Brevet FR3023197A1 — publié le 20160108

DOMAINE DE L'INVENTION Le domaine de l'invention est celui du moulage d'aubes creuses de turbomachine à la cire perdue, et des aubes obtenues par ces procédés. ETAT DE LA TECHNIQUE Les aubes mobiles de turbomachine subissent des contraintes mécaniques et thermiques de plus en plus importantes, avec l'évolution des turbomachines vers des performances améliorées et une consommation réduite. En particulier, les températures maximales d'un aubage mobile étant atteintes en tête d'aube, il est important de refroidir efficacement cette zone de l'aube. A cet égard, il a été proposé d'agencer, à l'intérieur des aubes, une ou plusieurs cavités formant un circuit de refroidissement dans lequel de l'air s'écoule. Des orifices sont prévus à la base d'une zone appelée baignoire située en tête d'aube pour évacuer le débit d'air s'écoulant dans le circuit, et pour former, au voisinage de la baignoire, un film d'air empêchant l'échauffement de celle-ci. Le refroidissement ainsi obtenu peut toutefois s'avérer insuffisant, et de plus le débit prélevé pour assurer le refroidissement peut impacter la performance du moteur. Il existe donc un besoin pour une solution permettant de d'augmenter la résistance aux hautes températures d'une aube mobile, tout en utilisant un débit d'air minimal. PRESENTATION DE L'INVENTION L'invention a pour but de pallier aux inconvénients de l'art antérieur, en proposant un procédé de moulage d'une aube creuse permettant d'obtenir une aube pourvue d'une baignoire en céramique. Un autre but de l'invention est de proposer un procédé permettant d'obtenir des aubes plus légères. A cet égard, l'invention a pour objet un procédé de moulage d'une aube creuse de turbomachine à la cire perdue, le procédé comprenant les étapes consistant à : positionner un noyau de fonderie dans un moule définissant un volume interne correspondant à une forme externe d'une aube de turbomachine, - injecter de la cire dans le moule, pour obtenir une pièce de la forme d'une aube comprenant le noyau au moins partiellement entouré de cire, - former une carapace autour de la pièce, - retirer la cire et injecter une quantité de métal en fusion dans la carapace, pour obtenir une aube comprenant le noyau, le procédé étant caractérisé en ce que le noyau de fonderie comporte une première partie en un premier matériau céramique, et une deuxième partie en un second matériau céramique, ladite deuxième partie formant une baignoire de l'aube, le premier matériau étant apte à être sélectivement décoché, et le procédé comprenant en outre une étape consistant à décocher uniquement la première partie du noyau, pour obtenir une aube comprenant une baignoire en céramique, une paroi métallique et une cavité interne. Avantageusement, mais facultativement, le procédé de moulage selon l'invention peut en outre comprendre au moins l'une des caractéristiques suivantes : - les deux matériaux céramiques présentent des coefficients de dilatation thermique égaux. - les deux matériaux céramiques présentent des coefficients de dilatation thermique différents, tels que le ratio entre le coefficient de dilatation thermique le plus élevé et le coefficient de dilatation thermique le moins élevé est inférieur à 20. - la première partie du noyau est formée en silice, et la seconde partie du noyau est en alumine. - la baignoire comprend une protubérance ou un renfoncement en queue d'aronde ou comprenant d'un rebord s'étendant transversalement à une direction principale du noyau. - la baignoire comprend au moins une encoche s'étendant transversalement à une direction principale du noyau. - l'encoche de la baignoire est située dans la protubérance ou au fond du renfoncement. - le volume interne du moule comprend une cavité adaptée pour recevoir la partie du noyau formant baignoire, la section de ladite cavité correspondant à celle de la baignoire, pour empêcher l'injection de cire entre ladite partie et le moule lorsque le noyau est