Brevet FR2838753A1 — publié le 20031024

dimension comprise entre 50,um et 500,um. DESCRIPTION PROCEDE DE REALISATION D'UN APPORT SUR UNE PIECE EN SUPERALLIAGEA BASE DE NICKEL OU DE COBALT s La presente invention concerne un procede de realisation d'un apport sur une piece de turbomachine. Il est connu dans de nombreuses applications d'ameliorer la duree de vie de pieces en appliquant un revetement dans une zone localisee de maniere a ameliorer les proprietes de surface dans cette zone en fonction de sollicitations ou contacts specifiques. Des exemples de techniques de traitement de surface de ce type vent decrits par FR A-2 397 S 259 qui prevoit de deposer par soudure par fusion une couche d'alliage resistant aux fissurations a l'extremite d'une aube puis une couche d'un alliage dur et/ou resistant a ltoxydo- corrosion. On connat egalement par FR-A-2 511 908 un procede d' assemblage par brasage-diffusion permettant de rapporter sur une piece en superalliage a base de nickel ou de cobalt une piece elementaire sous forme d'ebauche pre-frittee constituee a partir d'un melange de deux poudres dont l'une, cite poudre d'apport, est presente entre 5 et 25 % en poids du melange et comporte une base nickel, chrome et bore ou 2s nickel, cobalt, silicium et bore. Par ailleurs, selon US-A-4 705 203, un procede de reparation de defauts de surface de pieces en superalliage comporte une projection a la flamme plasma de deux couches successives de compositions differentes, puis un traitement thermique au cours duquel seule la premiere couche est fondue et ensuite la couche superficielle est retiree. Les techniques de fabrication decrites par FRA-2 511 908 imposent notamment d'utiliser un melange homogene de poudres pour preparer un materiau fritte autobrasable utilisable pour realiser un apport de brasage sur une zone localisee de piece en superalliage. Dans ce cas, la temperature maximale d'utilisation de la piece en superalliage doit rester sensiblement inferieure a la temperature de brasage. Des recherches ont egalement ete menees pour la mise au point de procedes de synthese de materiaux, soit metalliques, soit intermetalliques, soit ceramiques par combustion auto propagee. US-4 778 649 decrit par exemple un procede de fabrication d'un materiau composite comprenant notamment une couche en alliage de cuivre recouverte d'une couche de melange de poudres Ti+B+Cu dans laquelle une reaction de synthese de TiB2 par combustion auto-propagee est declenchee par compression et chauffage. On obtient ainsi sur un substrat en cuivre, une couche superficielle TiB2+ Cu. Zr ou A1 ainsi que d'autres borures ou carbures peuvent etre utilises. 1S Un des buts de l' invention est d'obtenir un rechargement ou un revetement de pieces de turbomachine composees d'un superalliage a base de nickel ou a base de cobalt presentant soit une structure polycristalline, soit une structure monocristalline. Le procede de realisation d'un apport sur une piece en superalliage repondant a ces conditions sans encourir les inconvenients des solutions connues anterieures est caracterise par les etapes successives suivantes: ; 25 (a) depOt sur au moins une zone localisee de la piece d'un element d'apport sous forme d'un premier compact de poudres d'alliage a base de nickel ou de cobalt; (b) mise en place sur le premier compact d'un second compact de melange de poudres de nickel et d'aluminium dans des proportions correspondent a la formation d'un materiau intermetallique; (c) mise en place de la piece portent le premier et le second compacts dans une chambre de four a haute pression alimentee en gaz neutre sous une pression hydrostatique allant jusqu'a 1,5 GPa, les elements chauffants du four etant disposes selon une direction generalement perpendiculaire aux surfaces d' interface entre piece et compacts; (d) lorsqu'une temperature inferieure ou egale a 500 C est atteinte sur les pieces et compacts, un amor,cage local de la reaction de formation du compose intermetallique NiA1 dans le second compact est declenche par chauffage supplementaire de la surface libre du second compact au moyen d'une plaque en graphite