Brevet FR2535345A1 — publié le 19840504

L'invention concerne un procédé pour former une couche protectrice de diffusion sur des alliages à base de nickel, de cobalt et de fer, et plus particulière- ment un procédé pour former une couche de diffusion cons- tituée de platine et d'aluminium combinés sur des alliages à base de nickel, de cobalt et de fer. Il est connu depuis longtemps d'appliquer une couche de diffusion constituée d'aluminium sur des pièces en alliage à base de nickel, de cobalt et de fer, par des opérations de cémentation en caisse qui consistent à gar- nir de ces pièces un lit constitué d'un mélange en poudre formé d'une source d'aluminium et/d'une charge inerte, et porté à une température élevée (par exemple 760-10930 C) pendant plusieurs heures pour faire diffuser l'aluminium dans les surfaces des pièces en alliage à traiter. On a également proposé d'améliorer la résis- tance à l'oxydation et à la corrosion de telles pièces en appliquant d'abord sur la pièce d'alliage, par électro- déposition ou par d'autres moyens, un métal du groupe du platine, puis en aluminisant la pièce revêtue de platine par cémentation en caisse Un tel procédé est décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N O 3 677 789. Il a été également proposé, dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N O 4 148 275, d'aluminiser par diffusion des tubes ou autres en branchant la partie inté- rieure de ces tubes sur un collecteur et en faisant circuler à force un gaz porteur sur un lit chauffé constitué d'un mélange comprenant une source d'aluminium et une charge inerte, ce mélange étant mis en circulation dans les par- ties creuses pour faire pénétrer une partie de l'aluminium volatilisé dans les alésages. Ces couches protectrices de diffusion sont particulièrement avantageuses pour des éléments de moteur à turbine à gaz et autres qui sont soumis à des températures élevées et à des milieux oxydants et corrosifs chauds. Un grand nombre de ces pièces sont de conception relativement complexe, présentant des canaux internes et autres qui ne sont pas en contact avec la source d'aluminium et de matière inerte utilisée pour la cémentation en caisse et qui non seulement ne sont pas revêtus, mais qui peuvent être obturés ou engorgés par le mélange en poudre pendant la cémentation en caisse et qui doivent être nettoyés. Ces pièces peuvent également présenter des zones soumises à des milieux moins corrosifs et qui exigent donc un revê- tement de protection moins important que celui appliqué sur d'autres zones. L'invention est conçue pour résoudre en partie les problèmes posés par le traitement de pièces qui ne peuvent être traitées de façon satisfaisante ou économique par les procédés de l'art antérieur, l'invention permet- tant de ne revêtir que les parties nécessitant un tel revê- tement. L'invention concerne donc un procédé et un produit dans lesquels un revêtement constitué d'un métal du groupe du platine est appliqué sur les surfaces soumises aux conditions de chaleur, d'oxydation et de corrosion à chaud les plus extrêmes, puis la pièce est aluminisée en phase gazeuse, sans contact avec un mélange d'aluminium ou d'alliage d'aluminium, d'un activateur et d'une charge inerte à température élevée Le métal du groupe du platine est de préférence le platine La pièce revêtue peut être soumise à un traitement thermique à des températures élevées, sous vide ou sous atmosphère inerte, les températures étant comprises entre 816 et 10930 C et le traitement pouvant durer jusqu'à 10 heures avant que la pièce soit soumise à l'aluminisation en phase gazeuse Un tel traitement thermi- que s'effectue de préférence pendant une durée de 1 à 5 heures; cependant, il peut être supprimé au prix d'une certaine perte d'efficacité L'aluminisation en phase gazeuse est de préférence effectuée à une température de l'ordre de 649 à 11490 C, pendant des durées comprises entre 1 et 20 heures suivant la profondeur souhaitée de la couche de diffusion Le revêtement de platine de la pièce est de préférence appliqué par électrodéposition, l'épaisseur du revêtement de platine étant comprise entre 2,5 et 18 gm. L'aluminisation en phase gazeuse est de préférence effec- tuée sur un mélange comprenant 1 à 35 % d'une source d'aluminium, jusqu'à 40 % d'un activateur (habituellement un halogénure) et le reste constitué d'une charge inerte. L'épaisseur totale de la couche combinée-de diffusion de platine et d'aluminium est de préférence comprise entre 12,5 et 100 gm. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels la figure 1 est un organigramme indiquant les étapes préférées du procédé de l'invention la figure 2 est une mictographie d'une couche de diffusion de platine et d'aluminium produite conformé- ment au procédé indiqué sur la figure 1; et la figure 3 est une micrographie d'une couche de diffusion dans laquelle la diffusion d'aluminium est effectuée par cémentation en caisse. L'organigramme de la figure 1 illustre les étapes du procédé préféré de l'invention, à savoir une étape A de réception et d'inspection, une étape B de pré- paration de surface (dégraissage, nettoyage par projection, rinçage), une étape C de masquage des zones à ne pas revêtir, une étape D d'application d'un revêtement de platine, une étape facultative E de traitement thermique pour faire diffuser le platine, une étape F de masquage des zones à ne pas revêtir, et une étape G d'aluminisation en phase gazeuse. Le procédé sera mieux compris en référence à l'exemple suivant Une ailette de turbine présentant des canaux de refroidissement est inspectée, dégraissée, net- toyées par projection et revêtue d'un dépôt électrolytique sur des surfaces critiques, ce dépôt étant constitué de platine et atteignant une épaisseur de 7,6 Nm L'ailette de turbine ainsi revêtue est soumise à un traitement ther- mique à environ 10380 C pendant 3 heures, sous atmosphère d'argon, pour que le platine diffuse dans les surfaces. L'ailette est ensuite suspendue au-dessus d'une source d'espèces gazeuses d'aluminisation, sans contact avec cette source, chauffée à environ 10930 C pendant 5 heures, de l'argon gazeux de support étant mis en circulation autour de l'ailette et à travers les canaux pour y entraîner les espèces gazeuses d'aluminisation qui assurent un dépôt et une diffusion de l'aluminium dans les surfaces de l'ailette. La figure 2 illustre une coupe de la surface finale. Les pièces traitées conformément à l'invention sont beaucoup plus résistantes à l'oxydation et à la cor- rosion à chaud que des pièces analogues aluminisées par cémentation en caisse comme décrit dans le brevet N O 3 677 789 précité Les canaux internes complexes des ailettes traités conformément à l'invention présentent un revêtement protecteur d'aluminium, tandis que les pièces traitées par cémentation en caisse présentent des canaux qui ne sont pas aluminisés. L'invention peut être appliquée d'une manière aussi satisfaisante à des pièces nouvellement fabriquées, à des pièces reprises en fabrication ou à des pièces réno- vées. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au procédé décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Procédé pour former une couche protectrice de diffusion sur des pièces en alliage à base de nickel, de cobalt et de fer, caractérisé en ce qu'il consiste à déposer une couche d'un métal du groupe du platine sur la surface de la pièce à protéger et à former une couche de diffusion de platine et d'aluminium sur ladite surface par aluminisation en phase gazeuse des surfaces, sans con- tact avec une source d'espèces gazeuses d'aluminisation, à température élevée. 2 Procédé selon la revendication 1, carac- térisé en ce que le métal du groupe du platine est le platine. 3 Procédé selon la revendication 1, carac- térisé en ce que la couche de métal du groupe du platine est appliquée par l'une des opérations comprenant l'électro- déposition, l'immersion, la projection, le dépôt en phase vapeur, la pulvérisation et le dépôt mécanique. 4 Procédé selon la revendication 2, caracté- risé en ce que le platine est appliqué par l'une des opéra- tions comprenant l'électro-déposition, l'immersion, la projection, le dépôt en phase vapeur, la pulvérisation et le dépôt mécanique. Procédé selon l'une quelconque des reven- dications 1, 2 et 4, caractérisé en ce que l'aluminisation en phase gazeuse est effectuée par maintien de la pièce à température élevée, au-dessus et à distance d'un mélange comprenant une source d'aluminium, un activateur et une charge inerte. 6 Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la pièce revêtue d'un métal du groupe du platine est chauffée pour que le platine diffuse dans les surfaces de la pièce avant l'aluminisation en phase gazeuse. 7 Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la pièce est portée à une température comprise entre 816 et 10930 C, sous vide ou en atmosphère inerte, pendant 1 à 5 heures. 8 Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'aluminisation en phase gazeuse s'effectue à une température comprise entre environ 649 et 11490 C, sous vide, en atmosphère inerte ou en atmosphère réductrice, pendant 1 à 20 heures. 9 Procédé selon la revendication 5 prise avec l'une des revendications l et 2, caractérisé en ce que le mélange comprend essentiellement environ l à 35 % d'un ou plusieurs éléments du groupe comprenant l'aluminium et des alliages d'aluminium, jusqu'à environ 40 % d'un acti- vateur, le reste étant constitué d'une charge formée- d'oxyde d'aluminium.