positionné dans le moule. - Le procédé comprend en outre une étape de formation du noyau comprenant : o la réalisation, avec le second matériau céramique, d'une baignoire d'aube de turbomachine, o la formation d'un moule définissant un volume interne correspondant à la forme extérieure du noyau, o le positionnement de la baignoire dans le moule, et o l'injection du deuxième matériau céramique dans le moule, son déliantage et frittage pour obtenir le noyau. L'invention a également pour objet une aube creuse de turbomachine comprenant : - une paroi externe métallique, et - une baignoire en matériau céramique coiffant la paroi externe, la baignoire et la paroi externe délimitant une cavité interne de l'aube, l'aube étant caractérisée en ce qu'elle est obtenue par le procédé de moulage selon la description qui précède. Un autre objet de l'invention est un aubage mobile de turbomachine, comprenant au moins une telle aube. Un autre objet de l'invention est un procédé de fabrication d'un noyau de fonderie pour le moulage d'une aube creuse de turbomachine à la cire perdue, le procédé comprenant les étapes consistant à : - réaliser une baignoire d'aube de turbomachine en un matériau céramique, - former un moule définissant un volume interne correspondant à la forme extérieure du noyau, - positionner la baignoire dans le moule, et - injecter un matériau céramique différent de celui de la baignoire dans le moule, ce matériau étant apte à être sélectivement décoché. Le procédé proposé permet d'obtenir facilement, grâce à une propriété de décochage sélectif de matériaux céramiques, une aube munie d'une baignoire en céramique. Compte-tenu de la faible conductivité thermique de la céramique, la baignoire, située en tête de l'aube, s'échauffe moins malgré les températures importantes atteintes en fonctionnement. De plus, la masse volumique relativement plus faible de la céramique par rapport au métal constituant le reste de la paroi extérieure de l'aube permet d'alléger l'aube. DESCRIPTION DES FIGURES D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : - La figure 1 représente un exemple d'aubage mobile de turbomachine comprenant au moins une aube creuse, - La figure 2 représente une vue en coupe d'une aube creuse comprenant une baignoire - Les figures 3a à 3d représentent schématiquement les principales étapes d'un procédé de moulage d'une aube selon un premier mode de mise en oeuvre, - Les figures 4a à 4d représentent schématiquement les principales étapes du procédé de moulage d'une aube selon un mode de mise en oeuvre alternatif, - La figure 5 représente par un organigramme les principales étapes du procédé de moulage. DESCRIPTION DETAILLEE D'AU MOINS UN MODE DE REALISATION DE 25 L'INVENTION En référence à la figure 1, on a représenté un aubage mobile (rotor) A de turbine haute pression, comprenant un ensemble d'aubes 1 disposées régulièrement autour d'un axe de rotation de l'aube, et s'étendant radialement par rapport à cet axe. 30 En référence à la figure 2, on a représenté une vue en coupe d'une aube de cet aubage. L'aube 1 comprend une paroi externe 10 métallique comportant un bord d'attaque 11, un bord de fuite (non visible sur la figure), un intrados 12, et un extrados 13. En tête d'aube la paroi externe 10 est prolongée par une baignoire 20, qui ferme ladite paroi en délimitant avec celle-ci une cavité interne 30. La baignoire 20 forme ainsi une extrémité de tête de l'aube. La baignoire 20 est une pièce comprenant une base 21 de la forme d'une section d'aube, s'étendant transversalement à la paroi externe 10 de manière à fermer la cavité interne 30, et un muret 22 sur le bord de la base 21 et en saillie par rapport à celle-ci vers la tête de l'aube, le muret se trouvant ainsi dans la continuité de la paroi externe 10. La base 21 et le muret 22 forment une cavité ouverte 23 radialement dans la direction de la tête de l'aube. La baignoire 20 de l'aube est réalisée en matériau céramique, ce qui lui permet de chauffer