Brevet FR2909759A1 — publié le 20080613

PROCEDE D'INSTALLATION D'UNE JAUGE DE DEFORMATION HAUTE TEMPERATURE SUR PIECES DE TURBOMACHINE. DESCRIPTION Le sujet de cette invention est un procédé d'installation d'une jauge de déformation sur un substrat tel qu'une pièce de turbomachine. L'invention peut notamment trouver emploi sur des pièces de turboréacteur soumises à des températures élevées, supérieures à 900 C par exemple, ou soumises à des forces centrifuges importantes provenant de rotations à grande vitesse (20000 tr/min), ou soumises à ces deux contraintes à la fois, comme des aubes de turbine à haute et basse pression Des essais à effectuer imposent souvent de coller des jauges de déformation sur de telles pièces. Les jauges doivent être fixées sur le substrat et protégées. C'est pourquoi la déposante procède aujourd'hui en projetant à la flamme une première couche d'alumine sur le substrat qui doit porter la jauge de contrainte, puis la jauge est posée sur la première couche d'alumine, puis enfin la jauge est enrobée par une couche de couverture d'alumine projetée à la flamme sur la première couche. L'avantage du procédé de projection à la flamme est que les couches d'alumine ont une structure poreuse avec de gros grains, ce qui confère au revêtement une souplesse adaptée aux déformations à chaud des pièces instrumentées. on observe fréquemment des pertes d'adhérence de l'alumine sur le substrat lors des 2909759 2 essais sur turbomachines, surtout si la température de 900 C doit être dépassée, or on voudrait souvent faire des essais à des températures atteignant 1150 C. Un perfectionnement du procédé d'installation de la jauge 5 est donc souhaité. L'invention repose sur l'emploi d'une sous-couche d'alliage à base de nickel entre le substrat et la première couche d'alumine. Cette sous-couche a pour but d'amortir le fort différentiel de dilatation 10 thermique entre le matériau du substrat et l'alumine et d'augmenter l'adhérence de l'alumine à des températures élevées, de sorte que l'adhérence de la jauge peut être maintenue jusqu'à 1150 C au lieu de 900 C environ. L'alliage à base de nickel utilisé comprend 15 du chrome, de l'aluminium et de l'yttrium. Le chrome renforce la protection contre la corrosion, l'aluminium protège de l'oxydation aux hautes températures, et l'yttrium est favorable à la tenue des oxydes comme l'alumine. 20 Un élément important à considérer est que la sous-couche est avantageusement déposée en lui donnant une rugosité suffisante de 10 à 16 pm. L'imbrication entre la sous-couche et la couche d'alumine est alors excellente, ce qui garantit une 25 forte adhérence même en présence d'efforts centrifuges élevés. Il a de plus été constaté que la propagation des micro-fissures dans l'alumine au niveau de l'interface (l'alumine étant très micro-fissurée en raison du dépôt par projection à la flamme), qui est 30 certainement une cause importante de perte d'adhérence, est bloquée sur des rugosités importantes. 2909759 3 Un autre élément à considérer est que la sous-couche devrait avoir une épaisseur avantageusement comprise entre 70 et 120 pm pour se prêter à sa fonction d'absorbeur de différentiel de 5 dilatation thermique. Un procédé particulièrement bien adapté à la formation de la rugosité et de l'épaisseur voulues de la sous-couche est la projection par plasma (APS). La projection à la flamme peut aussi être utilisée. 10 Par contre, l'alumine reste déposée avantageusement par projection à la flamme. L'invention concerne aussi une pièce de turbomachine munie d'au moins une jauge de déformation installée selon ce qui précède. Il peut s'agir 15 notamment d'une pièce d'essai sur un véritable moteur comme par exemple une pièce de rotor d'une turbomachine, ou d'une pièce interne de turbomachine soumise à des températures de 900 C au moins, telle qu'une aube de turbine. 