Brevet FR2612106A1 — publié le 19880916

_- 1 _- La-présente invention a trait à un procédé de pose d'un revêtement protecteur sur une aube ainsi revêtue. Les aubes en alliage de titane présentent l'avantage d'avoir un rapport résistance/masse volumique élevé et également une tenue mécani- que remarquable dans les milieux les plus corrosifs. Toutefois, les aubes en alliage de titane utilisées dans les tur- bines à vapeur, spécialement lorsque leur vitesse périphérique est élevée, sont rapidement endommagées par les goutelletes d'eau qui se forment dans la vapeur. Il est donc nécessaire de protéger la périphérie de ces aubes. L'aube en alliage de titane selon l'invention est caractérisé en ce qu'elle comporte à sa périphérie une couche de revêtement d'au moins 1 mm. d'épaisseur à base de carbures de titane, ou de nitrures de titane, ou de borures de titane, lesquels sont liés dans une matrice acier martensitique ou austenomartensitique inoxydable, ladite couche recouvrant une sous-couche de vanadium d'épaisseur comprise entre 0,5 et 1,5 mm. Le procédé de pose de ce revêtement est le suivant: on dépose sur la partie de l'aube à revêtir de la poudre de vanadium, et on monte la température de la poudre jusqu'à une température dépassant légèrement le point de fusion du vanadium. On dépose ensuite sur la couche de vanadium un mélange de poudre hétérogène comportant un tiers en poids environ de carbures de titane ou de nitrures de titane, ou de borures de titane liés par un acier martensitique ou austenomartensitique inoxydable comprenant notamment du chrome et éventuellement du cobalt et/ou du molybdène et/ou du nickel; on porte cette poudre à une-température supérieure à sa température de fusion mais inférieure à la température de fusion du vanadium. Grâce à ce procédé une quantité minimale de vanadium est diluée dans l'aube en alliage de titane lors de la première étape. De même, lors de la seconde étape, la dilution de l'alliage dans la sous-couche de vanadium sera très limitée. De plus, la fusion de cette couche d'alliage n'aura aucun effet sur la liaison déjà réalisée entre sous-couche de vanadium et aube. 2612 1 0 6 - 2 - Pour limiter les dilutions le plus possible, on utilise de préfé- rence un chauffage rapide et ponctuel, par exemple le chauffage par induction haute fréquence (avec inducteur mobile) ou un faisceau laser. La présente invention sera mieux comprise à la lumière de la description qui va suivre dans laquelle la figure 1 représente une perspective de l'aube selon l'invention. La figure 2 représente une coupe de l'aube de la figure 1. La figure 3 représente une vue partielle de la coupe de la figure 2. La figure 4 représente un appareillage permettent d'appliquer le procédé selon l'invention. L'aube de turbine à vapeur représentée à la figure 1 comporte un pied 1 et une pale vrillée 2 comprenant un bord d'attaque 3 et un bord de fuite 4. A la partie haute de l'aube on a déposé le long du bord d'attaque 3 côté extrados une couche de revêtement protecteur 5. Cette couche de revêtement sur le bord d'attaque peut s'étendre sur l'extrados de la pale 2. Entre la pale et le revêtement final est disposée une sous- couche de vanadium 6 (figure 2). L'aube est en alliage de titane comprenant 6 % d'aluminium et entre 3,5 et 4,5 % de vanadium. Le procédé de pose du revêtement protecteur dans un exemple non limitatif de refusion par faisceau laser est le suivant: La surface à revêtir de l'aube reçoit une préparation classique, puis on projette sur cette surface de la poudre de vanadium pratiquement pur ( 98 %) composée de grains sphériques de taille inférieure à 0,5/A..m, sous faisceau laser. La quantité déposée par refusion est suffisante pour que l'épaisseur de la sous-couche 6 de vanadium finale soit supérieure à lmm. Le faisceau de laser CO02 9 est dirigé sur la surface de la pale 2 de l'aube à revêtir. Ce faisceau 7 est entouré d'une arrivée 10 de gaz inerte par exemple de l'argon qui vient également frapper la pale 2 (voir figure 4). Une buse 11 projette la poudre sur la surface de la pale 2 à revêtir. Grâce à l'atmosphère inerte on évite les actions néfastes de l'oxygène, de l'hydrogène et de l'azote. 