Brevet FR2550978A1 — publié le 19850301

Procédé d'application de revêtements de surface sur des articles. La présente invention concerne un procédé d'application de revêtements sur des articles. L'invention est particulièrement efficace pour l'application de revêtements sur des articles de forme non plane, le revêtement de surfaces d'alésages, et de matériaux réactifs. Les procédés connus pour l'application de revêtements, 10 en particulier de revêtements métalliques et céramiques, comprennent la pulvérisation au moyen de diverses formes d'énergie, telles que le plasma et le laser, qui permettent de fondre les particules qui sont pulvérisées sur l'article, le dépôt de vapeur, le procédé par enrobage et le dépôt électroly15 tique. Certains de ces procédés gaspillent du matériau et aucun ne garantit un produit final homogène En outre, il est pratiquement impossible d'obtenir un revêtement depaisseur régulière sur une région de surface donnée De plus, 20 quand l'article est réalisé en un matériau réactif tel que du titane, certains procédés de revêtement sont exclus. Il est également connu d'appliquer une feuille de revêtement faconnée sur un article et de la presser en place isostatiquement à chaud (GB-A-2 063 747), mais dans la pratique il est difficile de conformer la feuille sur celle de l'article à moins que ce dernier ait une forme très simple D'autres procédés d'application directe d'un revêtef ment utilisant la compression isostatique à chaud sont décrits dans les brevets GB-A-2 024 256 et GB-A-2 066 113. 30 Selon la présente invention, il est pro#bsé un procédé d'application d'un revêtement sur la région de surface d'un composant sensiblement rigide de manière à obtenir un article composite de forme prédéterminée, comprenant les étapes consistant à: (a) former un élément porteur dont une partie a une surface conformée selon une configuration prédéterminée, (b) appliquer un revêtement sur ladite surface de l'élément porteur, la combinaison de l'élément porteur et du revêtement étant sensiblement rigide et le revêtement présentant une paroi opposée à celle en contact avec l'élément porteur, de forme complémentaire de celle de la portion considérée de surface du composant rigide, (c) assembler le composant et l'élément porteur, les surfaces de même conformation du composant et du revêtement étant adjacentes l'une à l'autre, et (d) presser isostatiquement A chaud le composant et l'élément A l'état assemblé avec suffisamment de chaleur et de pression pour faire adhérer les surfaces adjacentes de forme conjugée du composant et du revêtementde façon à constituer un article composite. Ensuite l'élément porteur est retiré au moins en partie de l'élément composite ainsi obtenu. Il est possible d'appliquer au moins deux revêtements sur l'élément porteur, dans l'ordre inverse de celui que l'on désire sur l'article. Le procédé peut également comprendre l'application du revêtement sur l'élément porteur sous la forme de parties espacées et la compression isostatique A chaud de l'élément dans les espaces, sur l'article, et ensuite le retrait de ces parties de l'élément qui recouvrent le revêtement. Il est également possible d'appliquer un matériau d'arrêt entre l'élément et le revêtement. L'invention sera bien comprise A l'aide de la description qui suit en référence au dessin schématique annexé dans lequel: Figures 1 A le représentent les étapes d'un premier mode de mise en oeuvre du procédé selon l'invention: Figures 2 A 2 c représentent un second mode de mise en oeuvre du procédé selon l'invention; Figure 3 montre un autre mode de mise en oeuvre; Figure 4 à 4 b montrent les étapes d'un autre mode de mise en oeuvre de l'invention, Figures 5 et 6 montrent les étapes d'un autre procédé pour former un article comprenant des canalisations de refroidissement, et Figure 7 montre uneaube de turbine comportant ces canalisations de refroidissement. Dans la forme d'exécution représentée aux figures 1 à 1 C, un article ( 10) qui, simplement à titre d'exemple, peut être l'aube d'une turbine, doit être pourvu d'un revêtement. Le revêtement est normalement métallique et peut comprendre 10 par exemple l'un quelconque des éléments suivants: des alliages durs de surface, des matériaux formant barrière thermique, des matériaux présentant des caractéristiques électriques souhaitées, et des matériaux résistant aux environnements chimiques, ces différents matériaux pouvant 15 se