Brevet FR2957830A1 — publié le 20110930

Le domaine de la présente invention est celui de la protection de pièces métalliques et, en particulier, celui de la protection des pièces des parties chaudes des turbomachines contre l'oxydation et la corrosion. Les parties chaudes des turbomachines, telles notamment que les aubages fixes ou mobiles de turbine, sont soumises à des agressions importantes dues aux températures auxquelles elles sont soumises et à l'environnement gazeux dans lequel elles évoluent. Elles nécessitent donc d'être protégées contre de telles agressions et, en particulier, contre l'oxydation et la corrosion. Une des techniques généralement mises en oeuvre consiste à recouvrir ces pièces par le dépôt d'un alliage de nickel et d'aluminium, par un procédé connu sous le nom d'aluminisation en phase vapeur. Au cours de la réalisation de ce procédé les éléments protecteurs qui se déposent sur les pièces sont cédés, lors de réactions chimiques, par des éléments porteurs appelés céments. Plusieurs demandes de brevet, telles que les demandes référencées FR2921937 et FR2921939, ont été déposées par la demanderesse, qui portent sur la mise en oeuvre de ce procédé pour des pièces de turbine. Le procédé consiste à enrichir la surface du substrat en aluminium. Le cément utilisé est un cément riche en chrome et en aluminium. L'aluminium est transporté par un vecteur halogéné, du type NH4F qui diffuse à la surface du matériau et affecte une profondeur de quelques dizaines de micromètres. Le chrome sert de modérateur et permet de contrôler l'activité de l'aluminium. La zone superficielle enrichie en aluminium constitue un réservoir aidant à la défense contre les agressions de l'environnement. En effet l'aluminium réagit avec l'oxygène de l'air et forme un film d'alumine ralentissant la diffusion et, donc, les interactions entre le matériau et son environnement. En cas d'agression, la couche d'alumine puise dans les réserves d'aluminium présentes en surface pour se reconstituer. Les échanges entre le métal et l'environnement étant fortement ralentis tant que le réservoir d'aluminium n'est pas épuisé, on assiste à une phase lente d'évolution de la dégradation et on retarde ainsi la fin de vie des pièces revêtues, que ce soit en corrosion par les vapeurs de soufre ou en oxydation par l'oxygène des gaz.35 2 Avant toutefois de mettre en production des pièces protégées par un procédé tel que celui décrit ci-dessus, il importe de choisir le traitement de surface le plus approprié et de vérifier la résistance à l'oxydation des pièces. Pour cela des essais sont pratiqués sur des éprouvettes représentatives qui ont subi le même traitement que celui destiné aux pièces de production. Ces éprouvettes, qui ont généralement la forme d'un pion cylindrique comme représenté sur la figure 1, subissent pour cela des essais de cyclage en température dans un four, qui permettent de vérifier la bonne tenue de la couche protectrice. De tels essais ne sont représentatifs que si la couche protectrice est répartie uniformément sur le pion, faute de quoi un endommagement parasite se développe, en premier lieu à partir des endroits les moins bien protégés, ce qui fausse les conclusions qu'il est possible de tirer de ces essais sur éprouvettes. La difficulté rencontrée pour ces essais de cyclage des pions-éprouvettes réside dans l'obtention d'un dépôt uniforme sur tout le pion et, en particulier, au niveau des attaches de ce pion à la boîte dans laquelle se produit la déposition. Le pion ne peut en effet être simplement posé sur le fond de cette boîte car toute sa surface inférieure serait ainsi laissée sans protection. Une solution généralement mise en oeuvre consiste à percer le pion d'un trou horizontal, à passer au travers un fil métallique de soutien, à base de nickel et de chrome, le fil étant accroché au plafond de la boîte, et à laisser pendre le pion sur le fil. Cette solution présente cependant, comme on peut le voir sur la figure 2, l'inconvénient que le fil touche les bords du trou en au moins deux points, si ce n'est sur toute une génératrice du trou. Lors du retrait du pion après le traitement de dépôt, le fil laisse apparaître deux points, ou plus exactement deux zones autour de ces points, qui n'ont pas reçu de dépôt. Ces zones sont dues à un phénomène d'adhérence du fil au pion lors du dépôt et au fait que l'enlèvement du pion se traduit inévitablement par un arrachement du revêtement tout autour du point de contact du fil. Le résultat obtenu est représenté sur la figure 3. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients en proposant un système d'accrochage d'un pion dans la boîte d'aluminisation qui ne présente pas au moins certains des 3 inconvénients de l'art antérieur et, notamment, qui permette la mise en place d'un dépôt sur la totalité de la surface extérieure du pion, y compris sur l'intérieur du trou. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif pour le soutien de pièces lors du dépôt en phase vapeur ou en brouillard d'un revêtement sur leur surface extérieure, ledit dispositif comportant une boîte munie d'un couvercle auquel est suspendu une pièce intermédiaire d'accrochage, ladite pièce d'accrochage supportant au moins un appareillage destiné à supporter une desdites pièces à traiter, caractérisé en ce que ladite pièce d'accrochage est suspendue audit couvercle au moyen d'une articulation permettant son débattement dans un plan vertical, l'appareillage étant rigidement lié à ladite pièce d'accrochage et conformé de manière à laisser la pièce à traiter modifier au moins un de ses points de contact avec lui en réponse au débattement appliqué à ladite pièce d'accrochage. Le déplacement, lors de la phase de dépôt, du point de contact de la pièce par rapport à son moyen d'accrochage permet de ne laisser aucune zone non exposée au dépôt d'un revêtement. Dans un mode particulier de réalisation l'appareillage est constitué par deux fils rigides parallèles s'étendant parallèlement audit couvercle et perpendiculairement audit plan de débattement. La présence de deux fils rigides permet d'éviter qu'une pièce creusée d'un trou dans lequel passe le fil ne soit toujours en contact avec 25 ce fil par sa même génératrice du trou. De façon préférentielle les deux fils rigides portent chacun une bille libre en rotation autour dudit fil rigide et destinée à porter ladite pièce à traiter. Le contact par une bille permet de réduire considérablement la 30 surface de la zone de contact. De façon encore plus préférentielle la bille est positionnée au milieu du fil rigide, entre deux butées limitant ses déplacements longitudinaux. Dans un mode particulier de réalisation la pièce d'accrochage 35 est une pièce allongée formant palonnier s'étendant dans son plan de débattement et apte à évoluer angulairement entre deux positions 4 extrêmes symétriques par rapport à la verticale passant par l'axe de ladite articulation. L'invention porte également sur un procédé pour le dépôt en phase vapeur ou en brouillard d'un revêtement sur la surface extérieure d'une pièce à l'aide d'un dispositif tel que décrit ci-dessus caractérisé en ce qu'il comporte la réalisation d'un perçage dans ladite pièce ne passant pas par son centre de gravité, la mise en suspension de ladite pièce par l'intermédiaire dudit perçage sur un appareillage et la mise en mouvement de la pièce d'accrochage au cours de l'opération de dépôt. Dans un mode de réalisation la position angulaire de la pièce d'accrochage varie continûment pendant l'opération de dépôt du revêtement. Dans un autre mode de réalisation la pièce d'accrochage occupe successivement au moins deux positions angulaires pendant l'opération de dépôt du revêtement, lesdites positions étant symétriques l'une de l'autre par rapport à la verticale passant par l'axe de l'articulation. Avantageusement lesdites positions sont occupées au cours de la phase de dépôt pendant des durées totales égales. L' invention sera mieux comprise, et d' autres buts, détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative détaillée qui