Brevet FR2567916A1 — publié le 19860124

L'invention concerne des pièces comportant sur une surface des particules abrasives, telles que des joints d'étanchéité au gaz placés entre des éléments fixes et mobi- les et, plus particulièrement, un procédé et un élément pour appliquer des particules abrasives sur une surface. Il est bien connu dans la technique des moteurs à turbine à gaz, que le rendement de certains composants tels qu'un compresseur et une turbine dépend en partie de l'im- portance des fuites de fluide comprimé tel que l'air ou les produits de combustion, se produisant dans l'intervalle si- tué entre des éléments comportant des aubes et les viroles qui y sont associées. Le jeu entre ces pièces mobiles l'une par rapport à l'autre peut être compris à l'intérieur de limites spécifiques pour une température donnée. Cependant, pendant le fonctionnement d'un moteur à turbine à gaz, à partir du démarrage, à travers les différentes conditions de fonctionnement et jusqu'à l'arrêt, des variations dans les températures peuvent provoquer une dilatation ou une con- traction thermique non uniforme de manière complexe basée sur des facteurs tels que les différents matériaux de cons- truction, les différentes configurations et les masses dif- férentes des matériaux. On a déjà décrit un certain nombre d'agencements ayant pour objet la réduction de ces fuites non souhaitées. Un de ces agencements est décrit dans le brevet 2- des Etats-Unis d'Amérique 4 169 020 dont la description est incorporée ici par référence. Dans un tel agencement, un élément saillant tel qu'un bout d'aube est muni de particu- les abrasives pour coopérer avec une surface opposée mobile par rapport à elle. Les particules abrasives, lorsqu'elles entrent en contact avec cette surface opposée, ont pour but d'enlever du matériau de la surface de manière à rendre le jeu minimum et à réduire les fuites entre ces composants mobiles l'un par rapport à l'autre. Un procédé connu pour appliquer de telles particu- les abrasives sur une surface ou sur un élément saillant tel qu'un bout d'aube est la codéposition d'un milieu de liaison et de particules dans un bain d'électrolyte sur une surface prédéterminée. Dans un mode de réalisation d'un tel agence- ment, les particules abrasives sont en suspension dans le bain d'électrolyte et un milieu métallique est codéposé avec les particules sur la surface choisie pour lier et piéger les particules à l'endroit de la surface. Dans un autre mode de réalisation, les particules abrasives sont contenues dans une poche autour de la surface et on réalise le contact dans l'électrolyte entre la surface à traiter et les particules abrasives. On peut utiliser comme particules abrasives dans ce but, des oxydes, des nitrures, des carbures, ou des sili- ciures. Les types les plus fréquemment utilisés comportent des oxydes d'aluminium, du diamant et du nitrure de bore cubique, dont une forme est commercialement disponible sous le nom de Borazon. Bien que certaines de ces particules soient relativement bon marché, les matériaux tels que le diamant et particulièrement les particules de Borazon sont très coûteuses. L'utilisation des procédés connus de dépôt peuvent avoir pour résultat des pertes élevées ou un certain gaspillage de ces matériaux coûteux. La présente invention a pour objet de réaliser un procédé perfectionné pour appliquer des particules abrasives - 3 - sur une surface tout en économisant la quantité de particu- les utilisées. La présente invention a aussi pour objet de réali- ser pour l'utiliser dans un tel procédé, un élément qui sup- porte les particules abrasives et qui permet de récupérer de manière relativement facile les particules non utilisées. En bref, la présente invention qui concerne un procédé d'application de particules abrasives prédéterminées sur une surface, dans un mode de réalisation décrit ici con- siste à réaliser un élément qui est un ruban électriquement non conducteur servant de support aux particules abrasives. Le ruban comporte des pores, vides ou orifices, appelés ici pores, suffisamment grands pour permettre le passage à tra- vers le ruban du courant de galvanoplastie et de la solution d'électrolyte mais inférieurs à la taille des particules abrasives qui doivent être retenues sur le ruban. Pour lier les particules au ruban on utilise un