présenter à l'origine sous forme d'un conglomérat de particules. Un élément porteur ( 12), qui peut être réalisé en acier ou en tout autre matériau peu coûteux, est conformé de manière à avoir une forme ( 13) correspondant à celle de la surface de l'article ( 10) qui doit être munie d'un revêtement. Si l'on se réfère à la figure la, le revêtement désiré ( 14) est appliqué sur la surface façonnée ( 13) de l'élément ( 12) L'application peut être réalisée par tout moyen connu et approprié, tel que la pulvérisation de plasma, le dépôt par compactage, le dépôt électrolytioue,ou bien en commençant par appliquer un adhésif gommeux ou poisseux sur la surface ( 13), puis à saupoudrer le revêtement sous forme d'une poudre sèche sur la surface gommeuse. Ce dernier procédé est complètement décrit et revendiqué 30 dans le brevet GB 1 334 683. L'élément ( 12) est placé contre l'article ( 10), le revêtement ( 14) étant pris en sandwich entre eux comme montré à la figure lb L'ensemble est placé dans une enceinte métallique déformable non représentéedans laauelle on fait 35 ensuite le vide et qui par conséquent s'affaisse sur l'ensemble et le comprime L'enceinte non représentée est placée dans un four *(non représenté), qui est alors mis sous pression et chauffé de manière à obtenir la compression isostatique à chaud de l'ensemble qui permet d'obtenir une structure homogène. Quand ce processus est terminé, on retire l'enceinte de l'ensemble, ainsi que l'élément ( 12), par tout moyen approprié et on obtient ainsi l'article ( 10) muni d'un revêtement homogène ( 14) comme montré A la figure 1 c. S'il est nécessaire que l'article ( 10) soit totalement 10 revêtu, on forme deux éléments ( 12), on applique un revêtement sur chacun d'eux et on place ensuite ces éléments ( 12) contre les côtés respectifs de l'article ( 10), et on les soude sur leurs bords de manière à former l'enceinte On laisse une petite ouverture pour permettre de faire le vide 15 à l'intérieur du récipient ainsi constitué et on met ensuite en oeuvre le procédé de pression isostatique A chaud qui vient d'être décrit. En variante, on peut effectuer le processus de soudage sous vide, en utilisant par exemple un procédé à faisceau 20 d'électrons, ce qui évite la nécessité d'une opération de mise sous vide séparée. A la figure 2 est représenté un article ( 16) comportant un alésage ( 18) sur la surface ( 20) duquel on désire appliquer un revêtement On prévoit un mandrin porteur 25 ( 22) (figure 2 a) de diamètre approprié et on lui applique le revêtement désiré ( 24) par tout procédé approprié L'épaisseur du revêtement ( 24) est prévue pour obtenir un ajustage serré entre le mandrin ( 22) muni du revêtement et l'alésage ( 18) (figure 2 b) On place ensuite l'ensemble dans une enceinte métallique (non représentée) dans laquelle on fait le vide, que l'on place dans un four, et on presse isostatiquement A chaud tout l'ensemble On élimine ensuite l'enceinte (non représentée) par usinage ou tout autre moyen approprié, et l'on retire également le mandrin ( 22), l'article ( 16) 35 ayant alors la surface ( 20) de son alésage pouivue d'un revêtement (figure 2 c) Lorsque, comme représenté à la figure 3, l'élément ( 28) est une feuille unique, on peut faciliter son retrait après la compression isostatique à chaud par insertion d'un matériau d'arrêt ( 26) tel que de l'oxyde d'yttrium sous forme pulvérulente, entre l'élément ( 28) et le revêtement ( 30). Ainsi que cela est connu, le matériau d'arrêt ( 26) empêche une liaison par diffusion entre l'élément ( 28) et le revêtement ( 30), le résultat étant une liaison relativement faible entre eux. Dans le mode de mise en oeuvre représenté à la figure 4, il s'agit d'appliouer sur un article ( 40) un revêtement ayant la forme de bandes alternées ( 36) et ( 38) en matériaux différents. On obtient le résultat voulu en réalisant un élément 15 porteur à partir de l'un des matériaux désirés, par exemple le matériau ( 36), cet élément se présentant sous la forme d'une feuille, comme illustré à la figure 4 a On dépose des bandes d'un autre matériau ( 38) sur l'élément ( 36) et le sous-ensemble est ensuite placé contre l'article ( 40), les 20 bandes ( 38) se trouvant prises en sandwich On passe par toutes les étapes de la compression isostatiaue à chaud décrites précédemment, puis on élimine par usinage les parties de l'élément ( 36), qui sont en saillie par rapport aux bandes ( 38) comme montré à la figure 4 b, de manière à 25 obtenir la surface lisse ( 42) représentée à la figure 4. Un avantage important obtenu par l'application d'un revêtement sur un élément avant b le transférer sur un article est que l'élément peut être virtuellement fabriqué à partir de tout métal peu coûteux et relativement non 3 réactif Il en résulte que l'on peut utiliser tout procédé quelconque pour appliquer le revêtement sur l'élément, y compris les procédés que le matériau de l'article sur lequel le revêtement doit être transféré peut trouver hostiles, par exemple par immersion dans des solutions de placage chimique. 