Brevet FR2601044A1 — publié le 19880108

L'invention a pour objet des couches protectrices, et en particulier des couches protectrices pour le titanie et des alliages au titane Certaines pièces de rnoteurs à turbine à gaz. telles que les aubes de compresseur, sont fréquemment far.riquees en alliage au titane. De tels 5 alliages sont bien adaptes pour des pieces soumises, en fonctionnement, a des températures allant de températures bien Inférleures à OC Jusqu'à des températures d'environ 500'C. Cela signifie que les alliages peuvent être utilisés dans tous les étages d'un compresseur de moteur à turbine à gaz à flux axial, excepté dans les étages haute pression. 10 Cependant, d'autres alliages à base de fer ou de nickel doivent être utilisés dans les étages haute pression à cause des hautes températures qui sont susceptibles d'y régner. L'utilisation de tels alliages n'est pas souhaitable a cause du handicap de poids qu'ils présentent par rapport aux alliages au titane. Il existe cependant des alliages au titane à haute 15 résistance, disponibles actuellement, qui peuvent supporter des températures supérieures à 5(0'C.. Malheureusement, à ces températures, les alliages tendent a s'oxyder et à se calaminer en surface, de mrnme qu'à devenir sujets à une formation de phase alpha due à l'absorption d'oxygène. C'est donc urYobjet de la présente invention que de prevoir une couche protectrice pour le titane et pour des alliages au titane qui rendent le titane ou les alliages au titane moins sujets au calaminage de surface et à la formation de phase alpha a des températures élevées que ceux qui ont été obtenus jusqu'alors. Selon la présente invention, un procédé pour revêtir un pièce faite de titane ou d'alliage au titane d'une couche protectrice comprend les étapes de. a) déposer une couche de nickel ou cobalt à la surface de la pièce 10o fait d'alliage au titane; b) déposer une couche de chrome sur ladite couche de base de nickel ou cobalt; et, c) traiter thermiquement la pièce de titane ou d'alliage au titane ainsi recouverte dans des conditions non oxydantes pour provoquer au 15 moins une interdiffusion entre lesdites couches de nickel ou cobalt et de chrome, et entre ladite couche de nickel ou cobalt et la surface de ladite pièce de titane ou d'alliage au titane. Les couches de nickel ou cobalt et de chrome peuvent être appliquées par toute méthode appropriée. Nous préférons les appliquer 20 par galvanoplastie, auquel cas il est necessaire de corroder la surface de la pièce en alliage au titane ou en titane avant d'effectuer la galvanoplastie. Le degré de corrosion nécessaire peut être obtenu par une corrosion anodique de la surface de la pièce dans un mélange d'acide acétique et d'acide fluorhydrique. D'autres procédés de dépôt des 25 couches de nickel ou cobalt et de chrome peuvent cependant être employés si on le souhaite. Ainsi, les couches peuvent être déposées par des techniques telles que le dépôt en phase gazeuse par procéde physique ou telles que le dépôt autocatalytique. Bien que l'étape de traitement thermique en vue de provoquer 30 l'interdiffusion puisse être effectuée dans toute atmosphère non oxydante et qui n'ait pas d'effet dommageable sur la pièce recouverte de la couche protectrice, nous préférons effectuer cette étape sous vide. 3 2601044 Pour démontrer l'efficacité de la présente invention, on a recouvert une pièce de test faite d'un alliage au titane suivant le procéde de la présente invention et on l'a soumise ensuite à des tests dans un environnement à haute température. Plus spécifiquement, une aiguille de 5 50 mm de long et de 7 mm de diamètre, faite d'un alliage disponible sur le marché sous la référence Ti53315, a d'abord été corrodée anodiquement dans un melange contenant 97,5 % en volume d'acide acétique et 12,5 % en volume d'acide fluorhydrique, avec un courant d'une Intensité de 1,8 A/m2 et à une température de 40-50'C pendant 10 une minute. L'alliage Ti5331S est produit par Imperial Metal Industries et contient, en poids: 5,5 % d'aluminium, 3,5 % d'étain, 3 % de zirconium et 1 % de niobium, le reste étant du