Brevet FR2644088A1 — publié le 19900914

Procédé de fabrication de coude de fonderie L'invention concerne un procédé de fabrication de coude de fonderie avec revêtement d'isolation thermique destiné aux hautes températures, utilisant des fibres de carbone nickelées dans le procédé de coulée de précision sous vide. Par le document DE-OS 32 41 513, on sait fabriquer des stratifils de verre textile trempés ou des produits de surface textiles à partir de fibres synthétiques nickelées, afin d'utiliser ces matériaux de surface pour la fabrication de revêtements extérieurs d'avions et d'obtenir ainsi une protection plus élevée contre les impacts de la foudre. Ces produits de surface présentent il est vrai aux températures élevées une conductibilité électrique renforcée, mais ils sont toutefois inadéquats pour des corps façonnés qui sont exposés à une sollicitation thermique très élevée et durable, tels que par exemple les coudes d'échappement de moteurs à combustion. De tels coudes d'échappement ou de tube sont jusqu'à présent pourvus d'un revêtement céramique entouré de métal et résistent à une sollicitation thermique allant à peu près jusqu'à 1.700 C. Ces revêtements tendent alors toutefois, du fait des retraits de coulée, à se fissurer et ne résistent pas de manière fiable aux températures élevées survenant effectivement et aux gaz d'allumage érodants. La présente invention a pour but d'indiquer un procédé de fabrication de coudes de fonderie pouvant supporter de manière fiable des sollicitations thermiques durables allant jusqu'à 2.500 C et restant exempts de fissure. Ce problème est résolu par le fait: a) qu'un tube enveloppe d'isolation en CFC (carbone renforcé par des fibres de carbone) est enroulé suivant la forme du coude, autour d'un noyau démontable, b) que la face intérieure du tube enveloppe d'isolation en CFC est revêtue d'une couche de SiC, c) que la face extérieure du tube enveloppe d'isolation en CFC est pourvue d'une couche de nickel d'une épaisseur de 0,5 à 1 mm, d) que les deux extrémités du tube enveloppe d'isolation sont chacune obturées hermétiquement avec à chaque fois un couvercle en nickel, - e) que le corps façonné ainsi obtenu est pourvu sur la totalité de sa surface d'une couche de platine et ensuite introduit dans le modèle de cire à titre de noyau pour le coude à couler et que l'on cuit le moule de coulée en céramique, et f) que le coude est coulé à l'aide d'un alliage à base de nickel, refroidi et soumis à un usinage de finition. Selon des modes de réalisation particuliers de l'invention: l'élimination par fusion du modèle en cire et la cuisson du moule de coulée peuvent être effectuées dans une atmosphère d'oxygène, à des températures comprises entre 800 et 1.100 C. - l'enveloppe isolante en CFC peut être tout d'abord nickelée sans courant, jusqu'à obtention d'une surface fermée et ainsi électriquement conductrice et le nickelage en épaisseur à des épaisseurs de 0,5 à 1 mm peut ensuite exécuté dans un bain de sulfate de nickel. - l'un des couvercles peut être pourvu d'une pièce tubulaire pour l'équilibrage de pression et l'introduction d'un gaz de protection. Un exemple de réalisation du procédé selon l'invention est décrit ciaprès. Sur les figures du dessins est représentée à chaque fois la pièce façonnée du coude produite dans les étapes individuelles du procédé. Dans les figures: la figure 1 représente une coupe transversale du tube enveloppe d'isolation produit par la première étape du procédé, la figure 2 représente une coupe transversale du tube enveloppe d'isolation revêtu intérieurement et extérieurement, la figure 3 représente une coupe transversale du coude après coulée, encore à l'état d'ébauche, la figure 4 représente une coupe transversale du coude coulé terminé d'usinage, tel qu'il arrive au montage. Le procédé de fabrication proposé est expliqué sur l'exemple d'un coude d'allumeur susceptible d'être utilisé pour des températures allant jusqu'à 2.500 C. Pour pouvoir supporter sans se fissurer de telles sollicitations thermiques et empêcher simultanément la corrosion par les gaz d'allumage, le canal d'écoulement de gaz du coude 200 est pourvu d'un revêtement haute température. Du fait qu'un tel revêtement ne peut pas être introduit après- coup, il doit donc être déjà inséré au moment de la coulée du coude. On fabrique à cet effet, comme cella est esquissé sur la figure 1, un revêtement en CFC, d'alliages métalliques, dans le procédé de coulée de précision sous vide, comme suit: autour d'un noyau démontable K, qui se compose par exemple de deux moitiés et qui présente la forme du coude 200 à fabriquer, on enroule ou on applique ce que l'on appelle une enveloppe d'isolation 10 en un matériau CFC. L'épaisseur de paroi de cette enveloppe