Brevet FR3004663A1 — publié le 20141024

La présente invention est relative à la réalisation d'un revêtement protecteur contre la corrosion sur un élément multicouche présentant des canaux. Afin d'augmenter la tenue thermochimique de pièces en alliage métallique soumises à des conditions chimiquement agressives induites par des mélanges gazeux, une solution consiste à déposer un revêtement protecteur sur les surfaces exposées afin de réaliser dans le meilleur des cas une barrière, ou tout au moins un frein au phénomène de corrosion. Dans le cas de pièces présentant une architecture complexe après assemblage, avec des canaux de petites dimensions et de géométries diverses pouvant présenter une grande tortuosité et des zones difficiles d'accès, les techniques classiques de mise en oeuvre de ces revêtements protecteurs ne permettent pas de réaliser un dépôt uniforme et homogène dans l'ensemble de l'architecture. Des solutions alternatives doivent par conséquent être mises en oeuvre, comme la réalisation du revêtement protecteur avant assemblage des éléments constituants la pièce complexe. Dans ce cas le dépôt du revêtement protecteur doit toutefois être réalisé de manière sélective sur les surfaces destinées à être protégées, sans modifier l'état de surface des surfaces destinées à être assemblées, afin de ne pas perturber l'étape ultérieure d'assemblage. Les solutions actuellement existantes permettant de mettre en oeuvre un dépôt sélectif consistent à réaliser un masquage ou épargne des surfaces ne devant pas être revêtues pendant l'étape de dépôt du revêtement. La mise en oeuvre du dépôt du revêtement protecteur se déroulant à haute température (c'est-à-dire entre 600 et 1100°C), ces masquages doivent être résistants à ces hautes températures. Parmi ces solutions, on trouve le masquage mécanique ou le masquage à l'aide d'une peinture ou d'un vernis. Concernant le masquage mécanique, les inconvénients de cette technique résident d'une part dans la réalisation de l'outillage, délicate et coûteuse dans le cas de surfaces complexes de petites dimensions à masquer mécaniquement, et d'autre part dans le risque d'absence local de revêtement (lié à une imprécision dans le positionnement de l'outillage de masquage ou à la géométrie de l'outillage lui-même) ou d'excès local de revêtement (préjudiciable pour l'assemblage). Concernant le masquage à l'aide d'une peinture ou d'un vernis haute température, la difficulté majeure de cette technique reste sa mise en oeuvre délicate de manière sélective sur des surfaces complexes de petites dimensions, toute imprécision dans son application pouvant conduire à un manque local de revêtement (site préférentiel de corrosion) ou à un excès local de revêtement (préjudiciable à l'étape d'assemblage). Partant de là, un problème qui se pose est de fournir un procédé amélioré de revêtement de canaux intégrés au sein d'une architecture multicouche. Une solution de la présente invention est un procédé de production d'un élément comprenant une architecture multicouche dont les couches comprennent des canaux primaires sur leurs faces supérieures, ledit procédé comprenant les étapes successives suivantes : (a) réalisation de canaux secondaires 2 sur les faces inférieures de chaque couche, chaque canal secondaire 2 étant destiné à faire face à un canal primaire 1 de la couche inférieure voisine au sein de l'architecture, (b) dépôt d'un revêtement protégeant contre l'oxydation à une température comprise entre 500 et 1000°C et contre la corrosion sur l'ensemble des surfaces inférieures et supérieures des couches, (c) ponçage ou décapage mécanique des surfaces destinées à être assemblées, et (d) assemblage par superposition des différentes couches de telle manière que chaque canal secondaire 2 d'une face inférieure d'une couche supérieure fasse face et soit centré sur un canal primaire 1 de la couche inférieure voisine, la largeur de chaque canal secondaire 2 étant supérieure à la largeur du canal primaire 1 auquel il fait face au sein de l'architecture. Par « centré sur », on entend un centrage avec une marge d'erreur inférieure à 0,15 mm. Par canaux secondaires, on entend des canaux supplémentaires situés sur la face opposée des couches présentant des canaux primaires en surface. Le procédé selon l'invention permet de s'affranchir de la