disposee selon une direction generalement parallele a ladite surface libre du second lo compact; (e) realisation d'une reaction de synthese par combustion auto-propagee sous haute pression hydrostatique de gaz dans des conditions determinees de temperature et de pression de maniere a assurer une densification des elements compacts et une liaison metallurgique entre les elements compacts et la piece en superalliage. D'autres caracteristiques et avantages de l' invention seront mieux compris a la lecture de la description qui va suivre d'un mode de realisation de l' invention, en reference aux dessins annexes sur lesquels: la figure 1 represente une vue schematique en coupe d'une piece portent un element d'apport sous forme d'un premier 2s et d'un second compacts et disposee a l'interieur d'une chambre de four a haute pression; la figure 2 represente selon une vue analogue a celle de la figure 1 l'etape d'amorc,age du procede conforme a l' invention; la figure 3 represente selon une vue analogue a celles des figures 1 et 2 l'etape finale de realisation de l'apport sur la piece. L' installation schematiquement representee sur les figures 1 a 3 uti li see pour la mi se en oeuvre du procede de real i s ation d'un apport sur une piece en superalliage de turbomachine conforme a l' invention se compose d'une chambre a haute pression 1 alimentee en gaz neutre par un systeme de 4 2838753 compression et formant egalement un four 2 muni d'un systeme de chauffage 3 et d'un systeme de mesure des temperatures. Dans un exemple de realisation, le compresseur utilise est constitue de trots etages de compression connectes en serie s dans lesquels le gaz est successivement comprime. La pression finale de gaz atteinte est de 1,5GPa et une jauge de pression permet de controler la valeur de la pression de gaz. La chambre a haute pression 1 utilisee comporte les amenagements convenant aux conditions d'utilisation a hautes lo press ions et hautes temperatures tels que des parois multiples inserees dans un blindage et comportant une enveloppe de refroidissement a eau ainsi que tous les acces necessaires, connexions electriques, passage de gaz et les amenagements correspondents d'etancheite. Un equipement de 1S mise sous vice de l'ordre de lPa est egalement adjoint. Le systeme de chauffage 3 se compose d'elements chauffants 4 places sur les parois laterales formant un four place dans ladite chambre 1. Un element chauffant constitue d'une plaque de graphite 5 est en outre dispose en partie superieure. Des thermocouples vent adjoints pour permettre les mesures de temperatures EXEMPLE: 2s I1 s'agit de realiser un apport sur une piece en superalliage A a base de nickel afin de remettre au profil desire par rechargement a l' aide d'un melange de poudres d'alliage B a base de nickel apporte sous forme d'un element compact. Prealablement un premier element compact 10 est obtenu par frittage a partir de poudres d'alliage B a base de nickel. Alternativement, l' clement compact peut etre obtenu par compactage a froid,par exemple dans les conditions suivantes: dans un-moule, sous une pression de 100 MPa. Une mise sous pression de 10 a 1000 MPa permet egalement d'obtenir le 3s compactage. De meme, un second element compact 11, constitue de poudres de nickel et d'aluminium, en proportions equi-atomiques, est elabore a partir d'un melange homogene de la quantite s adequate des poudres de nickel et d'aluminium par compactage isostatique a froid dans les conditions suivantes: (dans un moule sous une pression de 50 MPa. Une mise sous pression de a 500 MPa permet egalement d'obtenir le compactage. S A l'etape (a) du procede de realisation d'un apport sur une piece en superalliage, on procede a la mise en place sur une zone localisee de la piece 12 du premier compact 10 de poudres d'alliage B precedemment prepare. A l'etape (b), on procede a la mise en place sur le premier lo compact 10 du second compact 11 de melange de poudres de nickel et d'aluminium precedemment prepare. Comme il est connu en soi, des operations de nettoyage du substrat vent effectuees prealablement a la mise en place du premier element