moins rapidement que du métal lorsque l'aube est en fonctionnement. On va maintenant décrire, en référence à la figure 5, et aux figures 3a à 3d, et 4a à 4d, un procédé de moulage permettant d'obtenir une telle aube. Ce procédé est de moulage est dit « à la cire perdue ». Il comprend une première étape de fabrication 100 d'un noyau de fonderie 4. Ce noyau comprend deux parties formées dans deux matériaux céramiques différents, et en particulier en deux matériaux céramiques dont les procédés de décochage sont différents, le décochage étant le procédé par lequel on sépare le noyau de la pièce métallique pour éliminer le noyau et ne conserver que la pièce métallique. Plusieurs types de décochage existent parmi lesquels le décochage chimique par dissolution au moyen d'un solvant approprié, sous cyclage thermique et de pression, avec au besoin l'aide d'ultrasons, etc. Ainsi le noyau comprend une première partie 41 en un premier matériau céramique, et une deuxième partie 42 en un second matériau céramique, la première partie pouvant être sélectivement décochée, c'est-à-dire qu'il existe un procédé permettant le décochage de la première partie mais pas de la deuxième partie, ce procédé étant utilisé pour le décochage sélectif de la première partie. La deuxième partie 42 du noyau constitue la baignoire de l'aube obtenue à l'issue du procédé. Cette partie est donc conservée comme une partie de l'aube à l'issue du procédé. La première partie 41 délimite quant à elle la cavité interne 30 de l'aube, et est donc supprimée à l'issue du procédé. On prendra dans toute la suite l'exemple non limitatif mais néanmoins préféré d'une première partie 41 en silice (SiO2), c'est-à-dire en dioxyde de silicium, et d'une deuxième partie 42 du noyau en alumine (A1203), ou oxyde d'aluminium. Selon cet exemple, le procédé de décochage est avantageusement un décochage par dissolution au moyen de la soude (NaOH) , car ce procédé permet d'éliminer uniquement la partie en silice tout en maintenant inaltérée la partie du noyau en alumine. D'autres exemples de couples de matériaux peuvent également être choisis comme par exemple une première partie 41 de noyau 4 toujours en silice (SiO2) et une deuxième partie zircon (ZrSiO4) ou encore en zircone ou dioxyde de zirconium (ZrO2) stabilité, la première partie 41 pouvant toujours être éliminée par dissolution à la soude, sans décocher la deuxième partie 22. Avantageusement, les deux matériaux céramiques choisis pour faire les deux parties du noyau 4 de fonderie présentent des coefficients de dilatation thermique égaux ou proches, pour éviter que le chauffage du noyau lors d'une étape subséquente d'injection de métal en fusion n'entraine une modification de la géométrie du noyau ou n'altère sa résistance mécanique en créant des fissures. Ainsi, dans le cas où les deux matériaux présentent des coefficients de dilatation thermique différents, le ratio des coefficients de dilatation entre le matériau ayant le coefficient le plus élevé et le matériau ayant le coefficient le moins élevé est de préférence inférieur à 25, et avantageusement inférieur à 20. Ce critère est respecté pour l'exemple préféré silice/alumine, puisque l'alumine présente un coefficient de dilatation de 7.6.10-6, et la silice présente un coefficient de dilatation de 0.4.10-6(ratio de 19). Il l'est également pour l'exemple silice/zircon puisque le zircon présente un coefficient de dilatation de 4.5.10-6 (ratio de 11.25) ou encore pour la zircone qui présente un coefficient de dilatation de 10.10-6 (ratio de 25). La propriété de décochage sélectif de la première partie 41 du noyau, permettant de ne pas éliminer la deuxième partie 42, est mise à profit pour former simultanément, en utilisant un seul noyau de fonderie et un seul procédé de moulage à la cire perdue, une aube 1 creuse bimatière, c'est-à-dire comprenant une baignoire 20 en céramique, et une paroi externe 10 en métal. La fabrication 100 du noyau comprend une première étape 110, illustrée