Brevet FR2615521A1 — publié le 19881125

Peinture indicatrice de température et procédé pour préparer un spécimen avec cette peinture Cette invention concerne une peinture indicatrice de tem- pérature et procédé pour préparer un spécimen avec cette pein- ture. Les revêtements qui changent de couleur ou d'une autre propriété physique à une ou plusieurs températures connues constituent un outil utile pour la mise au point de composants de moteurs d'avion. Les techniques qui utilisent de tels re- vêtements thermiques présentent plusieurs avantages par rap- prot à d'autres procédés du fait qu'elles ne sont pas destruc- trices, qu'elles sont de côut relativement faible et qu'elles produisent un profil de température sur la totalité de la sur- face d'un composant et non seulement en des points discrets comme c'est le cas avec des thermocouples. Les peintures indicatrices de température, ou peintures thermiques ainsi qu'elles sont également connues, présentent des inconvénients, dont l'un est que les changements de cou- leur/propriétés physiques dépendent, selon des degrés varia- bles, de la durée et dépendent, à un moindre degré, de la pression. La technique habituelle pour résoudre ce problème est de calibrer en température toutes les peintures à change- ments multiples (qui lorsqu'elles sont soumises à-un gradient thermique peuvent révéler certains changements permanents, chacun étant attribué à un isotherme de température) à des moments variés en laboratoire. Cependant, la température n'est pas l'unique paramètre qui a un effet sur ces modifications et d'autres conditions de l'environnement peuvent également y prendre part. Pour s'opposer à la nature de peintures thermiques connues qui dépend de la durée, on peut appliquer un revêtement de référence pour obtenir un isotherme sur un composant, dans des conditions de fonctionnement qui ont été précédemment dé- montrées comme étant indépendantes de la durée et de l'envi- ronnement. Le mécanisme impliqué dans la modification pour former l'isotherme doit être fonction de la température et ne pas l'être de l'environnement gazeux de fonctionnement, de manière qu'un isotherme de référence puisse être attribué au composant avec sécurité, quelles que soient la durée de la marche ou les conditions du fonctionnement. De façon idéale, on devrait utiliser au moins trois marqueurs de référence cou- vrant une plage de températures appropriées en vue de la ca- libration interne d'une peinture thermique à changements mul- tiples. Des revêtements métalliques ont été utilisés dans lepassé en tant que marqueurs de référence internes, utilisant de l'argent, de l'or et un alliage d'or/argent. L'or et l'argent ont été appliqués par électrodéposition et l'alliage d'or/ar- gent par pulvérisation à la flamme. Cependant, et en se réfé- rant en particulier au développement de moteurs d'avions com- prenant des composants tels que des aubes de turbines, on a constaté que ces revêtements n'étaient pas satisfaisants. Les procédés d'application cités ci-dessus se traduisent habituel- lement par une épaisseur de revêtement moyenne de 25um à 30um pour l'électrodéposition et de 50um à 75um pour la pulvérisa- tion à la flamme. On sait que cette quantité de matériaux pose des problèmes lorsqu'ils fluent à l'état fondu en bloquant les trous de refroidissement des aubes de la turbine. Ces procédés sont également relativement coûteux et demandent du temps, alors qu'ils exigent par ailleurs un équipement coûteux. lors- qu'on métallise des aubes de turbines avec de l'or et de l'ar- gent, il est difficile de masquer de façon correcte les trous de refroidissement des bords avant et arrière avant le placa- ge. Ces difficultés de masquage se traduisent par le fait que la plaque d'argent et d'or manque dans des régions cruciales et qu'il en résulte des lacunes dans les données nécessaires à l'évaluation du profil de température de l'aube. En outre, la surface d'un revêtement pulvérisé à la flamme est extrême- ment rugueuse, ce qui provoque à la fois des problèmes de con- tamination et d'interprétation. Or on a constaté que l'utilisation d'un revêtement de métal précieux appliqué, en tant que peinture, surmonte la plupart ou la totalité des inconvénients mentionnés ci-dessus. Selon l'invention, une peinture indicatrice de température comprend un mélange d'argent et d'une résine dispersée dans % à 70% en poids de solvant. De préférence, le mélange contient un ou plusieurs des élé- ments suivants: or, platine, palladium, cuivre, nickel, chro- me, titane ou