Brevet FR2937727A1 — 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 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 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 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 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 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 remarquable en ce qu'il comprend en outre une étape d'imprégnation par capillarité au moyen d'un agent imprégnant, afin d'obturer des porosités et micro-fissures, à la surface de la couche de couverture voire dans toute l'épaisseur du dépôt d'alumine jusqu'au substrat. Ainsi, l'idée inventive consiste à remplir les porosités et micro-fissures en surface de la couche de couverture en alumine ou dans toute 30 l'épaisseur du dépôt par une substance imprégnante, en rendant étanche la surface de la couche de couverture ou la totalité du dépôt afin d'empêcher l'atmosphère oxydante d'atteindre les fils du capteur. L'imprégnation est rendue possible, dans le cas des dépôts d'alumine pour capteurs, par le fait que sa porosité est une porosité ouverte, c'est-à-dire que les pores en surface sont interconnectées par des micro-fissures. Cette imprégnation peut aussi améliorer les propriétés thermomécaniques du dépôt d'alumine de couverture (augmentation de la tenue du dépôt sous sollicitations thermomécaniques) en modifiant éventuellement l'état des contraintes résiduelles du dépôt d'alumine, sa ductilité ou sa dureté. Selon une possibilité, les conditions de pression lors de l'étape d'imprégnation ou la viscosité de l'agent imprégnant sont déterminées de sorte que la distance de pénétration de l'agent imprégnant dans la couche de couverture est réduite, de l'ordre de quelques microns. De manière avantageuse, l'agent imprégnant, qui pénètre dans toute l'épaisseur du dépôt d'alumine, peut être électriquement isolant à des températures élevées (supérieures à 900°C par exemple) d'utilisation du capteur. L'agent imprégnant est par exemple de l'alumine phosphate AIPO4. 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 que le procédé comprend en outre une étape d'imprégnation par capillarité au moyen d'un agent imprégnant, ici de l'alumine phosphate AIPO4, afin d'obturer des porosités et micro-fissures, à la surface 6a de la couche de couverture 6. Ceci permet de rendre étanche la surface 6a de la couche de couverture 6 en alumine afin d'empêcher l'atmosphère oxydante d'atteindre les fils 4 de la jauge. Les conditions de pression lors de l'étape d'imprégnation et la viscosité de l'agent imprégnant sont déterminées de sorte que la distance de pénétration de l'agent imprégnant dans la couche de couverture 6 est réduite, de l'ordre de quelques microns, sans atteindre la jauge. Il est en effet utile de préserver les propriétés d'isolant électrique de la couche de couverture 6 à haute température, entre la jauge et la pièce instrumentée. L'invention permet ainsi d'accroître la durée de vie des capteurs et 30 de réduire la dérive de leurs caractéristiques électriques lors d'essais au delà 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 (4) sur ladite sous-couche électriquement isolante (3), et enfin à déposer, par projection d'alumine, une couche de couverture (6) sur le capteur (4) et la sous-couche électriquement isolante (3), ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape d'imprégnation par capillarité au moyen d'un agent imprégnant, afin d'obturer des porosités et micro-fissures, à la surface (6a) de la couche de couverture (6) voire dans toute l'épaisseur du dépôt d'alumine (3, 6) jusqu'au substrat (1). 2. Procédé pour installer et protéger un capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les conditions de pression lors de l'étape d'imprégnation, ou la viscosité de l'agent imprégnant sont déterminées de sorte que la distance de pénétration de l'agent imprégnant dans la couche de couverture (6) est réduite, de l'ordre de quelques microns. 3. Procédé pour installer et protéger un capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'agent imprégnant, qui pénètre dans toute l'épaisseur du dépôt d'alumine (3, 6), est électriquement isolant à des températures élevées d'utilisation du capteur (4). 4. Procédé pour installer et protéger un capteur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'agent imprégnant est de l'alumine phosphate. 5. Pièce de turbomachine équipée d'au moins un capteur installé par un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4.