Brevet FR2937725A1 — publié le 20100430

La présente invention concerne un procédé pour installer et protéger un capteur sur un substrat destiné à être soumis à des températures élevées, supérieures à 900°C par exemple, tel qu'une pièce de turbomachine. L'invention s'applique en particulier à des pièces fixes (par exemple des pièces de chambres de combustion), ou à des pièces tournantes (par exemple des aubes de turbines à haute et basse pression) soumises à des forces centrifuges importantes provenant de rotations à grande vitesse (de l'ordre de 20000 tr/min). Dans le cadre du développement de nouveaux turboréacteurs et de leur certification auprès des autorités, des essais à effectuer imposent de coller des capteurs, tels que des jauges de déformation ou des thermocouples, pour surveiller le comportement mécanique et thermique des pièces chaudes de la turbomachine. Les capteurs doivent être fixés sur le substrat et protégés. Un procédé connu d'installation d'une jauge de déformation haute température sur pièces de turbomachine, décrit dans la demande de brevet FR 2 909 759 au nom de la Demanderesse, consiste essentiellement à déposer, par projection d'alumine à la flamme, une sous-couche électriquement isolante sur le substrat destiné à porter la jauge, puis à poser la jauge sur la sous-couche électriquement isolante, et enfin à déposer, par projection d'alumine à la flamme, une couche de couverture sur la jauge et la sous-couche électriquement isolante. Au delà de 900°C, en conditions d'essai (à savoir avec de l'huile, du 25 kérosène, des gaz de combustion), l'alliage des jauges disponibles dans le commerce s'oxyde fortement. En effet, du fait de la projection à la flamme, les couches d'alumine ont une structure poreuse avec de gros grains, ce qui confère au revêtement une ductilité adaptée aux déformations à chaud des pièces 30 instrumentées. Cependant, des coupes micrographiques réalisées sur une jauge après essai ont montré une plus forte oxydation des fils de capteurs à proximité des porosités et des micro-fissures interconnectées (et débouchantes en surface) de l'alumine d'enrobage. L'augmentation de la résistance liée à cette oxydation a été évaluée à près de 15% ce qui peut entraîner au cours de l'essai une erreur du même ordre de grandeur sur la mesure. De plus, la tenue mécanique de la jauge aux sollicitations vibratoires est également réduite ce qui entraîne une limitation de sa durée 10 de vie. Or, les températures sont de plus en plus élevées dans les turbomoteurs actuels, et une campagne de certification d'un turbomoteur peut être remise en cause en cas de perte sensible des jauges de déformation ou des thermocouples, et entraîner d'importantes pertes 15 financières pour cause de retards sur le programme ou de pénalités. La présente invention vise à éviter ces inconvénients en permettant d'accroître la durée de vie des capteurs et de limiter la dérive de leurs caractéristiques électriques lors d'essais à haute température. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé pour installer et 20 protéger un capteur sur un substrat, consistant à déposer, par projection d'alumine, une sous-couche électriquement isolante sur ledit substrat, puis à poser le capteur sur ladite sous-couche électriquement isolante, et enfin à déposer, par projection d'alumine, une couche de couverture sur le capteur et la sous-couche électriquement isolante, ledit procédé étant 25 remarquable en ce qu'il comprend en outre, avant le dépôt de la couche de couverture, une étape d'application localisée d'un ciment étanche et thermiquement isolant sur des fils de connexion dudit capteur. Ainsi, l'idée inventive consiste à appliquer, de manière localisée autour des fils du capteur, un ciment étanche et aussi isolant que 30 l'alumine, afin d'éviter la présence de porosités à proximité des fils du capteur et l'interconnexion des micro-fissures entre les fils et l'environnement d'utilisation du capteur, en vue d'empêcher l'atmosphère oxydante d'atteindre les fils du capteur. Le ciment peut avantageusement être constitué d'un matériau plus dense que l'alumine d'enrobage déposée par projection thermique, à base par exemple d'alumine. Selon une possibilité, l'étape d'application du ciment est suivie d'une étape de dépôt, par projection d'alumine, d'une couche mince intermédiaire de fixation sur ledit capteur. Le ciment peut être appliqué au pinceau de manière à enrober les fils du capteur. Le capteur peut être préalablement enrobé d'une substance étanche à l'air avant d'être installé et protégé par l'alumine d'enrobage. L'invention a également pour objet une pièce de turbomachine équipée d'au moins un capteur installé par ce procédé. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lumière de la description d'un mode de réalisation, donnée à titre d'exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique représentant en coupe transversale une pièce de turbomachine équipée d'une jauge de déformation installée par un procédé selon l'invention ; la figure 2 est une vue agrandie d'un détail de la figure 1. La figure 1 représente une surface 1 d'une pièce de turbomachine (non représentée) telle qu'une aube tournante de turbine en superalliage de nickel (de tout genre connu). Comme décrit dans la demande de brevet FR 2 909 759 au nom de la Demanderesse, la surface 1 est surmontée d'une sous-couche d'accroche 2 d'alliage de NiCrAIY (22% de chrome, 10% d'aluminium et 1,0% d'yttrium) afin de favoriser l'adhérence d'une sous-couche d'alumine 3 électriquement isolante sur laquelle est apposée une jauge de déformation illustrée par la section de ses fils 4, le tout étant recouvert d'une couche de couverture 6 d'alumine. Les couches d'alumine 3 et 6 ont été déposées par un procédé de projection à la flamme d'oxygène et d'acétylène, tandis que la sous-couche d'accroche 2 d'alliage a été déposée par un procédé de projection plasma sous atmosphère afin d'obtenir un dépôt de porosité de 5 à 10 % plus faible que celle de la projection à la flamme. L'invention se distingue de cette technique connue en ce qu'un ciment 7, étanche et thermiquement isolant, constitué d'un matériau plus dense que l'alumine, a été localement appliqué au pinceau autour des fils 4 de la jauge (voir plus particulièrement figure 2). Plus particulièrement, une immobilisation temporaire de la jauge est effectuée au moyen d'un ruban adhésif (non représenté) et de feuilles de clinquant (non représentées) qui la couvrent partiellement. C'est juste après cette étape de pose de la jauge qu'est effectué cet enrobage localisé des fils 4 de la jauge par le ciment 7. Le ciment 7 empêche l'atmosphère oxydante d'atteindre les fils 4 de la jauge en limitant la porosité à proximité des fils 4. II importe que l'application du ciment 7 se limite au voisinage des fils 4, car la porosité de l'alumine est un avantage à préserver pour assurer la ductilité du dépôt. Une fois les fils 4 ainsi enrobés, une couche intermédiaire d'alumine (non représentée) beaucoup plus mince peut être projetée sur la jauge pour la fixer, ce qui permet d'enlever le ruban adhésif et le clinquant, avant de déposer la couche de couverture 6 d'alumine pour assurer une bonne tenue mécanique et une isolation optimale de la jauge. L'invention permet d'accroître la durée de vie des capteurs et de réduire la dérive de leurs caractéristiques électriques lors d'essais au delà 30 de 900 °C. REVENDICATIONS1. Procédé pour installer et protéger un capteur sur un substrat (1), consistant à déposer, par projection d'alumine, une sous-couche (3) électriquement isolante sur ledit substrat (1), puis à poser le capteur sur ladite sous-couche électriquement isolante (3), et enfin à déposer, par projection d'alumine, une couche de couverture (6) sur le capteur et la sous-couche électriquement isolante (3), ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend en outre, avant le dépôt de la couche de couverture (6), une étape d'application localisée d'un ciment (7) étanche et thermiquement isolant sur des fils de connexion (4) dudit capteur. 2. Procédé pour installer et protéger un capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit ciment (7) est constitué d'un matériau plus dense que l'alumine d'enrobage déposée par projection thermique. 3. Procédé pour installer et protéger un capteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'étape d'application du ciment (7) est suivie d'une étape de dépôt, par projection d'alumine, d'une couche mince intermédiaire de fixation sur ledit capteur. 4. Procédé pour installer et protéger un capteur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le ciment (7) est appliqué au pinceau de manière à enrober les fils (4) du capteur. 5. Procédé pour installer et protéger un capteur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le capteur est enrobé d'une substance étanche à l'air avant d'être installé et protégé par l'alumine d'enrobage. 6. Pièce de turbomachine équipée d'au moins un capteur installé par un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5.