en figures 3a et 4a, de formation d'une baignoire 20,42 dans le deuxième matériau céramique, c'est-à-dire, en reprenant l'exemple précédent, l'alumine. On a représenté sur ces figures en pointillés la cavité ouverte 23 formée par le muret 22 de la baignoire. La baignoire 20 peut être réalisée par moulage par injection (procédé connu sous l'acronyme CIM, soit en anglais Ceramic Injection Molding), ou par ajout de matière (procédé additif), par exemple oar stéréolithographie laser, puis cuit par frittage. En référence aux figures 3b et 4b, le procédé comprend ensuite une étape 120 de formation d'un moule d'injection 5 en métal pour former l'autre partie du noyau 41 en premier matériau céramique. Pour ce faire, le moule d'injection définit un volume interne 50 correspondant à la forme extérieure du noyau de fonderie que l'on souhaite obtenir, c'est-à-dire l'ensemble comprenant la baignoire et la première partie du noyau en premier matériau céramique. Avantageusement, le volume interne du moule comprend une cavité, occupée sur les figures par la baignoire, dont les dimensions sont égales à celles de la baignoire, interdisant ainsi l'injection de premier matériau céramique autour de la baignoire quand celle-ci est dans le noyau. La baignoire 20,42 est ensuite positionnée 130 dans cette cavité du moule. Le premier matériau céramique est ensuite injecté 140 dans le moule pour former la première partie 41 du noyau 4. Suivant l'exemple qui précède, le matériau injecté est de la silice. Pour assurer une bonne cohésion entre les deux parties 41, 42 du noyau et garantir que celui-ci reste d'une pièce après cette étape, la baignoire comprend avantageusement au moins une encoche 24 s'étendant dans le plan de la base, c'est-à-dire transversalement à la direction principale du noyau formé à l'issue de cette étape, et donc de l'aube obtenue par ce procédé. On a représenté une forme exemplative d'encoche sur les figures 3b et 4b, cette forme étant pour autant nullement limitative. Après l'injection du premier matériau céramique ont lieu le déliantage et le frittage, pour obtenir le noyau 4 pourvu d'une baignoire 20. En référence aux figures 3c et 4c, le procédé de moulage d'une aube comprend ensuite la formation 200 d'un moule d'injection 6 définissant un volume interne correspondant à la forme externe d'une aube, puis le positionnement du noyau 10 obtenu à l'issue de l'étape 100 dans le moule. De préférence, l'aube obtenue à l'issue du procédé doit comprendre une paroi métallique 10 et une baignoire en céramique 20 dans le prolongement de la paroi, et par conséquent la baignoire 20 ne doit pas être recouverte de métal lors du moulage de l'aube. Par conséquent, le volume interne du moule formé lors de l'étape 100 comprend avantageusement une cavité adaptée pour recevoir la baignoire en interdisant l'injection de cire entre la baignoire et la paroi du moule. A cet égard, la cavité présente une section, dans le plan transversal à la direction principale du noyau et du moule, égale à celle de la baignoire, minimisant ainsi l'interstice entre la baignoire et la paroi de la cavité. De la cire est injectée dans le moule lors d'une étape 300, pour combler l'interstice entre le noyau - c'est-à-dire uniquement la première partie du noyau -et les parois du moule. On ouvre ensuite le moule pour obtenir une pièce intermédiaire comprenant le noyau 10 entouré de cire, dont la forme correspond à celle d'une aube 1. On réalise ensuite sur cette pièce une carapace lors d'une étape 400, pour l'injection de métal en fusion. La cire est ensuite fondue et évacuée, et du métal en fusion, par exemple un superalliage métallique tel qu'un alliage à base de nickel, est injecté dans la carapace autour du noyau au cours d'une étape 500. Comme visible sur les figures 3a à 3d et 4a à 4d, pour renforcer la liaison entre la paroi métallique 10 de l'aube et la baignoire 20 en céramique, la baignoire 20 comprend avantageusement une protubérance 25 (figures 3a