silicium. Le solvant peut être le 2-éthoxyéthyl- acétate ou le xylène. Le mélange peut comprendre une résine et un alliage binaire d'argent et de l'un des éléments suivants: or, cuivre, silicium, titane, chrome ou nickel. Selon un autre aspect de l'invention, un procédé de prépa- ration d'un spécimen avec une peinture indicatrice de tempé- rature comprend l'opération consistant à appliquer une pein- ture indicatrice de température dont la composition est con- forme à la présente invention sur un spécimen, par étalage à la brosse ou par pulvérisation. De préférence, le spécimen est étuvé pendant une durée al- lant jusqu'à 5 minutes à une température comprise entre 750 C et 850 C. L'invention permet, pour une épaisseur de revêtement mini- male nécessaire, de réaliser une couverture uniforme et de réduire ainsi les coûts en matériaux et les problèmes rencon- trés du fait du fluage du métal fondu en excès. Le procédé peut être appliqué "sur le lieu d'utilisation" en utilisant des tech- niques classiques. En outre, l'élimination d'un masque autour des trous de refroidissement du plan aérodynamique n'est plus nécessaire et le fini de surface amélioré par rapport à des alliages d'argent/or pulvérisé à la flamme permet à la peinture d'être en liaison directe avec le substrat sous-jacent. L'invention va maintenant être décrite au moyen d'exemples. Selon l'invention, une peinture thermique à base d'argent est appliquée sur le composant tel qu'une aube de turbine. La-peinture consiste en 64,5% en poids d'un mélange de 26 15521 pigments d'argent et d'une résine haute température ayant la consistance d'une pâte, et de 35,5% en poids de 2-éthoxyéthyl- acétate (également connu sous le nom de Cellosolve Acetate) utilisé en tant que solvant. On peut utiliser du xylène à la place du Cellosolve Acetate. Le taux de solvant peut varier entre environ 10 et 70%. Cette peinture constitue un marqueur thermique de référence pour 942+2 C. La pâte d'argent est ven- due par Johnson Mathey Chemicals en vue de son utilisation dans des condensateurs et des'thermistors électriques sous le numéro de code E112. Une peinture de marquage thermique élevé utilise-un mélan- ge ayant la forme d'une pâte d'argent/palladium qui produit un marqueur pour 1052 3 C. La peinture consiste en 67,6 % en poids d'une pâte d'Ag/Pd de 6:1, et de 32,4 % en poids de Cellosolve Acetate ou de xylène. Le rapport entre l'argent et le palladium peut varier jusqu'à 50 % de palladium. Cependant, une pâte d' Ag/Pd de 6:1 est commercialement disponible chez Englehard Ltd sous le nom de code de T13194. Comme ci-dessus, le rapport en- tre le solvant et la pâte peut être une valeur quelconque com- prise entre 10 et 70 %. Une autre peinture dont la température de transition est de 977 2 C consiste en un mélange se présentant sous la forme d'une pâte d'argent/platine selon le rapport 20:1, également disponible chez Englehard Ltd sous le numéro de code T2786. Le rapport optimal est de 62, 5 % en poids de pâte d'argent/platine et de 37,5 % de solvant. Le rapport entre l'argent et le pla- - tine peut varier jusqu'à 30 % de platine, et là encore le rap- port entre la pâte et le solvant peut varier de manière que le solvant soit compris entre 10 et 70 %. D'autres éléments secondaires tels que de l'or (jusqu'à 99 %), du cuivre (jusqu'à 99 %), du silicium (jusqu'à 60 %), du titane (jusqu'à 10 %), du chrome (jusqu'à 10 %), et du ni- ckel (jusqu'à 2 %) peuvent être alliés à l'argent pour produire des systèmes de peintures pigmentées à alliage binaire d'ar- gent. Après le mélange avec le solvant, la peinture est pulvé- risée ou étalée à la brosse sur le spécimen. Après séchage à l'air, le spécimen est étuvé pendant 5 minutes entre 750 C et 850 C pour obtenir un fini miroir. L'étuvage est nécessai- re pour-lier le film de peinture au substrat, car, quand cela n'est pas le cas, il présente de la rugosité et peut être fa- cilement endommagé quand il est manipulé. Exceptionnellement, l'étuvage peut être réalisé à 300 C pendant une heure, mais ceci n'est pas recommandé en raison de la nature friable du revêtement à cette température. Un avantage essentiel des marqueurs de référence thermiques à base d'alliages métalliques est la conductivité de la matri- ce peinture/revêtement. Ainsi, l'argent, en tant qu'alliage primaire, présente l'avantage d'une excellent conductivité alors que les peintures thermiques standards sont des isolants. Une utilisation majeure pour les peintures est celle concer- nant les isolateurs. L'utilisation majeure