Brevet FR2029785A1 — publié le 19701023

La présente invention concerne des revêtements ou des arti-cleg. reyêtus, particulièrement ceux ayant une résistance de corrosion à haute température dans les atmosphères de turboréacteurs. Un facteur-limite dans l'application des superalliages cou-5 rants, aux utilisations de réacteur, est leur susceptibilité d !ë-rosion par oxydation et de corrosion â chaud, à de très hautes températures. Pour cette raison, il est courant d'enduire les sxiperalliages d'une composition différente et plus résistante à la corrosion que l'alliage de substrat. 10 Bien que les revêtements à base d'aluminium (aluminidé), tels que celui décrit dans le brevet de Joseph 3.102.044 ont par le passé fourni des améliorations significatives dans la durée d'existence des superalliages,_des améliorations ultérieures .S/Lim-posent évidemment. Un tel revêtement amélioré a été trouvé dans 15 la formule : yttrium-aluminium-chrome-cobalt, telle que décrite ici. Il a été signalé antérieurement que certains alliages S base de cobalt peuvent être améliorés dans leurs conditions de résistance à l'oxydation et à la sulfuration, par l'addition de pe-20 tites quantités d'aluminium et d'yttrium. Une telle série d'alliages est décrite dans le brevet anglais 3.399.058. Basicalement, cependant, le système antérieur le plus é-troitement souligné était concerné par la fourniture d'un alliage - ~ bonnes résistâiaeë "et "câpaîïlè d T^trë~travailïé^a^^hautës^ëntwi J- - 25 përatures, aussi bien que l'oxydation proportionnée et de résistance à la sulfuration, et les études chimiques des différents alliages ont été formulées sur cette base. Comme les constituants d'alliage, cependant, les formules du système antérieur sont généralement insatisfaisantes en fournissant une protection de surface 30 à long terme aux superalliages à bases de nickel et de cobalt, à des températures d'intérêt courant dans les réacteurs. Brièvement décrite, la présente invention propose une composition de revêtement, comprenant au poids, environ 15-40% chrome 10-25% aluminium, 01-1% yttrium et/ou des éléments de terre rare, 35 et une quantité complémentaire de cobalt essentiellement. Dans un mode de réalisation-hautement privilégié, le revêtement est formulé suivant une composition comprenant, au poids, 19-24% chrome, 13-17% aluminium, 6-9% yttrium, en balance essentiellement avec du cobalt, alors appliqué aux superalliages â base 40 de nickel ou de cobalt. 70 03225 2029785 Le croquis est un graphique illustrant la courbe de vie de l'alliage B-1900 revêtu de la composition, selon la présente invention, dans le cycle de sulfuration d'une ailette de turbine. Ce graphique illustre un spécimen de vie, en fonction de la teneur 5 en aluminium. Dans des buts de comparaison-, les durées d'existence (normalisées) d'échantillons similaires pourvus d'un revêtement conventionnel d'alumine et des échantillons enduits d'un revêtement d'Yttrium-aluminium-chrome-fer sont inclus pour établir une ligne de base. 1Q Les alliages spéciaux sont les matériaux concentrés à haute température qui trouvent une utilisation particulière dans des environnements nécessiteux; tels que les turboréacteurs (à gaz) . Une représentation de ces"alliages sont ceux identifiés dans l'industrie comme suit: • """' - : * 15 DESIGNATION DE L'ALLIAGE COMPOSITION. NOMINALE (% au poids) B-1900 8 Cr, 10 Co, 1 Ti, 6 Al, 6 Mo, •11C, 4.3 Ta, .15B, .07Zr, Complément Ni. IN-100 10 Cr, 15 Co, 4.5 Ti, 5.5A1, 3 Mo, 20 .17C, 075Zr, 015B, Complément Ni Waspaloy 19.5Cr, 13.5Co, 3Ti, 1.25A1, 4.25MO, .1C .005B, ,12Zr, Complément Ni 25 W1 52.' 21Cr, 1.75Fe, 11W, 2 (Nb + Ta), • 45C, Complément .Cov - " . • Pris dans une classification les alliages spéciaux démontrent une relativement bonne résistance à l'oxydation à des températures, associés avec la partie- chaude, d'un moteur à,, réaction. 30 Cependant depuis qu'un arrangement a été normalisé dans la composition de l'alliage, pour réaliser la.meillèure-balance entre la résistance et la résistance à- la corrosion et. mêfflè d'autres facteurs la. pratique courante, est d'enduire ces-alliages,.d'une composition - . choisie pour sa résistance "de - corrosion à.:haute! température. 35- ! Les revêtements antérieurs étaient enr, général plus communé ment fournis par;.un; aluminium réagissant avec- la.:surface désoxydée . ase d1 aluminium (àluminide) à son tour • v-. s'oxyde pour former la; barrière inerte ,(cou.cïie imperméable J dë-40 sirée. ~ Cependant en raison de la nature complexe de la. plupart COP^ 70 03225 3 2029785 des alliages contemporains, le contrôle de la composition de revêtement est difficile, et particulièrement après exposition dans un environnement oxydant à haute température, pour une période de temps prolongée, des espèces indésirables peuvent"-s'introduire 5 dans l'enduit où une déplêtion de la teneur en aluminium peut se produire par diffusion- dans le métal de substrat. Si un nombre de spécimens d'alliage de revêtement étaient testés en masses, les alliages de la présente invention seraient considérés être présentement quelque peu inférieurs aux quelques 10 autres revêtements proposés, tel que l'alliage de revêtement, yt-trium-aluminium-chrome-fer, dans les conditions à la fois de ductilité et résistance à la corrosion. Cependant, d'une manière inattendue, s'il est appliqué à un substrat spécial1'alliage d'yt-trium-aluminium-chrome-fer, d'un pourcentage au poids de 10-40% de 15 chrome, 10-25% aluminium, 01-1% yttrium et.une quantité complëmen-. taire de cobalt essentiellement a été jugé fournir une amélioration significative dans-la vie du constituant, en comparaison avec les autres revêtements. Ceci est clairement illustré dans le dessin. 