20 L'invention sera maintenant décrite en liaison à la figure unique. Le substrat 1 appartenant à une pièce de turbomachine non représentée par ailleurs telle qu'une aube tournante de turbine en superalliage de nickel (de 25 tout genre connu) est tout d'abord préparé à recevoir la sous-couche. Un sablage est effectué pour cela sur sa surface afin d'obtenir une rugosité de l'ordre de 2,5 microns. Dans la seconde étape, une sous-couche 2 d'alliage de NiCrAlY est projetée sur le substrat 1. 30 La composition des additifs est 22% de chrome, 10% d'aluminium et 1,0% d'yttrium. L'alliage à l'état brut 2909759 4 est sous forme de poudre de granulométrie -106 m + 56 m. L'épaisseur de la sous-couche 2 est de 70 à 120 microns. Le procédé de projection choisi est l'APS (Atmospheric Plasma Spray) ou projection plasma sous 5 atmosphère. Ce procédé permet d'obtenir un dépôt de porosité 5 à 10 %, plus faible que celle de la projection à la flamme. Des réglages de la torche de plasma et de l'épaisseur choisie permettent d'avoir une rugosité de 10 à 16 microns. 10 Ensuite, la sous-couche 2 est nettoyée par une aspersion d'acétone et un soufflage d'air sec filtré et déshuilé. La première couche d'alumine 3 est ensuite projetée par un procédé de projection à la flamme 15 d'oxygène et d'acétylène. La jauge de contrainte 4 (illustrée par la section de ses fils) est collée sur la première couche d'alumine 3 par un ruban adhésif (non représenté) et des feuilles de clinquant (non représentées) qui la couvrent partiellement. Une couche 20 intermédiaire 5 d'alumine beaucoup plus mince est projetée par le même procédé sur la jauge 4 pour la fixer, ce qui permet d'enlever le ruban adhésif et le clinquant. Enfin, la couche de couverture 6 d'alumine est projetée elle aussi par le même procédé à la 25 flamme. Une dernière étape est un traitement thermique de recuit réalisé à la température maximale d'utilisation de l'instrumentation, qui permet d'améliorer la tenue de l'ensemble en relaxant les 30 contraintes résiduelles aux interfaces et en améliorant l'adhérence de la sous-couche 2 sur le REVENDICATIONS 1) Procédé d'installation d'une jauge de déformation (4) sur un substrat (1), dans lequel une première couche d'alumine (3) est déposée sur le substrat, la jauge de déformation (4) est posée sur la première couche d'alumine (3) et une couche de couverture d'alumine (6) est déposée sur la première couche d'alumine (3) et la jauge de déformation (4), caractérisé en ce qu'il comprend une étape de dépôt d'une sous-couche (2) d'alliage NiCrAlY entre le substrat (1) et la première couche d'alumine (3). 2) Procédé d'installation d'une jauge de déformation selon la revendication 1, caractérisé en ce que la sous-couche (2) est déposée en lui donnant un rugosité de 10 à 16 m. 3) Procédé d'installation d'une jauge de déformation selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la souscouche (2) a une épaisseur de 70 à 120 }gym . 4) Procédé d'installation d'une jauge de déformation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la souscouche a une porosité de 5% à 10%. 5) Procédé d'installation d'une jauge de déformation selon l'une quelconque des revendications 1 2909759 7 à 4, caractérisé en ce que la sous-couche (2) est déposée par projection au plasma. 6) Procédé d'installation d'une jauge de déformation selon l'une quelconque des revendications 1 5 à 4, caractérisé en ce que la sous-couche (2) est déposée par projection flamme. 7) Procédé d'installation d'une jauge de déformation selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'alumine (3) est déposée 10 par projection à la flamme. 8) Pièce de turbomachine (1), caractérisée en ce qu'elle est équipée d'au moins une jauge de déformation installée selon l'une quelconque des revendications précédentes. 15 9) Pièce de turbomachine selon la revendication 8, caractérisée en ce qu'elle est soumise à des températures de 1150 C au maximum. 10) Pièce d'aéronef selon la revendication 8 ou 9, caractérisée en ce qu'elle est une aube de 20 turbine.