pour les peintures décrites ci-dessus consiste en des peintures à changement uni- que en tant que telle, de même qu'en des marqueurs de réfé- rence thermiques. La peinture métallique révèle une image plus représentative des mécanismes thermiques de surface, par exem- ple la capacité d'une aube de turbine à dissiper la chaleur. L'argent présente également un point de fusion avantageux de 960 C et il est commercialement disponible de même qu'il pos- sède une excellente conductivité. L'or, bien que présentant des avantages similaires à l'argent, se diffuse dans un spé- cimen en alliage à base de nickel. Il est reconnu que le marqueur thermique idéal est un allia- ge eutectique'qui assure une modification rapide entre solidus et liquidus. Cependant, des alliages eutectiques disponibles dans le commerce et à point de fusion situé dans les plages de températures désirées sont pratiquement impossibles à obte- nir sous la forme nécessaire à la fabrication de peintures. Il n'existe pas de mélange eutectique formé avec un alliage d'ar- gent/palladium et d'argent/or. En tout cas, seul un change- gement physique observable à l'oeil humain est nécessaire et, dans ce cas, la première modification bien nette à par- tir d'un fini miroir obtenu par étuvage est tout ce qui est nécessaire pour attribuer un isotherme. Tous les pourcentages dans cette description sont faits en référence aux poids. REVENDICATIONS 1. Peinture indicatrice de température caractérisée en ce qu'elle comprend un mélange d'argent et d'une résine disper- sée dans 10 % à 70 % en poids d'un solvant. 2. Peinture indicatrice de température selon la revendica- tion 1, caractérisée en ce que le mélange contient un ou plu- sieurs des éléments suivants: or, platine, palladium, cuivre, nickel, chrome, titane, silicium. 3. Peinture indicatrice de temperature selon la revendica- tion 1 ou la revendication 2, caractérisée en ce que le sol- vant est 2-éthoxyéthyl-acétate. -4. Peinture indicatrice de temperature selon la revendica- tion 1 ou la revendication 2, caractérisée en ce que le sol- vant est du xylène. 5. Peinture indicatrice de température selon l'une quel- conque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'il y a entre 62,5 % et 67,6 % en poids du mélange, le reste étant le solvant. 6. peinture indicatrice de température selon l'une quelcon- 20. que des revendications précédentes, caractérisée en ce que le mélange comprend de l'argent et du palladium. 7. Peinture indicatrice de température selon la revendica- 6, caractérisée en ce que le rapport entre l'argent et le pal- ladium va jusqu'à 50 % de palladium en poids. 8. Peinture indicatrice de température selon la revendica- tion 6, caractérisée en ce que le rapport entre l'argent et le palladium est de 6:1. 9. Peinture indicatrice de température selon l'une quelcon- que des revendications 6 à 8, caractérisée en ce que la pein- ture contient 67,6 % de mélange et 32,4 % de solvant en poids. 10. Peinture indicatrice de température selon l'une quel- conque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le mélange contient de l'argent et du platine. 11. Peinture indicatrice de température selon la revendi- cation 10, caractérisée en ce que le rapport entre l'argent et le platine va jusqu'à 30 % en poids de platine. 12. Peinture indicatrice de température selon la revendi- cation 10, caractérisée en ce que la peinture comprend 62,5 % de mélange et 37,5 % de solvant en poids. 13. Peinture indicatrice de température selon la revendi- cation 2, caractérisée en ce que le mélange comprend une ré- sine et un alliage binaire d'argent et de l'un des éléments suivants: or, cuivre, silicium, titane, chrome ou nickel. 14. Procédé pour préparer un spécimen au moyen d'une pein- ture indicatrice de température, caractérisé en ce qu'il com- prend l'opération consistant à appliquer une peinture indi- catrice de température selon l'une quelconque des revendica- tionq 1 à 12 à un spécimen par étalage à la brosse ou par pulvérisation. 15. Procédé de préparation d'un spécimen avec une pein- ture indicatrice de température selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, l'opération con- sistant à étuver le spécimen pendant une durée allant jusqu' à 5 minutes à une température comprise entre 750 C et 850 C. 16. procédé pour préparer un spécimen avec une peinture indicatrice de température selon la revendication 14, carac- térisé en ce qu'il comprend, en outre, l'opération consistant à étuver le spécimen pendant une durée allant jusqu'à une heure à 300 C.