va suivre, d'un ou plusieurs modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples purement illustratifs et non limitatifs, en référence aux dessins schématiques annexés. Sur ces dessins : - la figure 1 est une vue double, de face et de profil, d'un pion de cyclage pour l'évaluation de la qualité d'un dépôt d'aluminium en phase vapeur ; - la figure 2 est une vue double, de face et de profil, d'un 30 système d'accrochage d'un pion selon l'art antérieur ; - la figure 3 est une vue de face d'un détail d'un pion, après son aluminisation, le pion ayant été accroché dans la boîte d'aluminisation par un dispositif selon l'art antérieur ; - la figure 4 est une vue schématique en coupe d'une boîte 35 d'aluminisation comportant des systèmes d'accrochage des pions selon l'art antérieur ; - la figure 5 est une vue en perspective d'un dispositif d'accrochage d'un pion de cyclage, selon un mode de réalisation de l'invention ; - la figure 6 est une vue schématique en coupe d'une boîte 5 d'aluminisation comportant des systèmes d'accrochage des pions selon un mode de réalisation de l'invention. En se référant à la figure 1, on voit, de face en coupe selon son axe de symétrie et de profil, un pion cylindrique 1 comportant à sa partie supérieure un perçage traversant 2 destiné à laisser passer un fil de 10 soutien qui a pour fonction de le maintenir dans une boîte d'aluminisation pendant toute l'opération de dépôt d'aluminium en phase vapeur. Sur la figure 2 on voit le même pion 1, de face en coupe et de profil, qui est porté par un fil métallique de suspension 3 attaché au 15 couvercle de la boîte d'aluminisation. Le fil 3 est en contact avec le pion 1 en deux points 4 et 5 situés sur la face extérieure du pion, au niveau des deux cercles par lesquels débouche le trou 2. Le pion 1 étant suspendu à ce fil 3, ces points de contact 4 et 5 sont, bien évidemment, situés au point le plus haut de ces cercles. 20 La figure 3 montre plus en détail la partie haute d'un des deux cercles et le positionnement du point de contact 4 correspondant. Sur cette figure une mince tranche du pion 2 est découpée selon un plan parallèle à son axe de symétrie et situé à proximité d'un des cercles par lesquels débouche le trou 2. On voit qu'au niveau du point de contact 4 le 25 cercle est légèrement déformé, indiquant la présence d'un arrachage du dépôt lors de l'enlèvement du fil de support 3 après l'opération d'aluminisation. La figure 4 montre une boîte 10 dans laquelle est conduite la phase d'aluminisation en phase vapeur. Elle comporte une double 30 enceinte 11 renfermant entre deux parois perforées, un cément 12 destiné à fournir le métal nécessaire à l'aluminisation. Un couvercle 13 ferme la boîte à sa partie supérieure, auquel est suspendu un palonnier 14 qui porte une série de fils 3 auxquels sont suspendus les pions 1 à traiter. Dans la version représentée, qui correspond à l'art antérieur, le palonnier 35 est fixe et attaché horizontalement à un mât 15. Les fils de suspension 3 sont monofilaires et immobiles par rapport au pion 1 pendant tout le temps de cette aluminisation. La figure 5 montre un dispositif de suspension selon l'invention comprenant un fil rigide de suspension 3, ou alternativement deux fils rigides positionnés chacun à une des extrémités latérales du dispositif, et un appareillage 6 constitué par deux fils de maintien parallèles 7 qui s'étendent dans un plan perpendiculaire au(x) fil(s) de suspension 3. Chaque fil de maintien 7 porte, préférentiellement, en son milieu, une bille 8 en alliage de nickel et de chrome, maintenue longitudinalement sur le fil de maintien 7 par deux butées 9. Les deux billes 8 sont libres en rotation sur le fil de maintien 7 et ne peuvent se déplacer longitudinalement sur ce fil que modestement du fait de la latitude qui leur est laissée par les butées 9. Dans le sens transversal l'élongation maximale de l'appareillage 6 se situe au niveau des deux butées 9, où il est sensiblement égal au diamètre du trou 2 des pions 1 à traiter. L'appareillage 6 a