d'isolation 10 est de quelques millimètres, dans le cas présent, de 4 mm. Une fois enlevé le noyau K, la face intérieure de l'enveloppe d'isolation 10 tubulaire est pourvue d'une couche de SiC 2644088- et les deux extrémités d'enveloppe sont obturées au moyen de dispositifs d'application galvanique 16, comme cela est représenté sur la figure 2. L'enveloppe d'isolation en CFC 10 ainsi obtenue est tout d'abord nickelée sans courant jusqu'à obtention d'une surface d'enveloppe fermée et devenue électriquement conductrice, et elle est ensuite placée dans un bain de sulfate de nickel, jusqu'à obtention d'une épaisseur maximale de 1 mm. Après usinage mécanique des extrémités de l'enveloppe d'isolation en CFC 10 recouverte, des couvercles 14,14a en nickel sont insérés dans celles-ci et soudés hermétiquement. L'un des couvercles, le couvercle 14a dans l'exemple représenté, est pourvu d'une pièce tubulaire 15 qui est disposée dans un but d'équilibrage de la pression et d'introduction d'un gaz de protection. La totalité de la surface de l'enveloppe d'isolation 10 en CFC est ensuite recouverte de platine 13 dans un bain de galvanisation et il est ainsi créé une protection optimale contre l'oxydation. Ce corps façonné 100 ainsi créé sert maintenant de noyau lors de la coulée sous vide ultérieure et il est inséré ou coulé dans le modèle en cire. On applique ensuite le moule de coulée en céramique. Lors des phases opératoires suivantes avec le moule de coulée, on bénéficie des avantages du corps façonné 100. L'élimination par fusion de la cire et la cuisson du moule de coulée s'effectuent à des températures situées entre 800 et 1100 C, sous une atmosphère d'oxygène. La couche de platine 13 empêche lors de ces processus l'oxydation de la surface de nickel. Le moule de coulée du coude de fonderie 200 est maintenant terminé et l'on effectue alors la coulée de l'alliage métallique, qui est dans le cas présent un alliage à base de nickel. Après coulée, ainsi que lors du processus de refroidissement qui s'ensuit, la couche de platine diffuse dans le nickel du tube enveloppe d'isolation 10 et dans l'alliage à base de nickel 17 du coude 200, ce qui fait qu'il est créé une liaison solide, intime, des deux matériaux. Le tube enveloppe d'isolation 10 est ancré par ajustement de forme dans l'alliage à base de nickel 17 du coude 200 et le coude peut maintenant subir son usinage mécanique final, donc être mis à la longueur, subir un tournage plan etc, et être pourvu d'alésages, centrages, etc, ainsi que ceci est représenté sur la figure 4. Concernant le procédé de fabrication décrit ci- dessus, il faut encore faire ressortir que ce ne sont pas les fibres de carbone individuelles qui sont recouvertes de nickel, mais que c'est la totalité du matériau composite renforcé par fibres, amené à la forme souhaitée, qui est recouvert de nickel. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un coude de fonderie avec revêtement d'isolation thermique destiné aux hautes températures, utilisant des fibres de carbone nickelées dans le procédé de coulée de précision sous vide, caractérisé en ce que: a) un tube enveloppe d'isolation (10) en CFC (carbone renforcé par des fibres de carbone) est enroulé suivant la forme (100) du coude (200), autour d'un noyau démontable (K), b) la face intérieure du tube enveloppe d'isolation en CFC (10) est revêtue d'une couche de SiC (11), c) la face extérieure du tube enveloppe d'isolation (10) en CFC est pourvue d'une couche de nickel (12) d'une épaisseur de 0, 5 à 1 mm, d) les deux extrémités du tube enveloppe d'isolation (10) sont obturées hermétiquement avec à chaque fois un couvercle en nickel (14,14a) , e) le corps façonné (100) ainsi obtenu est pourvu sur la totalité de sa surface d'une couche de platine (13) et ensuite introduit dans le modèle de cire à titre de noyau pour le coude (200) à couler et l'on cuit le moule de coulée en céramique, et f) le coude (200) est coulé à l'aide d'un alliage à base de nickel (17), refroidi et soumis à un usinage de finition. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élimination par fusion du modèle en cire et la cuisson du moule de coulée sont effectuées dans une atmosphère d'oxygène, à des températures comprises entre 800 et 1.100 C. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'enveloppe isolante en CFC (10) est tout d'abord nickelée sans courant, jusqu'à obtention d'un surface fermée et ainsi électriquement conductrice et le nickelage en épaisseur à des épaisseurs de 0,5 à 1 mm est ensuite exécuté dans un bain de sulfate de nickel. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'un des couvercles (14,14a) est pourvu d'une pièce tubulaire (15) pour l'équilibrage de pression et l'introduction d'un gaz de protection.