adhésif d'un niveau d'adhésivité relativement faible et comportant des orifices similaires, et qui est placé sur une surface du ruban. Tel qu'utilisé ici, le terme "niveau d'adhésivité relativement faible" signifie un niveau d'adhésion qui crée une liaison entre l'adhésif et une particule plus faible que la liaison créée entre la particule et un revêtement fixant la particu- le sur une surface de la pièce. Les particules abrasives sont supportées par l'adhésif à travers une première liai- son. Après nettoyage de la surface de la pièce, les particu- les abrasives supportées par le ruban sont maintenues à la surface de la pièce. Un revêtement métallique est déposé électrolytiquement à travers les pores du ruban et de l'adhésif sur la surface de la pièce et autour des particu- les abrasives se trouvant sur cette surface pour lier les particules abrasives à la surface de la pièce par une deu- xième liaison, entre le revêtement métallique et les parti- cules abrasives, plus forte que la première liaison. Ensui- te, le ruban et les particules abrasives sont séparés à 4- l'endroit de la première liaison ou liaison plus faible, maintenant ainsi les particules abrasives sur la surface de la pièce au moyen de la deuxième liaison plus forte. Un autre mode de réalisation de la présente inven- S tion est la fourniture d'un ensemble de ruban électriquement non conducteur et particules. La description qui va suivre se réfère aux figures annexées qui représentent respectivement: - Figure 1, une vue en perspective partielle du bout du profil d'une aube de turbo-machine; - Figure 2, une vue en perspective en coupe par- tielle et agrandie d'un ensemble de ruban et particules as- socié à la présente invention; - Figure 3, une vue schématique, en coupe partiel- le d'un mode de réalisation du procédé de la présente inven- tion en fonctionnement. La présente invention est particulièrement utile pour les composants fonctionnant dans les parties chaudes d'un moteur à turbine à gaz du fait des très grandes diffé- rences dans les vitesses de dilatation et de contraction thermiques. Cependant, le problème des fuites entre des com- posants mobiles l'un par rapport à l'autre peut exister dans d'autres parties et pour d'autres composants du moteur, par exemple dans le compresseur, à l'endroit des différents joints. Différents types de bout d'aube de turbine pour le- quel on peut utiliser la présente invention ont déjà été décrits, par exemple dans le brevet des Etats-Unis d'Améri- que 3 899 267. La vue partielle en perspective de la figure 1 est la représentation du bout d'une telle aube. L'aube 10 comporte une surface de bout d'aube 12 sur lequel on souhai- te appliquer des particules abrasives prédéterminées pour coopérer dans un déplacement relatif par rapport à une sur- face opposée telle qu'une virole. On évide l'extrémité d'un profil aérodynamique 10 qui se termine par la surface de bout d'aube 12 pour former une plaque d'extrémité 14 dans laquelle peuvent se trouver des orifices de fluide de re- froidissement. Selon un mode de réalisation de la présente inven- tion, on a réalisé un ensemble de ruban et particules repré- senté de manière générale en 18, figure 2. Cet ensemble com- prend un ruban électriquement non conducteur 20, une couche poreuse mince d'un adhésif 22 à relativement faible niveau d'adhésivité sur une surface du ruban 20 et plusieurs parti- cules abrasives 24 supportées par l'adhésif. On peut prépa- rer un tel ensemble en saupoudrant les particules sur la surface adhésive et en secouant les particules en excès qui n'adhèrent pas. Le ruban électriquement non conducteur 20 comporte des pores 26 suffisamment grands pour permettre au courant de galvanoplastie et à la solution d'électrolyte de le tra- verser mais inférieur à la taille des particules abrasives 24 supportées sur le ruban par l'adhésif 22. La porosité du ruban 20 peut être le résultat de la fabrication de ce ruban en tissu non tissé ou mat de matériaux fibreux électrique- ment non conducteurs pour permettre sa traversés par le cou- rant de galvanoplastie et par l'électrolyte. On peut utili- ser d'autres formes de tissage de fibres plus classiques ou une porosité induite mécaniquement. Une forme recommandée de ce ruban poreux est celle commercialement disponible près de la Compagnie 3M sous la marque Scotch n YR-394 (ruban po- reux). Un tel ruban est un tissu non tissé souple en mélange de fibres textiles qui comporte une couche poreuse mince d'adhésif d'élastomère synthétique ayant un faible niveau d'adhésivité de 12,2 gr par cm de largeur d'adhésion à l'acier tel qu'essayé par l'American Society of Testing Ma- terials (ASTM, Société Américaine d'Essai des Matériaux) essai D-3330. On recommande d'avoir un ruban souple pour les applications dans lesquelles on souhaite que le ruban suive le contour d'une surface courbe ou de forme plus complexe. Cependant, on admettra que pour les applications à des sur- -6- faces plus planes ou moins complexes, un produit électrique- ment non conducteur poreux et plus rigide peut être utilisé en tant que "ruban". Comme mentionné précédemment, l'adhésif 22 est poreux pour permettre le passage de courant de galvanoplas- tie et de la solution d'électrolyte. De même, il a un niveau d'adhésivité suffisamment faible pour permettre d'enlever le ruban et l'adhésif des particules 24 après que ces particu- les aient été liées à une surface de la pièce, telle que la surface 12 de la figure 1, par un revêtement déposé électro- lytiquement. Le ruban disponible commercialement sous la marque Scotch n YR 394 comporte une telle couche d'adhésif poreux sur une surface. Ainsi que décrit précédemment, l'ensemble ruban électriquement non conducteur et particules associé à la présente invention comprend un ruban électriquement non con- ducteur ayant des pores suffisamment grands pour permettre le passage de courant de galvanoplastie et de la solution d'électrolyte mais inférieur à la taille des particules abrasives sur le ruban. Le ruban comporte une couche d'adhé- sif poreux de relativement faible niveau d'adhésivité sur une surface du ruban. L'ensemble comporte des particules abrasives supportées par l'adhésif par une liaison, appelée ici première liaison, qui doit être plus faible qu'une liai- son ultérieurement créée entre un revêtement métallique et les particules abrasives. Cette liaison ultérieure sera ap- pelée ici deuxième liaison. Selon un mode de mise en oeuvre du procédé de la présente invention, par exemple avec le bout d'aube décrit en liaison avec la figure 1, après avoir réalisé l'ensemble le ruban électriquement non conducteur et particules, la surface de la pièce est nettoyé pour permettre l'adhérence d'un revêtement métallique déposé électrolytiquement ulté- rieurement. Un tel nettoyage peut comporter une abrasion mécanique telle que celle réalisée par un procédé de jet de -7- vapeur ou d'air utilisant des particules abrasives dans un support liquide ou sec percutant la surface. D'autres métho- des de nettoyage que l'on peut utiliser comportent un rinça- ge dans de l'eau par ultra-sons, un nettoyage d'électrolyte par exemple dans des bains d'acide pour anodiquement ou ca- thodiquement nettoyer la surface de la pièce. On effectue le choix d'une méthode de nettoyage comportant une ou plusieurs combinaisons d'étapes suivant l'état et le type de la surfa- ce de la pièce sur laquelle doivent être appliquées les par- ticules abrasives. Après nettoyage de la surface, il peut être sou- haitable de masquer une partie de la pièce pour éviter l'application sur cette partie du revêtement métallique dé- posé électrolytiquement, ou des particules abrasives. Dans cet exemple on a appliqué un tel masque en 28 de la figure 1 aux zones du bout du profil de l'aube 10 entourant la surfa- ce 12 de la pièce sur laquelle les particules abrasives doi- vent être appliquées. Les orifices 16 ont été recouverts pour éviter la pénétration du fluide à l'intérieur du profil aérodynamique 10. Le masquage peut comporter l'utilisation de différentes variétés de vernis ou de ruban ainsi qu'il est bien connu de la technique de galvanoplastie. Après cette préparation de la pièce, les particu- les abrasives 24 supportées par l'adhésif 22 sur l'ensemble ruban et particules 18 sont maintenues à la surface 12 de la pièce - comme la surface 12 du profil figure 1 - dans un système de galvanoplastie. Ceci permet le dépôt électrolyti- que d'un revêtement métallique par les pores du ruban et de l'adhésif sur la surface de la pièce et autour des particu- les abrasives se trouvant à l'endroit de cette surface pour lier les particules abrasives à la surface de la pièce par une deuxième