20 Alors que les alliages de revêtement de type FeCrAly comp rennent en termes fondamentaux, essentiellement un intermétalli-que de cobalt-aluminium dispersé dans une solution solide ternaire de cobalt-chrome-aluminium. Le rendement amélioré des articles revêtus de cette invention, en dépit de l'infériorité basique 25 prouvée de la composition d'enduit, a été considéré comme résultant d'une plus grande endurance thermique, fournissant une plus grande résistance à une interdiffusion d'enduit de substrat. Ceci a été prouvé non seulement en ce qui concerne les spécimens de laboratoires, mais aussi par vérifications pratiques de moteurs. 30 Comme indiqué dans le dessin, • l'effet basique de protection du revêtement présent, provient du constituant d'aluminium. Une teneur, en.aluminium relativement.haute est en conséquence préférée . . du point de vue durabilité. Une teneur en àlurainium inférieure à environ.10% est insuffisante dans le,système pour fournir la dura-35 bilité à long terme désirée dans le revêtement. La limite supé-.rieure-de teneur en aluminium, d.run autre côté, est établie en ^..'principe par des considérations mécaniques. En fait,, aux teneurs très hautes- en aluminium, on préférera de beaucoup, la teneur en ..chrome. En général, les._ quantités- minimum d:* éléments chrome-al umi-40 .niura et .yttrium ou lesj éléments jde - ter.re rare sont: déterminés par ' COPY 70 03225 4 2029785 les facteurs de résistance à la corrosion alors que les limites de plafonds supérieures sont établies suivant des considérations mécaniques. La composition préférée de revêtement a êtê établie, au poids, à 19-24% chrome, 13-17% aluminium, .6-.9% yttrium, avec en complément du cobalt. En enduisant les aubes ou ailettes de turbine t à base de nickel ou de cobalt, les surfaces à enduire sont d'abord parfaitement nettoyées de toute saleté, graisse et autres matières étrangères portant à objection, ce nettoyage étant suivi par une mise en condition par soufflerie abrasive. Le revêtement est réalisé par dépôt de vapeur à partir d'un bain de fusion, d'un matériau -4 d'enduit contenu dans une chambre sous vide à 10 Torr ou mieux. Le lingot fondu a la même chimie que celle de l'enduit fini désiré Les pièces sont préchauffées à 954°C + 10°C* pendant 5 à 6 minutes, avant que le dépôt soit commencé et cette température est maintenue tout au long de l'opération de revêtement. Le temps de dépôt varie, mais est contrôlé pour obtenir l'épaisseur de revêtement privilégiée de 76.2-127 microns. Le refroidissement ultérieur sous 538°C est accompli dans line atmosphère non-oxydante à une vitesse équivalente à celle du refroidissement par air. Faisant suite â la phase de revêtement, les parties sont traitées à chaud pendant 1 heure, à 1038°C + 4° dans le vide. On pratique ensuite 1'ëcrouissage à sec de ces pièces avec des perles en verre, utilisant des perles d'un diamètre de 177.8-279.4 microns, avec une intensité équivalente à 15N. En général 1'ëcrouissage est conduit en accord avec les instructions de procédure de la spécification AMS 2430. Les pièces sont ensuite chauffées à 1080°C + 4° en argon sec, hydrogène sec ou sous vide maintenues à la chaleur 4 heures et refroidies en atmosphère protectrice à une vitesse équivalente à celle du refroidissement par air. Les aubes et ailettes ainsi traitées, présentent une épaisseur de revêtement, à l'exclusion de la zône de diffusion., de 76.2-127 microns. La partie diffusée, pour l'alliage de nickel est 25.4 50.8 microns et pour les alliages au cobalt 12.7-38.1 microns. 70 03225 5 2029785 REVENDICATIONS 1. Une composition de revêtement pour les superalliages à base de nickel et à base de cobalt, caractérisée par le fait qu'el le consiste essentiellement, au poids, en 15-40% de chrome, 10-25% 5 d'aluminium , 01-1% d'yttrium et d'éléments de terre rare, et la quantité complémentaire de cobalt. 2. Une composition de revêtement pour les superalliages à base de nickel, et à base de cobalt, selon la revendication 1, caractérisée par le fait qu'elle consite essentiellement, au 10 poids en 19-24% chrome, 13-17% aluminium,.6-.9t yttrium et la quantité complémentaire de cobalt. 3. Un composant de moteur à turbine à gaz comprenant un allia ge spécial à base de nickel et à base de cobalt, suivant les revendications 1, 2, caractérisé par le fait qu'il est revêtu d'une 15 épaisseur d'au moins 76,2 microns avec un revêtement consistant essentiellement au poids, en 19-24% chrome, 13-17% aluminium, 0.6-0.9% yttrium ou d'éléments de terre rare, et une quantité complémentaire de cobalt. 20