ainsi vocation à être positionné dans le trou 2 des pions 1 pour maintenir ceux-ci en place dans la boîte 10 tout au long du processus d'aluminisation. La figure 6 montre un dispositif de suspension selon l'invention en place dans une boîte 10 pour l'aluminisation des pions 1. Le palonnier 14 est porté par le couvercle 13 par l'intermédiaire d'un mât 15 fixe et d'une rotule 16 qui permet de faire tourner le palonnier 14 tout en le conservant dans un plan vertical. Une biellette de manoeuvre 17 est positionnée au voisinage d'une des extrémités du palonnier pour l'entraîner dans cette rotation et lui donner un mouvement d'oscillation comme il sera expliqué plus loin. Les fils de suspension 3 et l'appareillage 6 étant rigides les billes 8 se déplacent par rapport au trou 2 au cours de ce mouvement d'oscillation. On va maintenant décrire le fonctionnement de l'invention au 30 cours d'une opération d'aluminisation des pions 1. Les pions sont réalisés selon les spécifications retenues pour la réalisation des pièces dont on veut évaluer la résistance à la corrosion et à l'oxydation, et percés d'un trou 2 ayant pour diamètre l'extension latérale entre deux billes 8 d'un appareillage 6 selon l'invention, 35 moyennant une tolérance rendue nécessaire pour l'introduction de cet appareillage dans le trou 2. 7 Chacun des pions est ensuite enfilé sur un appareillage 6 qui est rattaché rigidement au palonnier 14 par le fil de suspension 3 et, à travers lui, au couvercle 13 de la boîte d'aluminisation 10. Le couvercle 13 est refermé sur la boîte 10 et le processus d'aluminisation est lancé. A l'aide de la biellette de manoeuvre 17 le palonnier 14 est animé pendant tout le temps que dure la phase de dépôt, d'un mouvement de balancier dans son plan, en tournant autour de la rotule 16. Les pions restent supportés à tout instant par les billes 8 qui ont chacune un point de contact, référencé respectivement 24 et 25 sur la figure 6, avec la paroi du trou 2 pratiqué dans le pion 1. Du fait du mouvement circulaire alternatif imprimé au palonnier 14 et de la rigidité de l'appareillage 6 d'une part, et de la liberté de mouvement laissée aux pions par les billes 8 d'autre part, les points de contact 24 et 25 se déplacent à l'intérieur du trou 2, les billes 8 décrivant chacune un arc de cercle dans ce trou qu'elles balaient dans un sens puis dans l'autre. Le mouvement du palonnier étant entretenu, les billes ne restent pas figées dans la même position par rapport au trou 2, ce qui fait qu'aucun point de l'intérieur du trou n'est épargné par le dépôt de la couche protectrice. Pendant la phase de dépôt le déplacement continuel du point de contact entre le fil et le pion permet d'assurer un temps d'exposition suffisant en chaque point du trou. Tout l'intérieur du trou sera donc recouvert d'un dépôt, même si sur l'arc de cercle de l'intérieur du trou qui est balayé par les billes 8 la couche déposée sera quelque peu moins épaisse. L'amplitude donnée au balancement du palonnier, en augmentant plus ou moins la taille du secteur balayé par les billes, permettra d'agir sur l'épaisseur du dépôt dans la zone balayée. Le mouvement du palonnier peut être choisi soit continu avec un mouvement de balancement circulaire, soit consisté en des positionnements discrets successifs. Si on n'utilise que 2 positions alternatives pour le palonnier (par exemple -45° et +45°), on aura des temps d'exposition de moitié sur les deux zones de contact ; si, en revanche, on choisit d'avoir de nombreuses positions de contact (par exemple tous les 10° de -45° à +45°) ce qui, dans ce cas, ferait 10 positions différentes, on aura en final un temps d'exposition de 9/10 de celui de l'aluminisation et par conséquent une épaisseur de dépôt égale à 90% du dépôt nominal. Pour un meilleur recouvrement il est préférable que le cumul des temps passés dans chacune des positions soir le même. On voit qu'avec ce procédé on peut obtenir au niveau du trou un dépôt qui soit de très bonne qualité. Aucun point des pions 1 n'étant ainsi exempt de