liaison. Cette liaison est créée entre le revê- tement métallique et les particules abrasives et elle est plus résistante que la première liaison existant entre les particules et l'adhésif. - 8 - Un mode de mise en oeuvre recommandé du procédé de la présente invention est représenté dans la vue schématique de la figure 3. Dans cette mise en oeuvre du procédé un sys- tème de galvanoplastie 30 est réalisé avec un électrolyte 32 et des anodes 34 à l'intérieur d'une cuve d'électrolyse 36. Le système comporte une source de courant continu, tel que le redresseur 38 dont le côté positif est relié aux anodes 34. Le côté négatif de la source de courant est relié à tra- vers un support mobile ou ensemble de fixation 40 à une piè- ce électriquement conductrice telle qu'une aube de turboma- chine représentée de manière générale en 42 et comportant un profil aérodynamique 10, par exemple du type représenté de manière plus détaillée figure 1. Le profil aérodynamique 10 comporte une surface d'article 12. L'ensemble ruban et particules 18 représenté plus en détail figure 2 a été immergé et maintenu dans la solu- tion d'électrolyte 32, avec les particules abrasives 24 pla- cées dans une direction qui permet le contact entre les par- ticules abrasives et la surface 12 à laquelle les particules abrasives devaient être appliquées. Dans un mode de réalisa- tion plus particulier de la présente invention, l'ensemble était posé sur un tampon de support poreux 44, par exemple du type commercialement disponible sous le nom de matériau Scotch-Brite blanc et à travers lequel le courant de galva- noplastie et la solution d'électrolyte peuvent passer. La surface 12 du profil 10 a été déplacée pour venir en contact avec les particules supportées par l'ensem- ble pendant l'immersion de celui-ci dans la solution d'élec- trolyte. Lorsque la pièce 42 a été reliée au côté négatif du redresseur 38 et que l'on a appliqué un courant de galvano- plastie approprié, la pièce 42 est devenue la cathode qui a coopéré avec les anodes 34 dans la solution d'électrolyte 32 pour déposer électrolytiquement le revêtement métallique en provenance du bain d'électrolyte autour des particules abra- sives pour réaliser la deuxième liaison décrite ci-dessus. Du fait que cette deuxième liaison est plus forte que la première liaison entre les particules et l'adhésif, la sépa- ration du profil 10 du contact avec l'ensemble 18, par sou- lèvement, retire du ruban les particules liées à la surface 12 par le revêtement métallique déposé électrolytiquement. De cette manière, les particules abrasives sont appliquées à la surface de la pièce. Les particules abrasives restant sur le ruban 18 et non liées à la surface de la pièce sont alors récupérées du ruban pour une réutilisation. Une telle récupération est réalisée par combustion du ruban et de son adhésif dans un four. Comme mentionné précédemment, la mise en oeuvre de la présente invention qui permet l'utilisation d'une couche relativement mince de particules abrasives coûteuses est un perfectionnement significatif par rapport aux procédés con- nus qui placent la surface de la pièce en contact avec un nombre notablement plus élevé de particules en une couche dispersée au fond d'une cuve électrolytique ou à l'intérieur d'un sac poreux, tel un sac en tissu contenant des particu- les abrasives dispersées. Bien que l'on ait décrit un seul revêtement métal- lique déposé électrolytiquement en relation avec les exem- ples et la figure 3, on admettra que l'on peut faire des dépôts de- métal supplémentaires ultérieurement autour des particules liées ainsi à la surface. On a réalisé ceci par un dépôt électrolytique supplémentaire de revêtement, ou on peut utiliser l'application de particules métalliques par différentes techniques de pulvérisation ou de dépôt en phase vapeur. Après dépôt selon la présente invention de la quan- tité souhaitée de matériaux autour des particules abrasives 24 liées à la surface 12 de la pièce, on peut enlever les matériaux de masquage 28. Dans un autre mode de mise en oeuvre du procédé de la présente invention, la surface 12 de la pièce, après net- toyage, a été en outre préparée pour fournir une surface - 10 - plus réceptive à la liaison des particules abrasives comme décrit ci-dessus. Dans cet exemple, la préparation compor- tait le dépôt électrolytique d'un