2 6 1 2 1 0 6 -3- On élève ainsi la température de la poudre de vanadium entre 19500C et 20000C. La température de fusion. du vanadium est de 1900 C et celle de l'alliage de titane de l'ordre de 2400 C. Il s'ensuit que le vanadium est fondu alors que le substrat en alliage de titane est pâteux, ce qui est idéal pour obtenir un accrochage parfait avec faible dilution de vanadium dans le substrat. L'alliage de titane qui comporte environ 4 % de vanadium peut tolérer par dilution (voir figure 3) une quantité de vanadium limitée conduisant localement à une structure lamellaire type Wydmanstâtten appelé "Bêta". L'épaisseur de cette couche 7 d'alliage avec vanadium dilué est très faible (inférieure à 1/10 mm). Après refroidissement on dépose ensuite sur la sous-couche de vanadium 6 une poudre d'alliage associée à un liant. Cette poudre hétérogène comporte en poids un tiers d'éléments durs qui peuvent être des carbures de titane, des nitrures de titane ou des borures de titane et un liant constitué par de l'acier martensitique comportant du chrome (9 à 18 %) plus éventuellement additions de molyb- dène (1 à 3 %) et cobalt (1 à 8 %) en vue de lui conférer des propriété d'inoxydabilité, ou de l'acier austenomartensitique comportant en plus 3 à 8 % de Nickel, Le granulométrie des carbures de titane sera inférieure à 0,5/A-m et celle des borures ou des nitrures de titane inférieure à 0,2/,tm de préférence de l'ordre de 0,1 m. Cette poudre hétérogène est déposée à 3 ou 4 mm des bords de la souscouche de vanadium de façon qu'il n'y ait jamais contact entre l'alliage en carbure, nitrure ou borure de titane et entre l'alliage au titane de la pale. Dans la solution de refusion par laser on se sert de l'appareil de la figure 4 pour projeter la poudre sur la sous-couche de vanadium et la faire fondre en la chauffant à une température de 500C supérieure à la température de fusion de l'alliage (1400 C -15000C). Cette température étant très inférieure à la température de fusion du vanadium, il y aura une très faible dilution (voir figure 3) de la couche d'alliage dans le vanadium et la liaison vanadium/substrat sera maintenue intacte, la couche 8 de vanadium avec alliage dilué étant très faible (inférieure à 2612 1 0 6 - 4 - 1/10 mm). La couche d'alliage déposée sera d'environ 1,5 mm d'épaisseur. On procède, ensuite comme il est classique, à un traitement de détente vers 7000C. Lorsque le liant comporte de 3 à 8 % de nickel on procède à un traitement de durcissement de la couche à base de carbures, nitrures ou borures de titane par maintien entre 4500 et 500 C pendant 4 heures pour obtenir une dureté Rockwell HRC supérieure à 60. Lorsque le liant comporte moins de 3 % de nickel le traitement appliqué consiste en une trempe à une température supérieure à 10500 C en milieu azote pour obtenir une dureté Rockwell supérieure à 60. Bien que le procédé de revêtement soit mis en oeuvre de préférence en projetant la poudre sous un faisceau laser avec projection de gaz inerte on peut utiliser encore d'autres moyens, notamment en procédant à une refusion de la pourdre projetée sous gaz inerte par plasma ou encore en procédant à la fusion de la poudre sous gaz inerte par chauffage induction haute fréquence. Dans ce dernier cas on utilise de préférence un four à induction à haute fréquence muni d'un inducteur mobile. Le four étant à sous vide ou sans atmophère inerte (par exemple argon) et contenant l'aube, on préchauffe l'ambiance du four puis on chauffe la couche de poudre par spot de 30 mm de diamètre en maintenant le spot immobile de 20 à 75 secondes et en avançant de 20 mm en 20 min. On chauffe comme il a été dit dans une première opération la couche de poudre de vanadium pour la mettre en fusion. Puis dans un second cycle après dép8t de la poudre d'alliage sur la couche de vanadium on chauffe cette couche d'alliage pour la mettre en fusion sans mettre de vanadium en fusion. 2612 1 0 6 -5- REVENDICATIONS: 1/ Procédé de pose d'un revêtement protecteur sur une aube (1) en alliage de titane caractérisé en ce qu'on dépose sur la partie de l'aube à revêtir de la poudre de vanadium pur en montant la température de la poudre jusqu'à une température dépassant légèrement le point de fusion du vanadium de façon à former une couche de vanadium (6), on dépose ensuite sur la couche de vanadium (6) un mélange de poudre hétérogène comportant un tiers environ en poids de carbures de titane, de nitrures de titane ou de borures de titane liés par un acier martensitique ou austenomartensitique inoxydable comprenant notamment du chrome (9 à 18 %), la poudre hétérogène étant porté à une température supérieure à sa température de fusion et inférieure à la température de fusion du vanadium. 2/ Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'on utilise de la poudre de nitrures ou de borures de titane de l'ordre de 0, 1.m de diamètre. 3/ Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les poudre sont projetées et fondues sous atmosphère inerte par faisceau laser. 4/ Aube en alliage de titane caractérisé en ce qu'elle comporte à sa périphérie une couche de revêtement (5) d'au moins 1 mm d'épaisseur comportant environ un tiers en poids de carbures de titane ou de nitrures de titane ou de borures de titane liés par un acier martensitique ou austenomartensitique inoxydable, ladite couche (5) recouvrant une sous- couche (6) de vanadium d'épaisseur comprise entre 0,5 et 1,5 mm.