protection les pions peuvent être soumis à des essais de tenue à la corrosion et à l'oxydation sans qu'il y ait de zone d'endommagement préférentiel et donc sans qu'il y ait de biais introduit dans les résultats des essais, qui provienne d'une autre cause que les caractéristiques intrinsèques du revêtement utilisé pour les pièces de production. L'invention a été décrite avec la présence de billes 8 sur les fils de maintien 7, ce qui a pour avantages de favoriser le déplacement relatif du pion par rapport à l'appareillage 6 et de minimiser la surface de contact entre le pion et le fil. Dans un mode simplifié de l'invention les deux fils de maintien 7 sont des fils nus rigides sur lesquels reposent directement les pions, en étant en contact tout le long d'une des génératrices du trou 2. Si ce mode de réalisation est plus simple il se caractérise, en revanche, par une zone de contact entre l'appareillage 6 et le trou 2 plus vaste et in fine par une couche de dépôt amincie sur une plus grande surface. Bien que l'invention ait été décrite en relation avec un mode de réalisation particulier, il est bien évident qu'elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci entrent dans le cadre de l'invention. REVENDICATIONS1. Dispositif pour le soutien de pièces (1) lors du dépôt en phase vapeur ou en brouillard d'un revêtement sur leur surface extérieure, ledit dispositif comportant une boîte (10) munie d'un couvercle (13) auquel est suspendue une pièce intermédiaire d'accrochage (14), ladite pièce d'accrochage supportant au moins un appareillage (6) destiné à supporter une desdites pièces à traiter, caractérisé en ce que ladite pièce d'accrochage (14) est suspendue audit couvercle au moyen d'une articulation (16) permettant son débattement dans un plan vertical, l'appareillage (6) étant rigidement lié à ladite pièce d'accrochage et conformé de manière à laisser la pièce à traiter modifier au moins un de ses points de contact avec lui en réponse au débattement appliqué à ladite pièce d'accrochage (14). 2. Dispositif selon la revendication 1 dans lequel l'appareillage (6) est constitué par deux fils rigides (7) parallèles s'étendant parallèlement audit couvercle et perpendiculairement audit plan de débattement. 3. Dispositif selon la revendication 2 dans lequel les deux fils 20 rigides (7) portent chacun une bille (8) libre en rotation autour dudit fil rigide (7) et destinée à porter ladite pièce à traiter. 4. Dispositif selon la revendication 3 dans lequel la bille (8) est positionnée au milieu du fil rigide, entre deux butées (9) limitant ses déplacements longitudinaux. 25 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4 dans lequel la pièce d'accrochage est une pièce allongée formant palonnier (14) s'étendant dans son plan de débattement et apte à évoluer angulairement entre deux positions extrêmes symétriques par rapport à la verticale passant par l'axe de ladite articulation (16). 30 6. Procédé pour le dépôt en phase vapeur ou en brouillard d'un revêtement sur la surface extérieure d'une pièce (1) à l'aide d'un dispositif selon l'une des revendications 1 à 7 caractérisé en ce qu'il comporte la réalisation d'un perçage (2) dans ladite pièce (1) ne passant pas par son centre de gravité, la mise en suspension de ladite pièce par 35 l'intermédiaire dudit perçage sur un appareillage (6) et la mise enmouvement de la pièce d'accrochage (14) au cours de l'opération de dépôt. 7. Procédé selon la revendication 6 dans lequel la position angulaire de la pièce d'accrochage (14) varie continûment pendant 5 l'opération de dépôt du revêtement. 8. Procédé selon la revendication 6 dans lequel la pièce d'accrochage (14) occupe successivement au moins deux positions angulaires pendant l'opération de dépôt du revêtement, lesdites positions étant symétriques l'une de l'autre par rapport à la verticale passant par 10 l'axe de l'articulation (16). 9. Procédé selon la revendication 8 dans lequel lesdites positions sont occupées au cours de la phase de dépôt pendant des durées totales égales.