revêtement "d'amorçage", mais pouvait comprendre des techniques telles que des revê- tements déposés en phase vapeur. Dans cette mise en oeuvre du procédé de la présente invention, le dépôt électrolytique du revêtement métallique de la deuxième liaison décrite ci-dessus a été fait sur la surface préparée, revêtue du dépôt d'amorçage plutôt que directement sur la surface nue de la pièce. Dans un exemple plus particulier d'application du procédé de la présente invention on a utilisé une aube de turbine de moteur à turbine à gaz en alliage à base de ni- ckel connu sous le nom de super alliage à base de nickel Rene'80H. La surface 12 de bout d'aube à laquelle les parti- cules abrasives devaient être fixées était nettoyée tout d'abord par décapage à la vapeur jusqu'à ce qu'elle soit propre, puis par lavage à l'eau pour enlever les agents abrasifs résiduels, et séchage de la pièce avec de l'air propre. Ensuite, toutes les ouvertures du profil, par exem- ple celles représentées en 16 figure 1 et toutes les autres ouvertures sur le profil ont été masquées par des rubans utilisés communément en galvanoplastie. On a ensuite enduit au pinceau la totalité de la zone de la surface de profil se trouvant au voisinage du bout d'aube avec une laque de mas- quage. Après séchage, on a enlevé la laque de la surface 12 du bout d'aube. La surface 12 a été de nouveau nettoyée et on l'a revêtue d'un revêtement d'amorçage en nickel dans un bain aqueux de chlorure de nickel ainsi qu'il est bien connu de la technique. Le profil a été ensuite placé dans un bain de re- vêtement de nickel comme représenté figure 3. Au fond de la cuve d'un tel système se trouve une anode en nickel sur la- quelle est placé un tampon de support poreux connu commer- cialement comme matériau Scotch-Brite. L'ensemble ruban et - il - particules de la présente invention a été placé sur le tam- pon de support poreux. L'ensemble utilisé était celui décrit en relation avec la figure 2 et comportait un ruban poreux 3M n YR394 avec des particules abrasives de nitrure de bore cubique Borazon. L'ensemble ruban et particules a été prépa- ré en recouvrant le ruban poreux par des particules abrasi- ves et en secouant l'excès de particules non liées par la première liaison avec l'adhésif. Ceci permettait d'obtenir un ruban revêtu pratiquement d'une seule couche de particu- les abrasives légèrement liées. On a utilisé pour créer la liaison métallique dans le système de galvanoplastie de l'exemple un électrolyte de type chlorure de nickel qui comportait de l'acide borique et un agent mouillant. L'électrolyte recouvrait le tampon de support, l'ensemble ruban et particules et le bout d'aube y compris la surface d'extrémité 12 exposée. On a appliqué un courant de galvanoplastie de densité d'environ 0,015 ampère par cm pour déposer électronlytiquement du nickel comme revêtement sur la surface recouverte antérieurement de dépôt d'amorçage en nickel et autour des particules abrasives en contact avec cette surface. Ceci permettait de lier les par- ticules à la surface d'amorçage en nickel et ensuite à la surface de bout d'aube représentée en 12 figure 1. Après ce dépôt par galvanoplastie d'épaisseur déterminée, on a enlevé la pièce du système de galvanoplastie en la retirant de l'ensemble ruban et particules placé sur le tampon de sup- port poreux. Du fait que la liaison entre les particules et la partie d'extrémité du profil était plus forte que la liaison entre les particules et le ruban électriquement non conducteur, les particules abrasives adhéraient à la pièce plutôt que de demeurer avec le ruban. Dans cet exemple, on a souhaité appliquer un revê- tement supplémentaire autour des particules pour obtenir une liaison plus sûre et plus épaisse. Par conséquent, après dépôt du revêtement de nickel à partir de la solution de -12 - chlorure de nickel, le bout du profil 10 supportant les par- ticules abrasives a été ensuite immergée dans un système de galvanoplastie comportant un électrolyte de type sulfamate de nickel comprenant du nickel métallique, de l'acide bori- S que et un agent mouillant. D'autres types ou revêtements électrolytiques ou d'autres revêtements peuvent être utili- sés. Dans cet exemple, le dépôt galvanoplastique de nickel supplémentaire a été appliqué avec une densité de courant d'environ 0,06 ampère par cm2 apres