ailet tes de turbines à base de nickel et à base de cobalt, les surfaces à revêtir sont d'abord parfaitement nettoyées pour enlever toute poussière, graisse et autres matières étrangères nuisibles, et sont ensuite conditionnées par projection d'abrasif suivi par 15 un lavage à l'eau propre. Le revêtement est réalisé par dépôt de vapeur provenant d'un bain fondu de l'alliage de revêtement se trouvant dans une -4 chambre sous vide maintenue à 10 Torr ou mieux. De préférence, la composition du bain fondu est la suivante: 20 Carbone 0,02 max. Chrome 26-28 Aluminium 12,5-13,5 Yttrium 0,65-0,75 Phosphore 0,01 max. 25 Soufre 0,01 max. Oxygène 0,01 max. Azote 0,005 max. Hydrogène 0,005 max. Autres éléments, 30 Total 0,5 max. Fer reste Les articles sont préchauffés dans la chambre sous vide à 954°C pendant 5 minutes avant de commencer le dépôt, et ils sont maintenus à cette température pendant le revêtement. La du-35 rée du dépôt varie quelque peu, mais est contrôlée pour obtenir l'épaisseur de revêtement préférée pour l'extérieur des pales et -3 -3 ailettes, qui est de 7,62 x 10 - 12,70 x 10 cm à l'exclusion de la zone diffusée. Un refroidissement subséquent à moins de 69 16816 « 2010478 538°C est réalisé dans une atmosphère non oxydante à une vitesse équivalente à un refroidissement dans l'air. Après revêtement, les articles sont chauffés à 10380C sous vide, sont maintenus chauffés pendant 4 heures, et sont refroidis dans une atmosphère 5 non oxydante à une vitesse équivalente à un refroidissement dans l'air. Les surfaces revêtues sont alors martelées à sec par des -3 perles de verre, en utilisant des perles de 17,78 x 10 - 27,94 _3 x 10 cm de diamètre avec une intensité équivalente à 15N, le 10 martelage étant réalisé selon les dispositions de AMS 2430E (Aerospace Materials Spécifications). Le traitement thermique après martelage implique un chauffage à 1079°C + 14°C dans de l'argon sec, de l'hydrogène sec ou sous vide, le maintien à cette température pendant 4 heures, 15 et le refroidissement à une vitesse équivalente à un refroidissement dans l'air. Les pales et ailettes ainsi traitées présentent un revêtement uniforme ayant, en excluant la zone diffusée, une épaisseur -3 -3 de 7,62 x 10 - 12,70 x 10 cm. La zone diffuséea, pour les su- -3 ~ -3 20 peralliages à base de nickel, 2,54 x 10 - 5,08 x ÎO cm et, -4 -4 pour les alliages à base de cobalt, 12,7 x 10- - 38,1 x 10 cm. Bien que la présente invention ait été décrite en relation avec certains modes de réalisation préférés, on comprendra que ceux-ci servent uniquement d'illustration. Les modifications 25 de l'invention évidentes pour ceux qui s'y connaissent en la matière à partir des enseignements donnés ici sont comprises dans le cadre de l'invention. 69 16816 5 2010478 REVENDICATIONS 1. Procédé pour donner,aux alliages à base de nickel et à base de cobalt, une résistance à la corrosion à températures élevées, caractérisé par les étapes suivantes: 5 revêtir les alliages d'une composition consistant essen tiellement, en poids, en 20-50 % de-chrome, 10-20 % d'aluminium, 0,03-2 % choisis dans le groupe formé de l'yttrium et des terres rares, et en fer pour le reste, travailler à froid les surfaces revêtues pour briser tout 10 précipité intergranulaire formé lors du revêtement, et traiter thermiquement les alliages travaillés à froid pour produire une recristallisation du revêtement. ^ 2. Le procédé de la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend de plus le traitement thermique de l'alliage à environ 15 1038°C après l'opération de revêtement. 3. Le procédé des revendications 1 - 2, caractérisé en ce que le traitement thermique de recristallisation est conduit à une température d'environ 1079°C. 4. Le procédé des revendications 1-3, caractérisé en ce 20 que le revêtement est réalisé par dépôt de vapeur venant d'un bain fondu de la composition de revêtement, dans une chambre sous vide. 5. Le procédé des revendications 1 - 4, caractérisé en ce que le travail à froid,est obtenu par martelage. -6. Le procédé des revendications 1-5, caractérisé en ce- 25 que le revêtement se compose essentiellement, en poids, d'environ 25-29 % de chrome, 12-14 % d'aluminium, 0,6-0,9 % d'yttrium* et de • . -3 fer pouf le reste, sur une épaisseur d'au moins '7/62 x 10* cm.