titane. L'aiguille a été ensuite rincée avant d'être métallisee par galvanisation avec du nickel sur une épaisseur de 20-25 g La 15 galvanoplastie a effectuee dans un bain de Watts modifieé pendant une période de 20 minutes, a une température de 50C et avec un courant d'une intensité de 4, 5 A/m2. Apres un autre rinçage, l'aiguille a eété métallisée par galvanisation avec du chrome sur une épaisseur de 1-2 It La galvanoplastie a éte effectuée dans un bain contenant 375 20 grammes/litre d'acide chromique, et 2,5 grammes/litre d'acide sulfurique pendant une période de 5 minutes, à une température de 49'C et avec un courant d'une densité de 20,7 A/m2. L'aiguille munie de ses couches metallsees de nickel et de chrome a eté ensuite rincéee et séchée avant d'être chauffée à une température de 700'C pendant une 25 heure sous vide pour provoquer un certain degré d'lnterdiffusion des couches de nickel et de chrome, de même que pour garantir un certain degré d'interdiffuslon entre la couche de nickel et l'alliage au titane de l'aiguille en vue de produire une liaison interface effective entre l'aiguille et les couches. L'aiguille a ensuite été chauffée dans l'air à une température de 650'C pendant une période de 1000() heures en vue d'estimer la qualite des couches appliquées soumises à de hautes températures pendant une longue période. On a-découvert, en sectionnant l'aiguille, qu'il ne s'était produit qu'une oxydation superficielle de la surface de l'aiguille d'alliage au titane et qu'il n'y avait pas de trace de formation de phase alpha. Bien que dans l'exemple décrit ci-dessus, la pièce de test ait été une aiguille faite d'un alliage au titane métallisé avec du nickel et du chrome, on comprendra que le procede selon la présente invention est applicable à la protection du titane ou d'autres alliages au titane et qu'une couche de cobalt pourrait être substituée à la couche de nickel si 10 on le souhaitait. La présente invention offre donc un procédé intéressant pour protéger des effets de l'oxydation et de la formation de phase alpha des pièces de titane et d'alliages au titane qui sont soumises à des températures ambiantes élevées 2 6 0 1 0 4 4 REVENDICATtONS 1, Procédé de dépôt sur une pièce faite de titane ou d'alliage au titane d'une couche protectrice, caractérisé par les étapes de a) déposer une couche de nickel ou cobalt sur la surface du titane ou de l'alliage de titane; b) deposer une couche de chrome sur ladite couche de nickel ou cobalt; et, c) traiter thermiquement ladite pièce de titane ou d'alliage au titane dans des conditions non-oxydantes pour provoquer au moins une interdiffusion entre lesdites couches de nickel ou cobalt et de chrome, o10 et entre ladite couche de nickel ou cobalt et la surface de ladite piéce de titane ou d'alliage au titane. 2. Procédé de dépôt sur une pièce faite de titane ou d'alliage au titane d'une couche protectrice selon la revendication 1, caracterise en ce que lesdites couches de nickel ou cobalt et de chrome sont déposéese 1is sur la surface de ladite pièce par galvanoplastie. 3. Procédé de dépôt sur une pièce faite de titane ou d'alliage au titane d'une couche protectrice selon une des revendications i ou 2, caractérisé en ce que ledit traitement thermique de ladite pice de titane ou d'alliage au titane est effectué sous vide. 4. Procédé de dépôt sur une pièce faite de titane ou d'alliage au titane d'une couche protectrice selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit traitement thermique de ladite pièce de titane ou d'alliage au titane est effectué à une température d'environ 700'C pendant une période d'environ une heure. 5. Procédé de dépôt sur une pièce faite de titane ou d'alliage au titane d'une couche protectrice selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite couche de nickel ou cobalt est déposée sur une épaisseur de 20 a 25 p et en ce que la couche de chrome est déposee sur une épaisseur de 1 a 2 I. 6. Pièce faite de titane ou d'alliage au titane, caractérisée en ce qu'elle est munie d'une couche protectrice obtenue selon le procédé de l'une quelconque des revendications précédentes.