quoi on a enlevé la- pièce du bain de galvanoplastie et on l'a rincé. Ensuite les matériaux de masquage ont été enlevés. - 13 - REVENDICATIONS 1. Procédé d'application à une surface de particu- les abrasives prédéterminées, caractérisé en ce qu'il con- siste à: - réaliser un ensemble ruban électriquement non-conducteur et particules (18); a) le ruban (20) comportant des pores (26) suffi- samment grands pour permettre au courant de galvanoplastie et à la solution d'électrolyte de passer au travers mais inférieurs à la taille des particules abrasives (24) se trou- vant sur le ruban; b) le ruban (20) comportant sur une surface une couche d'adhésif poreux (22) de relativement faible niveau d'adhésivité; et c) les particules abrasives (24) étant supportées par le ruban (20) au moyen d'une première liaison. - nettoyer la surface (12) de la pièce (10); maintenir les particules abrasives portées par le ruban à la surface (12) de la pièce (10); - déposer électrolytiquement un revêtement métal- lique à travers les pores du ruban (20) et de l'adhésif (22) sur la surface de la pièce et autour des particules abrasi- ves s'y trouvant pour lier les particules abrasives à ladite surface par une deuxième liaison, entre le revêtement métal- lique et les particules abrasives, plus forte que la premiè- re liaison; et - séparer l'ensemble (18) à l'endroit de la pre- mière liaison des particules abrasives liées à la surface de la pièce. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'après le dégraissage de la surface de la pièce il consiste en outre à: - appliquer un premier revêtement métallique sur -14 - la surface (12) de la pièce (10); - maintenir les particules abrasives portées par le ruban à l'endroit du premier revêtement métallique; - déposer électrolytiquement un deuxième revête- ment métallique à travers les pores du ruban et de l'adhésif sur le premier revêtement métallique et autour des particu- les abrasives s'y trouvant pour lier les particules abrasi- ves à ce premier revêtement métallique par une liaison plus forte que la première liaison; et - séparer l'élément (18) à l'endroit de la premiè- re liaison des particules abrasives liées au premier revête- ment métallique. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à: réaliser l'ensemble ruban électriquement non conducteur et particules (18); - nettoyer la surface (12) de la pièce (10); - immerger l'ensemble ruban et particules (18) dans une solution d'électrolyte dans un système de galvano- plastie; - déplacer la surface de la pièce en contact avec les particules portées par le ruban pendant l'immersion dans la solution d'électrolyte; - déposer électrolytiquement le revêtement métal- lique autour des particules abrasives pour réaliser la deu- xième liaison; et - retirer pour séparer la surface de la pièce de l'ensemble ruban et particules (18) à l'endroit de la pre- mière liaison. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'après le nettoyage de la surface de la pièce il consiste en outre à: - appliquer un premier revêtement métallique sur la surface (12) de la pièce (10); maintenir les particules abrasives portées par - 15 - le ruban à l'endroit du premier revêtement métallique; - déposer électrolytiquement un deuxième revête- ment métallique à travers les pores du ruban et de l'adhésif sur le premier revêtement métallique et autour des particu- les abrasives s'y trouvant pour lier les particules abrasi- ves à ce premier revêtement métallique par une liaison plus forte que la première liaison; et - séparer l'élément (18) à l'endroit de la premiè- re liaison des particules abrasives liées au premier revête- ment métallique. 5. Ensemble ruban électriquement non conducteur et particules (18), caractérisé en ce qu'il comprend: - un ruban électriquement non conducteur (20) com- portant des pores (26) suffisamment grands pour permettre au courant de galvanoplastie et à la solution d'électrolyte de passer au travers mais inférieurs à la taille des particules abrasives qui doivent être retenues sur le ruban; - une couche d'adhésif poreux (22) de niveau d'adhésivité relativement faible sur une surface du ruban; et - des particules abrasives (24) supportées par l'adhésif sur la surface du ruban. 6. Ensemble selon la revendication 5, caractérisé en ce que le ruban électriquement non conducteur est sou- ple.