Brevet FR2892732A1 — publié le 20070504

PROCEDE POUR PRODUIRE, SUR UNE PIECE METALLIQUE, UN REVETEMENT RESISTANT A L'EROSION La présente invention concerne un procédé pour produire un-revêtement résistant à l'érosion, sur une pièce métallique, selon lequel on applique, par pulvérisation thermique, sur une partie à recouvrir de la surface de la pièce, une couche ayant une épaisseur de 10 à 500 um, contenant au moins un alliage Ni-Cr-Fe-B-Si. Les revêtements produits par les procédés habituels de ce genre présentent une porosité relativement élevée ainsi que, pour certaines applications, une élasticité insuffisante et, par conséquent, une résistance insuffisante à l'égard des vibrations mécaniques. La porosité des revêtements réalisables jusqu'à maintenant constitue un inconvénient, en particulier pour les pièces qui sont exposées à un courant de gaz ou d'air contenant des particules telles que des particules de poussière, car l'usure par érosion peut être très élevée dans ces conditions. C'est ce que l'on observe par exemple aux bords d'attaque d'avions et d'hélicoptères volant à grande vitesse, en particulier lors des vols à proximité du sol. Des essais effectués en vue de rendre de telles pièces résistantes à l'usure, par exemple par utilisation de tôles d'acier inoxydable austénitique de 1,0 à 5 millimètres d'épaisseur, ainsi que par application subséquente d'un chromage dur, ont conduit, dans des cas d'application déterminés, à des dùrées de vie de l'ordre de 10 heures, seulement. Des revêtements protecteurs produits par pulvérisation thermique, n'ont également pas conduit à de meilleurs résultats, en raison des inconvénients susmentionnés. Le but de l'invention est de fournir un procédé permettant de produire des revêtements extrêmement peu poreux et, par conséquent, particulièrement résistants à l'érosion, tout en présentant une résistance élevée aux vibrations. Ceci est obtenu, conformément à l'invention, grâce au fait que la pièce, avec le revêtement appliqué par pulvérisation, est portée, sous vide, à une température comprise entre 250 et 400 C, et maintenue à cette température pendant une durée de 5 à 30 minutes, que la température est ensuite portée à 800 à 950 C et maintenue à cette valeur pendant une durée de 5 à 30 minutes, que la température est ensuite augmentée, le traitement thermique, à partir d'une température comprise entre 900 et 1100 C n'étant plus poursuivi sous vide mais sous un gaz protecteur tel que l'azote, l'hélium et/ou l'argon, sous une pression de 200 à 600 mm Hg, la température étant portée, en vue de provoquer le frittage en phase liquide du revêtement , au-dessus de la température de fusion de l'alliage utilisé dans celui-ci et que, finalement, on laisse refroidir la pièce jusqu'à la température ambiante. Avantageusement, le revêtement appliqué par pulvérisation présente une épaisseur comprise entre 20 et 360 um. Avantageusement l'alliage Ni-Cr-Fe-B-Si présente la composition suivante, en pourcentage pondéral : 0,5 à 1,5 C ; 10,0 à 26,0 Cr ; 1,5 à 10,0 Fe ; 1,5 à 4,5 B ; 2,5 à 5,0 Si ; reste Ni. Avantageusement, le revêtement appliqué par pulvérisation contient de 10 à 70, de préférence de 15 à 60%, en poids, 25 de matériau dur dit "Hartstoff" ou "métal dur". Avantageusement l'on utilise, comme matériau dur, des 'carbures ou des borures des éléments Cr, Ti, W, Ta, Mo et/ou Nb, et, plus particulièrement, du carbure de tungstène à 4 à 20% en poids de Co. 30 De préférence, la pression du gaz protecteur est comprise entre 300 et 600 millimètres Hg. On va maintenant décrire et expliquer plus en détail le procédé selon l'invention, d'après des exemples. Exemple 1 : On a appliqué, par le procédé selon l'invention, un revêtement protecteur ayant une épaisseur de 500 m, sur la surface d'un volet d'aile en tôle d'acier austénitique 18/8 d'une épaisseur de 2,5 millimètres, en procédant de la manière suivante : a) Préparation : La surface à recouvrir a été rendue rugeuse par sablage au moyen de corindon d'une granulométrie de 0,5 à 1,0 millimètre, ce qui a permis d'obtenir une rugosité de surface de Ra 15 à 20 um. b) Matériau de pulvérisation : On a appliqué un mélange de 50% en poids d'alliage de matrice et 50% de "Hartstoff" ou "métal dur" WC/Co, l'alliage de matrice ayant la composition 0,5 à 1,0 C; 14,0 à 16,0 Cr; 2,0 à 4,0 Fe; 2,5 à 4,0 B; 3,0 à 5,0 Si; reste nickel et le matériau WC/Co consistant en 85 à 90% WC et 15 à 10 Co (indications en pourcentage pondéral). c) Conditions de projection : On a utilisé un appareil de pulvérisation à la flamme autogène du type ROTOTEC 80 de la société CASTOLIN S.A., 'dans les conditions suivantes : pression d'oxygène 4,0 bars, pression d'acétylène 0,8 bar, réglage de la flamme