Brevet FR2672832A1 — publié le 19920821

LIAISON PAR BRASAGE DE FEUILLES RESISTANTES A -L' OXYDATION La présente invention se rapporte à la protection contre l'oxydation de matériaux à base de titane, et plus particulièrement à l'utilisation de liaison par. brasage de feuilles protectrices sur des matériaux à base de titane. Les demandes en attente conjointes suivantes se rapportent à des revêtements de protection pour des alliages et des aluminures de titane: le numéro de série 07/656 433, déposé le 19 février 1991, qui a été publié comme brevet US N 05 049 418 le 17 septembre 1991; le numéro de série 07/656 453, déposé le 19 février 1991; et le numéro de série 07/656 495, déposé le 19 février 1991. Les aluminures de titane souffrent d'une inaptitude à former une barrière auto-protectrice résistante à l'oxydation lorsqu'ils sont exposés à une ambiance oxydante Ceci est dû au fait que l'alliage a tendance à former des écailles d'oxyde mélangés qui tendent à se craqueler lors de cycles thermiques et forment un oxyde stratifié complexe qui s'écaille En plus, le film d'oxyde qui est en contact avec le substrat de métal dissout une partie de l'oxygène de l'écaille d'oxyde. Ceci conduit à la diffusion de l'oxygène de la surface dans le substrat de métal et à une fragilisation subséquente. Dans le cas d'un composite à matrice de métal (MMC) constitué de filaments à haute résistance noyés dans la matrice de métal, des complications supplémentaires apparaissent dues aux contraintes internes engendrées par la différence de dilatation thermique entre les fibres et la matrice Ceci conduit à la formation de criques à la surface pendant l'oxydation cyclique, et à la propagation de criques dans la matrice de métal et, éventuellement, à une rupture mécanique du composite. Afin de créer une surface résistante à l'oxydation sur des alliages de titane, qui ne dégrade pas les propriétés mécaniques du matériau de base, il est nécessaire de créer une couche de surface ductile qui se liera à l'aluminure et qui formera un oxyde de surface protecteur, lors de l'exposition à une ambiance oxydante Ceci peut être réalisé par la liaison d'une feuille ductile d'un alliage qui a une faible solubilité et un faible coefficient de diffusion pour l'oxygène et qui forme un oxyde protecteur lors de l'exposition à une ambiance oxydante Un examen des alliages susceptibles de remplir ces exigences suggère que des feuilles d'alliage minces de Fe Cr Al, Fe Ni Cr, Ni Cr Al, et Ni Cr de même que les additions correspondantes d'yttrium à ces alliages pourraient être efficaces pour fournir la résistance à l'oxydation requise. D'une manière plus précise, les feuilles résistantes à l'oxydation sont liées au substrat d'alliage de titane au moyen d'une opération de brasage. Un alliage de brasage à base d'argent, disponible commercialement, se présente sous la forme d'une feuille et elle est prise en sandwich entre le substrat d'alliage de titane et une feuille résistante à l'oxydation Cependant, d'autres alliages de brasage peuvent être utilisés (par exemple le titane ou l'or). L'ensemble de couches formé de feuilles et du substrat est soumis à des températures et une pression de brasage jusqu'à ce qu'une liaison excellente entre les feuilles et le substrat d'alliage de titane soit obtenue. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre à titre d'exemple en référence au dessin annexé, sur lequel: la figure est une représentation schématique d'une feuille résistante à l'oxydation, brasée, réalisée par le procédé de la présente invention. Un substrat 10 d'alliage de Ti, tel que l'aluminure de titane est la couche nécessitant une protection contre l'oxydation telle que décrite ci-dessus Une feuille résistante à l'oxydation 14 procure cette protection et sa liaison au substrat 10 est réalisée au moyen d'une feuille de brasure à base d'argent 12. D'autres feuilles de brasure, telles que des feuilles à base de titane ou d'or peuvent également être utilisées. Une feuille résistante à l'oxydation 14 peut avoir une épaisseur allant de 0,01 à 0,08 mm ( 0,0005 à 0,003 pouce) L'un parmi un certain nombre d'alliages de brasage à base d'argent disponible commercialement est utilisé comme feuille 12 et a une épaisseur allant de 0,025 à 0,08 mm ( 0,001 à 0,003 pouce) Le tableau 1, suivant, fait la liste d'un certain nombre, représentatif, d'alliages de brasage à base d'argent, disponibles commercialement. Tableau 1 Sélection d'alliages de brasage Liquidus Solidus Nom Composition (O C) ( C) In Cu Sil 62 Ag-27 Cu-9, 5 In-1,5 Ti755 625 Ti Cu Sil 68,8 Ag-26,7 Cu-4,5 Ti 850 830 Ag 10 O Ag 960 960 Ti Cu Ni 70 Ti-15 Cu-15 Ni 925 880 Ga Pa Si 19 82 Ag-9 Pd-9 Ga 880 845 Afin de fabriquer le substrat protégé par revêtement, l'ensemble des couches montré à la figure unique annexée, est placé dans un four sous vide et un poids mort, exerçant une pression de 7 à 35 k Pa ( 1 à 5 psi) est placé sur l'ensemble pour obtenir un contact intime entre les couches pendant l'opération de brasage. Un vide d'au moins 10-4 Torr est nécessaire Les températures de brasage sont déterminées par les propriétés de l'alliage brasé Le tableau 1 donne les propriétés typiques des alliages de brasage à base d'argent disponibles commercialement, utilisés pour cette opération La température de solidus fixe la température supérieure d'utilisation pour le composite brasé dans l'ambiance oxydante Les temps de brasage typiques varient de 1 à 5 minutes De plus, il est également