réalisation d'un masquage dans les zones à l'architecture complexe, c'est-à-dire dans les canaux, délicat à mettre en oeuvre et pouvant générer une contamination du revêtement ou des surfaces à assembler. Notons que les canaux secondaires ont pour objectif, après dépôt du revêtement et assemblage des différentes couches, d'assurer une protection complète et homogène de l'ensemble de la surface des canaux, sans manque local de revêtement pouvant générer un site préférentiel de corrosion. Les canaux auront de préférence une section en forme demi-cercle et les contre- canaux auront de préférence une section en forme de demi-rectangle, en considérant un rectangle coupé dans le sens de la longueur. Dans le cadre de l'invention, le revêtement peut être formé par pack-cémentation en réalisant une aluminisation basse activité à partir d'un mélange d'une poudre de métal (Ni2A13), une poudre de diluant (A1203) ainsi qu'une poudre d'un agent activant (tel que NH4F, NH4C1, CrC13). Dans ce cas, le procédé peut comprendre en aval de l'étape d'assemblage : (i) une étape de chauffage sous vide ou sous Ar de l'élément enfoui dans le mélange de poudres à une température comprise entre 950 et 1000°C pendant une durée comprise entre 8 et 10h. Ce procédé permet de former directement le revêtement NiAl souhaité. Une autre possibilité est de choisir de former un revêtement par pack-cémentation en réalisant une aluminisation haute activité à partir d'un mélange comprenant une poudre de métal Al, une poudre d'un diluant (A1203) et une poudre d'un agent activant (tel que 20 NH4F, NH4C1, CrC13). Dans ce cas, ledit procédé comprend en aval de l'étape d'assemblage : (i) une première étape de chauffage de l'élément enfoui dans le mélange de poudres à une température de 600°C pendant une durée comprise entre 8 et 10h de manière à former une première couche de NiA13 ; et 25 (ii) une deuxième étape de recuit de l'élément issu de l'étape (i) à une température comprise entre 1000 et 1100°C pendant une durée comprise entre 4 et 8h de manière à transformer cette couche de NiA13 (fragile) en NiAl (revêtement souhaité). L'étape de réalisation des canaux secondaire peut comprendre un usinage mécanique ou chimique. 30 L'étape d'assemblage peut-être réalisée de la manière suivante: par soudage diffusion, technique qui consiste dans son principe à obtenir à partir de deux éléments distincts un seul bloc homogène par diffusion de matière à l'état solide en appliquant une pression constante pendant un cycle de chauffe dans un four sous vide (four à presse)). Notons que l'élément dont il est question ici, est de préférence un élément en alliage métallique et le revêtement est de préférence un revêtement anti-corrosion. La figure 2 schématise les principales étapes du procédé selon l'invention : Etape (a) : réalisation de canaux secondaires sur les faces inférieures de chaque couche, chaque canal secondaire étant destiné à faire face à un canal primaire de la couche inférieure voisine au sein de l'architecture. Ces canaux secondaires devront être centrés sur les canaux primaires de la face opposée et présenter une largeur supérieure à la largeur des canaux primaires afin d'assurer une protection de la totalité de la surface du canal après assemblage, y compris en cas de léger défaut de positionnement des pièces les unes sur les autres pendant l'assemblage. Etape (b) : dépôt d'un revêtement protecteur sur l'ensemble des surfaces inférieures et supérieures des couches. Dans le cas présent on s'affranchit totalement du masquage. Etape (c) : emerissage mécanique des surfaces destinées à être assemblées. Grâce à cette technique (à détailler), seules les surfaces des canaux primaires et secondaires conservent le revêtement, les autres surfaces étant remises à nues afin d'être plus aisément assemblées. Etape (d) : assemblage par superposition des différentes couches de telle manière que chaque canal secondaire d'une face inférieure d'une couche supérieure fasse face et soit centré sur un canal primaire de la couche inférieure voisine. Il en résulte, après assemblage, une pièce assemblée présentant des canaux revêtus de manière homogène sur l'ensemble de leur surface. La présente invention a également pour objet un échangeur de chaleur métallique comprenant une architecture multicouche chaque couche comprenant