neutre, distance de pulvérisation 160 à 200 millimètres, débit de poudre 5 kg/h. Le revêtement appliqué avait une épaisseur de 650 um. d) Procédé de frittage en phase liquide du revêtement : Le volet d'aile a été introduit, pour son traitement thermique, dans un four qui a été ensuite évacué sous une pression de 10-3 Torr. Après quoi, on a chauffé la pièce à une température de 250 à 350 C et on l'a maintenue pendant 15 à 30 minutes à ce niveau de température, en provoquant ainsi un dégazage de la couche superficielle appliquée par pulvérisation. Ensuite, la pièce a été portée à une température comprise entre 800 et 900 C et maintenue à cette température pendant une durée de 10 à 20 minutes, toujours sous 10-3 Torr. Il se produit ainsi un dégazage du bain d'alliage fondu produit. Ensuite, on a encore élevé la température et, à une température de 920 à 960 C, on a introduit un gaz protecteur, à savoir l'argon, en remplacement du vide et on a porté la pression d'argon à une valeur de 400 à 600 mm Hg. Après quoi, on a chauffé la pièce avec une puissance de chauffage double à une température de 1040 à 1050 C. On a ensuite laissé la pièce refroidir à environ 800 C et on a procédé à cette température à un échange de l'argon constituant le gaz protecteur par de l'azote, sous une pression de 600 mm Hg afin de faciliter la poursuite du refroidissement jusqu'à la température ambiante. L'épaisseur du revêtement obtenu après le frittage en phase liquide a atteint la valeur de 500 um. 25 Lors de l'utilisation de la pièce ainsi revêtue, on a constaté une durée de vie s'élevant à plus de huit fois celle de la pièce non revêtue. 'Exemple 2 : On a appliqué de la manière suivante un revêtement d'une 30 épaisseur de 300 um sur la surface d'une partie de bord d'aile en tôle d'acier 18/8 Mo ayant une épaisseur de 2,0 millimètres : a) Préparation, comme dans l'exemple 1. 10 15 20 b) Matériau de pulvérisation : On a utilisé un mélange de 70% en poids d'alliage de matrice et 30% en poids de carbure, la matrice ayant la composition suivante : 0,8 à 1,2 C ; 24,0 à 25,0 Cr ; 0,5 à 2,5 Fe ; 3,2 à 4,2 B ; 3,5 à 5,0 Si ; reste Ni et les carbures étant constitués par un mélange de 15,0 à 20,0 TiC, 15,0 à 20,0 TaC, reste WC (indications en pourcentage pondéral). c) Paramètres de pulvérisation : Les paramètres de pulvérisation de l'exemple 1 ont été maintenus avec les modifications suivantes : distance de pulvérisation 160 à 180 mm, débit de poudre : 6,2 kg/h. L'épaisseur de la couche après la pulvérisation a atteint 380 um. 15 d) Procédé de frittage en phase liquide du revêtement : Après avoir placé la pièce dans un four et établi par pompage, un vide de 10-3 Torr, on a d'abord porté la température à 300 à 350 C et maintenu de 15 à 30 minutes à cette valeur. On a ensuite élevé la température jusqu'à 20 900 C et maintenu à cette valeur pendant 15 à 20 minutes. En continuant à élever la température, on a employé, à une température de 940 à 980 C, de l'hélium comme gaz protecteur à la place du vide, la pression d'hélium s'élevant à 400 mm Hg. Ensuite, on a porté la température, 25 'en utilisant la puissance de chauffage double, à une température de 1050 à 1060 C et on a maintenu cette valeur extrême de température pendant 2 minutes. Ensuite, on a laissé refroidir la pièce jusqu'à 900 C, niveau auquel on a procédé à un échange de gaz en effectuant la suite du 30 refroidissement jusqu'à la température ambiante sous argon sous une pression de 600 mm Hg. 10 6 L'épaisseur du revêtement s'est élevée, après le frittage en phase liquide du revêtement, à 300 um. La durée de vie de la pièce obtenue en utilisation pratique s'est de nouveau révélée comme étant un multiple de celle 5 de la pièce non revêtue. Exemple 3 : Sur une pièce exposée, lors de son utilisation à des vents de vitesse élevée en preésence de fines particules de poussière, et dont le corps de base consistait en une tôle 10 d'acier inoxydable austénitique d'une épaisseur de 1,0 millimètre, on a appliqué de la manière suivante un revêtement de protection de 200 um d'épaisseur : a) Préparation, comme dans l'exemple 1 b) Matériau de pulvérisation : 15 On a utilisé un mélange de 62% en poids d'alliage de matrice et 38% en poids de CrB, l'alliage de matrice ayant la composition suivante : 0,8 à 1,0 C; 16,0 à 18,0 Cr; 5,0 à 8,0 Fe; 2,5 à 3,5 B; 3,0 à 4,0 Si; reste Ni (indications en pourcentage pondéral). 