35 Un autre avantage obtenu est que les alésages, du moins quand ils sont droits, n'ont plus besoin d'être soumis à une pulv 6 risation, cette opération ayant toujours été difficile, en particulier quand il s'agit d'obtenir une épaisseur régulière, et ceci du fait de la nature peu accessible de la surface à revêtir Il est possible d'appliquer un grand nombre de revêtements sur un même article, au moyen du procédé de l'invention, soit en utilisant un nombre correspondant d'éléments porteurs, soit en les déposant par laminage et dans l'ordre inverse approprié sur un unique élément porteur. 10 Si l'on se réfère maintenant à la figure 5, la paroi ( 110) d'une chambre de combustion d'une turbomachine à gaz (non représentée) doit être revêtue à l'extérieur d'une peau ayant la forme d'un élément en feuille ( 112) La paroi ( 110) est montrée sous une forme plate, c'est-à-dire avant de la plier sous une forme cylindrique. 15 Dans cet exemple, l'élément en feuille ( 112) a été appliqu 6 sur une feuille de support ( 14) par dépôt de particules d'un matériau résistant à la chaleur et de manière à former un composite Le dépôt des particules est obtenu par 20 pulvérisation par plasma des particules sur la feuille de support ( 114) Mais à condition que les caractéristiques de la feuille ( 112) et de la feuille de support ( 114) conviennent, on peut réaliser le d 6 pôt de l'une sur l'autre par exemple par dépôt électrochimique, par laminage ou par tout autre 25 procédé connu. Après application de la feuille ( 112) sur la feuille de support ( 114), on ménage des gorges ( 116) dans la face exposée de la feuille ( 112) par découpe ou par décapage chimique classique Les gorges ( 116) sont ensuite remplies 30 d'un matériau ( 118) susceptible d'être ultérieurement oté et qui peut être par exemple une céramique, de l'acier ou du fer. Le composite constitué par la feuille ( 112) et la feuille de support ( 114) est placé contre la paroi ( 110) d'un 35 chambre de combustion, la surface exposée de la feuille ( 112) venant s'appliquer contre une surface de la paroi ( 110) de la chambre de combustion, et l'ensemble est enveloppé dans une enceinte métallique déformable (non représentée) dans laquelle on fait ensuite le vide et que l'on place dans un four (non représenté) Le four est purgé puis rempli d'un gaz inerte et chauffé, la température-et la pression obtenues devant être suffisantes pour déterminer la compression isostatique à chaud et permettre ainsi la jonction entre la paroi ( 110) et la feuille ( 112) de manière à constituer un article homogène. Lors du refroidissement de l'article, l'élément de support ( 114) est retiré par tout moyen approprié; si par exemple un matériau d'arrêt a été pris en sandwich entre l'élément de support ( 114) et la feuille ( 112) avant l'opération de compression isostatique à chaud, on évite une jonction homogène entre eux Il est possible de percer des trous ( 120) dans la ligne de jonction et d'y insérer des tubes d'alimentation de gaz ( 122). Un gaz, tel que de l'argon est injecte dans les tubes, ce gaz pénétrant dans la ligne de jonction et exerçant une 20 sollicitation qui sépare la feuille ( 112) de l'élément de support ( 114). La charge ( 118) est alors otée et la paroi ( 110) roulée et soudée bord à bord de manière à former un cylindre comportant des passages bien dégagés On peut percer des trous 25 radiaux ( 124) dans les passages pour obtenir un refroidissement par transpiration pendant le fonctionnement de la chambre de combustion dans une turbomachine à gaz (non représentée). Comme montré à la figure 7, une aube ( 126) de turbine 30 comprend une partie aérodynamique ( 128) revêtue d'une peau anti-usure ( 130), qui a été appliqu 6 e sur la partie aérodynamique ( 128) de la manière décrite précédemment en référence aux figures 5 et 