des canaux primaires sur sa face supérieure, caractérisé en ce que : - chaque face inférieure des couches comprend des canaux secondaires centrés sur les canaux de la couche inférieure voisine au sein de l'architecture et de largeur plus grande que la largeur des canaux primaires, et - un revêtement protégeant contre l'oxydation à une température comprise entre 500 et 1000°C et contre la corrosion, et dont la variation de l'épaisseur est inférieure à 10 lm sur l'ensemble des surfaces des canaux primaires et secondaires. De préférence, l'échangeur de chaleur peut présenter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - l'épaisseur du revêtement est comprise entre 50 et 100 iam, - les canaux sont des canaux millimétriques, - les couches de l'architecture présente une épaisseur comprise entre 1,6 et 2 mm. De préférence l'échangeur de chaleur selon l'invention sera utilisé pour la production d'hydrogène.5 REVENDICATIONS1. Procédé de production d'un élément comprenant une architecture multicouche dont les couches comprennent des canaux primaires sur leurs faces supérieures, ledit procédé comprenant les étapes successives suivantes : (a) réalisation de canaux secondaires (2) sur les faces inférieures de chaque couche, chaque canal secondaire (2) étant destiné à faire face à un canal primaire de la couche inférieure voisine au sein de l'architecture, (b) dépôt d'un revêtement protégeant contre l'oxydation à une température comprise entre 500 et 1000°C et contre la corrosion sur l'ensemble des surfaces inférieures et supérieures des couches, (c) ponçage ou décapage mécanique des surfaces destinées à être assemblées, et (d) assemblage par superposition des différentes couches de telle manière que chaque canal secondaire (2) d'une face inférieure d'une couche supérieure fasse face et soit centré sur un canal primaire (1) de la couche inférieure voisine, la largeur de chaque canal secondaire (2) étant supérieure à la largeur du canal primaire (1) auquel il fait face au sein de l'architecture. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le revêtement est formé à partir d'un mélange comprenant une poudre d'un agent activant, une poudre de métal Ni2A13 et un solvant A1203. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit procédé comprend en aval de l'étape d'assemblage : (i) une étape de chauffage sous vide ou sous Ar de l'élément enfoui dans le mélange de poudres à une température comprise entre 950 et 1000°C pendant une durée comprise entre 8 et 10h. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le revêtement est formé à partir d'un mélange comprenant une poudre d'un agent activant, une poudre d'un métal Al et un solvant A1203. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit procédé comprend en aval de l'étape d'assemblage : (i) une première étape de chauffage de l'élément enfoui dans le mélange de poudres à une température de 600°C pendant une durée comprise entre 8 et 10h de manière à former une première couche de NiA13 ; et (ii) une deuxième étape de recuit de l'élément issu de l'étape (i) à une température comprise entre 1000 et 1100°C pendant une durée comprise entre 4 et 8h de manière à transformer cette couche de NiA13 en NiAl. 6. Echangeur de chaleur métallique comprenant une architecture multicouche chaque couche comprenant des canaux primaires sur sa face supérieure, caractérisé en ce que : - chaque face inférieure des couches comprend des canaux secondaires centrés sur les canaux de la couche inférieure voisine au sein de l'architecture et de largeur plus grande que la largeur des canaux primaires, et - un revêtement protégeant contre l'oxydation à une température comprise entre 500 et 1000°C et contre la corrosion, et dont la variation de l'épaisseur est inférieure à 10 i.tm sur l'ensemble des surfaces des canaux primaires et secondaires. 7. Echangeur de chaleur selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'épaisseur du revêtement est comprise entre 50 et 100 pm. 8. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que les canaux sont des canaux millimétriques. 9. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que les couches de l'architecture présente une épaisseur comprise entre 1,6 et 2 mm. 10. Utilisation d'un échangeur de chaleur selon l'une des revendications 6 à 9 pour la production d'hydrogène.