20 c) Paramètres de pulvérisation, comme dans l'exemple 2. d) Processus de frittage en phase liquide du revêtement : On a d'abord placé la pièce dans un dispositif de fixation, 'afin d'éviter toute déformation éventuelle et on l'a placée avec ce dispositif, à la température ambiante, dans un four 25 à vide. Après évacuation par pompage sous 10-3 Torr, on a procédé à un chauffage jusqu'à 250 à 300 C. On a maintenu cette température pendant 10 à 15 minutes et procédé ensuite lentement à une nouvelle élévation de température jusqu'à 900 C, afin de permettre une égalisation de la 30 température avec le dispositif de fixation. La température de 900 C a été maintenue pendant 10 à 15 minutes puis la température a été encore élevée jusqu'à 920 à 950 C. A cette température, on a introduit de l'argon en remplacement du vide, sous une pression de 300 à 400 mm Hg. Ensuite, on a effectué le chauffage avec une puissance de chauffage double, jusqu'à une température de 1030 à 1040 C. Finalement, on a laissé la pièce refroidir sous argon jusqu'à la température ambiante. Le revêtement de protection obtenu, d'une épaisseur de 200 um, s'est révélé extrêmement résistant à l'érosion et également résistant à l'égard de la variation de charge mécanique à laquelle il est soumis dans la pratique. Exemple 4 : On a muni une pièce similaire à celle de l'exemple 3, en tôle d'acier 18/8 de 1,5 millimètre d'épaisseur, d'un revêtement de 150 um. A cet effet, on a mis en oeuvre le procédé de façon analogue à celle qui est décrite dans l'exemple 3, mais en utilisant comme matériau de pulvérisation un alliage ayant la composition suivante . 0,5 à 0,9 C; 24, 0 à 26,0 Cr; 0,2 à 1,0 Fe; 3,5 à 4,0 B; 3,6 à 4,5 Si; reste Ni. Avec ce matériau, on a également obtenu un revêtement protecteur pratiquement complètement exempt de pores, extrêmement résistant à l'usure ainsi que du point de vue mécanique. 'De ce qui précède, il ressort en particulier que, lors du traitement thermique selon l'invention, contrairement au procédé usuel, on procède à des temps de maintien à deux niveaux de températures différentes au cours du chauffage et que, en outre, dans le domaine de 900 à 1000 C, on introduit un gaz protecteur qui s'oppose à l'évaporation du bore. Les alliages de revêtement utilisés avaient une dureté supérieure à 50 HRc, de préférence supérieure à 55 5 HRc' A l'aide du procédé selon l'invention, on a obtenu des revêtements largement exempts de pores, ayant une très bonne résistance mécanique ce qui permet avant tout l'obtention d'une résistance à l'érosion très élevée avec une élasticité suffisante du revêtement. 8 REVENDICATIONS 1. Procédé pour produire un revêtement résistant à l'érosion sur une pièce métallique, selon lequel on applique, par pulvérisation thermique, sur la partie à recouvrir de la surface de la pièce, une épaisseur une couche ayant une épaisseur de 10 à 500 um, contenant au moins un alliage Ni-Cr-Fe-B-Si/ caractérisé en ce que la pièce, avec le revêtement appliqué par pulvérisation, est portée, sous vide, à une température comprise entre 250 et 400 C, et maintenue à cette température pendant une durée de 5 à 30 minutes, en ce que la température est ensuite portée à 800 à 950 C et maintenue à cette valeur pendant une durée de 5 à 30 minutes, en ce que la température est ensuite encore augmentée, le traitement thermique, à partir d'une température comprise entre'900 et 1100 C n'étant plus poursuivi sous vide mais sous un' gaz protecteur tel que l'azote, l'hélium et/ou l'argon, sous une pression de 200 à 600 mm Hg, la température étant portée, en vue de provoquer le frittage en phase liquide du revêtement, au-dessus de la température de fusion de l'alliage utilisé dans celui-ci et en ce que, finalement, on laisse refroidir la pièce jusqu'à la température ambiante. di 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le revêtement appliqué par pulvérisation présente une épaisseur comprise entre 20 et 360 um. 25 s'_3. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que ledit alliage présente la composition 'suivante, en pourcentage pondéral . 0,5 à 1,5 C; 10,0 à 26,0 Cr; 1,5 à 10,0 Fe; 1,5 à 4,5 B; 2,5 à 5,0 Si; reste Ni. 30 [.. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le revêtement appliqué par pulvérisation contient de 10 à 70, de préférence de 15 à 60%, en poids, de matériau dur dit "Hartstoff" contenant au 10 15 20moins une phase dure. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'on utilise, comme matériau dur, des carbures ou des borures des éléments Cr, Ti, W, Ta, Mo et/ou Nb. 5'-6. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'on utilise, comme matériau dur, du carbure de tungstène à 4 à 20% en poids de Co. 00. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pression du gaz protecteur est comprise entre 300 et 600 10 millimètres Hg. O4i8. Procédé de fabrication d'un revêtement résistant à l'érosion, dans lequel on utilise au moins l'une des caractéristiques spécifiées dans l'une des revendications 1 à 7, isolément ou en combinaison entre elles. 10