6. Avant son application sur la partie aérodynamique ( 128), 35 des gorges ( 132) sont m 6 nagées dans la peau ( 130) qui sont remplies d'un matériau pouvant être oté (non représenté), comme décrit précédemment Après application de la peau ( 130) le matériau de remplissage des gorges e Et retiré permettant d'obtenir la partie aérodynamique ( 128) qui ne présente pas de discontinuités sur sa surface et est recouverte d'une peau ( 130) qui délimite avec la partie aérodynamique ( 128) des passages bien dégagés pour le passage du fluide de refroidissement pendant le fonctionnement de l'aube ( 126) de la turbine dans une turbomachine à gaz (non représentée). Dans l 'un des deux exemples qui viennent d'être dé10 crits en dernier, la peau peut être formée à partir d'une feuille d'un matériau de même composition que le matériau de l'âme ou en variante la peau peut être réalisée en un matériau de composition différente celle de l'âme, pour obtenir par exemple une meilleure résistance à l'oxydation 15 ou A la corrosion de la surface extérieure de l'article terminé. REVENDICATIONS 1. Procédé d'application d'un revêtement ( 14) sur une portion de surface d'un composant sensiblement rigide ( 10) en vue d'obtenir un article composite de forme prédéterminée, caractérise en ce qu'il consiste à: (a) former un élément porteur ( 12) dont une partie a une surface conformée selon une configuration prédéterminée, (b) appliquer un revêtement ( 14) sur ladite surface de l'élément porteur, lla combinaison de l'élément porteur et du 10 revêtement étant sensiblement rigide et le revêtement présentant une paroi opposée à celle en contact avec l'élément porteur, de forme complémentaire de celle de la portion considérée de surface du composant rigide, (c) assembler le composant et l'élément porteur, les 15 surfaces de même conformation du composant et du revêtement étant adjacentes l'une à l'autre, et (d) presser isostatiquement à chaud le composant et l'élément à l'état assemblé avec suffisamment de chaleur et de pression pour faire adhérer les surfaces adjacentes de 20 forme conjugée du composant et du revêtement de façon à constituer un article composite. 2. Procédé d'application d'un revêtement selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à retirer au moins en partie l'élément porteur ( 12) de l'article com25 posite ainsi formé. 3. Procédé d'application d'un revêtement selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la portion de surface du composant rigide ( 10) et la portion de surface de même conformation du revêtement ( 14) ne sont pas planes. 30 4 Procédé d'application d'un revêtement selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il consiste à appliquer deux ou plusieurs revêtements sur l'élément porteur, en ordre inverse de celui que l'on désire pour eux sur l'article. 5 Procédé d'application d'un revêtement selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il consiste à appliquer le revêtement sur l'élément porteur ( 36) sous forme de parties espacées ( 38) et à comprimer isostatiauement à chaud l'élément dans lesdits espaces, sur l'article, puis à 6 éliminer lesdites parties de l'élément porteur ( 36) qui recouvre le revêtement. 6. Procédé d'application d'un revêtement selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il consiste a appliquer un élément d'arrêt ( 26) entre l'élément porteur ( 28) et le revêtement ( 30). 7 Procédé d'application d'un revêtement selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il consiste à former des gorges ( 116) dans la surface du revêtement ( 112) et à remplir les gorges avec un matériau ( 118) pouvant être ultérieurement retiré avant d'assembler le composant et l'élément porteur, puis à retirer le matériau de remplissage ( 118) après compression isostatique à chaud du composant et de l'élément, de manière à réserver des passages dans l'article. 8. Procédé d'application d'un revêtement selon la revendication 7, caractérisé en ce que le revêtement comprend un conglomérat de particules. 9. Procédé d'application d'un revêtement selon la revendication 8, caractérisé en ce que les particules sont métalliques. 10 Procédé d'application d'un revêtement selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le revêtement comprend une barrière thermique. 11. Procédé d'application d'un revêtement selonl'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que 30 le revêtement comprend une peau anti-usure.