compact et peuvent comporter, en fonction de 1S l'etat de la piece, neuve ou usagee des operations de degraissage, sablage, desoxydation chimique et/ou thermochimique. L'etape (c) suivante consiste a introduire comme represente sur la figure 1, la piece 12 constituent le substrat portent le premier 10 et le second 11 compacts dans une chambre 1 a haute pression hydrostatique de gaz neutre et a enceinte chauffante d'un four, precedemment decrit. Les elements chauffants 4 du four 2 vent disposes selon une direction generalement perpendiculaire aux surfaces d' interface entre 2s piece 12 et compacts 10 et 11. Le four 2 comporte en outre, comme note precedemment, un element chauffant supplementaire sous forme d'une plaque de graphite 5 disposee selon une direction generalement parallele a la surface libre du second compact 11. Apres chauffage de ['ensemble constitue par la piece 12 et les premier 10 et second 11 compacts jusquta atteindre une temperature de 500 C, a l'etape suivante (d), le chauffage supplementaire de la surface libre du second compact 11 au moyen de la plaque de graphite 5 declenche un amorcage local de la reaction de formation du compose intermetallique Ni A1. A l'etape (e) la pour-quite de la reaction amorcee precedemment, sous controle des conditions de temperature et de pression dans le four, amene une densification des elements compacts 10 et 11 et par effet de la propagation thermique dans une direction generalement perpendiculaire aux surfaces dtinterface entre 12 et compacts 10 et 11 comme indique par la fleche 13 sur la figure 3, cree des liaisons metallurgiques entre les elements compacts 10 et 11 et la piece 12 en superalliage. REYENDICATIQNS 1. Procede de realisation d'un apport sur une piece en superalliage a base nickel ou de cobalt caracterise par les etapes successives suivantes: (a) depot sur au moins une zone localisee de la piece (12) d'un element d'apport sous forme d'un premier compact (10) de poudres d'alliage a base de nickel ou de cobalt; (b) mise en place sur le premier compact (10) d'un second compact (11) de melange de poudres de nickel et d'aluminium dans des proportions correspondent a la Is formation d'un materiau intermetallique; (c) mise en place de la piece (12) portent le premier (10) et le second (11) compacts dans une chambre (1) de four (2) a haute pression alimentee en gaz neutre sous une pression hydrostatique allant jusqu'a 1,5 GPa, les elements chauffants (4) du four etant disposes selon une direction generalement perpendiculaire aux surfaces d' interface entre piece et compacts; (d) lorsqu'une temperature inferieure ou egale a 500 C et superieure a 50 C est atteinte sur les pieces (12) et 2s compacts (10, 11) un amorcage local de la reaction de formation du compose intermetallique NiA1 dans le second compact est declenche par chauffage supplementaire de la surface libre du second compact (11) au moyen d'une plaque en graphite (5) disposee selon une direction generalement parallele a ladite surface libre du second compact; (e) realisation d'une reaction de synthese par combustion auto-propagee sous haute pression hydrostatique de gaz dans des conditions determinees de 3s temperature et de pression de maniere a assurer une densification des elements compacts (10, 11) et une liaison metallurgique entre les elements compacts (10,11) et la piece (12) en superalliage. 8 2838753 2. Procede de realisation d'un apport sur une piece en superalliage a base de nickel ou de cobalt selon la revendication 1 dans lequel la temperature d'amor,cage est s de 500 C. 3. Procede de realisation d'un apport sur une piece en superalliage a base de nickel ou de cobalt selon l'une des revendications 1 ou 2 dans lequel prealablement a l'etape (b), le second compact (11) d'un melange de poudres de nickel et d'aluminium est obtenu par compactage isostatique a froid des poudres dans les conditions suivantes: dans un motile, sous une pression comprise entre 10 et 500 MPa. 4. Procede de realisation d'un apport sur une piece en superalliage a base de nickel ou de cobalt selon la revendication 3 dans lequel la press ion appliquee est de