souhaitable que l'alliage de brasage présente une certaine résistance à l'oxydation à la température d'utilisation si des effets de bord ou d'extrémité doivent être évités. Le tableau 2 suivant présente des observations concernant la réaction interfacialle obtenue comme résultat des opérations de brasage. Tableau 2 Combinaisons de matériaux Feuille résistante Feuille de à l'oxydation brasure Observations Fe Cr Al Fe Cr Al Fe Cr Al Fe Cr Al Ni Cr Ni Cr Ni Cr Ga Pa Si 19 Argent Ti Cu Sil Ti Cu Ni Ga Pa Sil Ti Cu Sil In Cu Sil Diffusion significative de GA, Pd, dans l'aluminure; diffusion limitée dans la feuille Diffusion d'Ag significative dans Ti Al; diffusion d'Ag minimale dans la feuille Diffusion de Cu significative dans Ti Al; diffusion minimale dans la feuille Diffusion de Ni et de Cu dans Ti Al; zone de diffusion faible dans la feuille Dissolution de Ni, Cr dans la brasure; ségrégation de Pd et Ga à l'interface de Ti Al Dissolution de Ti dans la brasure; diffusion de Cu, Ag dans Ni Cr et Ti Al Dissolution de Ti, A 1 dans la brasure; diffusion de In, Cu et Ag dans Ni Cr et Ti Al. Ce tableau démontre que des combinaisons différentes d'alliage de brasage et de feuille ductile ont été étudiées Il a été observé globalement que l'opération de brasage conduisait à une diffusion significative des éléments d'alliage de brasage dans l'aluminure Les feuilles de Fe Cr Al présentent une faible réaction avec la brasure tandis -qu'une interaction significative avec les feuilles de Ni Cr a été observée Sur cette base, il a été conclu que les feuilles de Fe Cr Al présentaient un meilleur potentiel p- our la formation d'un système de protection de surface pour le substrat 10. Un certain nombre de répartitions d'éléments pour les feuilles brasées ont fait l'objet de courbes et elles ont montré, que, bien que des interactions métallurgiques significatives puissent se produire pendant une opération de brasage, une liaison excellente entre les feuilles et le substrat d'alliage de titane était obtenue Une recherche supplémentaire sera nécessaire pour déterminer les effets, s'il y en a, de la brasure sur les propriétés mécaniques de l'alliage de titane. En résumé, le présent procédé produit une surface ductile, résistante à l'oxydation, pour les alliages de titane en utilisant des alliages de brasage à base d'argent ou à base d'un autre métal (par exemple, l'or, le titane) comme agent de liaison pour lier une feuille résistante à l'oxydation à un substrat d'alliage de titane Le présent procédé présente l'avantage de la production d'une surface ductile, résistante à l'oxydation, pour des alliages de titane dont la température d'utilisation la plus élevée, dans une ambiance oxydante, est déterminé par la température de solidus de l'alliage de brasage.5 Il doit être compris que l'invention n'est pas limitée aux détails exacts de la structure montrée et décrite ici car des modifications évidentes apparaîtront à des personnes expérimentées dans la technique. REVENDICATIONS 1 Procédé pour la protection contre l'oxydation d'un substrat ( 10) d'un matériau à base de titane caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de: dépôt d'une feuille de matériau de brasage ( 12) sur au moins l'une des faces du substrat ( 10); dépôt d'une feuille résistante à l'oxydation ( 14) sur la feuille de brasage ( 12) pour former un ensemble; mise sous vide de l'espace autour de l'ensemble pour créer un vide d'au moins 10-4 Torr; application d'une pression de 7 à 35 k Pa ( 1 à 5 psi) à la surface de la feuille résistante à l'oxydation ( 14) pour garantir un contact intime entre la feuille ( 14) et le substrat ( 10); et application d'un traitement par la chaleur suffisant (c'est-à-dire, en température et en durée) à l'ensemble, pour braser la couche résistante à l'oxydation ( 14) au substrat ( 10). 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le substrat ( 10) est un alliage de titane. 3 Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le substrat ( 10) est un aluminure de titane. 4 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la feuille résistante à l'oxydation ( 14) est du Fe Cr Al. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la feuille de brasage ( 12) est un matériau d'alliage de brasage à base d'un métal choisi à partir du groupe comprenant l'argent, l'or, et le titane. 6 Procédé pour la protection contre l'oxydation d'un substrat ( 10) d'alliage ou d'aluminure de titane caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de: dépôt d'une feuille de brasage ( 12) d'alliage de brasage à base d'argent sur au moins l'une des faces du substrat ( 10); dépôt d'une feuille résistante à l'oxydation ( 14) de Fe Cr Al sur la feuille de brasage ( 12) pour former un ensemble; mise sous vide de l'espace autour de l'ensemble pour créer un vide au-dessous de 10-4 Torr; application d'une pression de 7 à 35 k Pa ( 1 à 5 psi) à la surface de la feuille résistante à l'oxydation ( 14) pour assurer un contact intime entre la feuille ( 14) et le substrat ( 10) pendant l'opération de brasage; et application d'un traitement par la chaleur suffisant à l'ensemble pour braser la couche résistante à l'oxydation ( 14) au substrat ( 10). 7 Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'épaisseur de la feuille de brasage ( 14) est de 0,025 à 0,08 mm ( 0,001 à 0,003 pouce). 8 procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'épaisseur de la feuille de brasage ( 14) est de 0,01 à 0,08 mm ( 0,0005 à 0,003 pouce).