à 3d) ou un renfoncement 26 (figures 4a à 4d) muni(e) d'un rebord s'étendant dans le plan de la base, c'est-à-dire dans une section d'aube, ou encore transversalement à la direction principale du noyau, ou alternativement en queue d'aronde, ou toute autre liaison mécanique. Dans le cas d'une protubérance 25 ou d'un renfoncement 26 de la baignoire 20, les encoches 24 permettant la fixation du noyau se trouvent avantageusement respectivement à l'extrémité de la protubérance 25 ou au fond du renfoncement 26, comme représenté sur les figures. Ceci permet de positionner le noyau à l'intérieur de la paroi métallique, tout en assurant la bonne cohésion d'une part de la première partie 41 du noyau avec la baignoire 20, et d'autre part de la baignoire 20 avec la paroi métallique. La carapace est ensuite détruite 600, pour obtenir une aube en métal, comprenant un noyau 4 avec ses deux parties 41, 42 en différents matériaux céramiques. Enfin, comme visible sur les figures 3d et 4d, le procédé comprend une étape 700 consistant à décocher uniquement la première 41 du noyau en premier matériau céramique. Selon l'exemple précédent dans lequel la première partie 41 est en silice et la baignoire 42 est en alumine, le procédé de décochage est avantageusement un décochage par dissolution au moyen de la soude (NaOH). Ainsi, la baignoire 20, 42 est maintenue dans la pièce, et on obtient donc une aube 1 comprenant une paroi métallique 10, une cavité interne 30, et une baignoire 20 en tête d'aube. Comme la baignoire est en céramique, elle présente une bonne tenue thermique et allège l'aube, et de plus il n'est pas nécessaire d'y ménager des cavités internes de refroidissement, ces cavités étant limitées à la partie métallique de l'aube.20 REVENDICATIONS1. Procédé de moulage d'une aube creuse (1) de turbomachine à la cire perdue, le procédé comprenant les étapes consistant à : - positionner (200) un noyau de fonderie (4) dans un moule (6) définissant un volume interne correspondant à une forme externe d'une aube de turbomachine, - injecter (300) de la cire dans le moule (6), pour obtenir une pièce de la forme d'une aube comprenant le noyau (4) au moins partiellement entouré de cire, - former une carapace (400) autour de la pièce, - retirer la cire (500) et injecter une quantité de métal en fusion dans la carapace, pour obtenir une aube (1) comprenant le noyau (4), le procédé étant caractérisé en ce que le noyau de fonderie (4) comporte une première partie (41) en un premier matériau céramique, et une deuxième partie (42) en un second matériau céramique, ladite deuxième partie formant une baignoire (20) de l'aube, le premier matériau étant apte à être sélectivement décoché, et le procédé comprenant en outre une étape (700) consistant à décocher uniquement la première partie du noyau, pour obtenir une aube (1) comprenant une baignoire en céramique (20), une paroi métallique (10) et une cavité interne (30). 2. Procédé de moulage selon la revendication 1, dans lequel les deux matériaux céramiques présentent des coefficients de dilatation thermique égaux. 3. Procédé de moulage selon la revendication 1, dans lequel les deux matériaux céramiques présentent des coefficients de dilatation thermique différents, tels que le ratio entre le coefficient de dilatation thermique le plus élevé et le coefficient de dilatation thermique le moins élevé est inférieur à 20. 4. Procédé de moulage selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la première partie (41) du noyau (4) est formée en silice, et la seconde partie (42) du noyau est en alumine. 5. Procédé de moulage selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel la baignoire (20, 42) comprend une protubérance (25) ou un renfoncement (26) enqueue d'aronde ou comprenant d'un rebord s'étendant transversalement à une direction principale du noyau (4). 6. Procédé de moulage selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la 5 baignoire (20, 42) comprend au moins une encoche (24) s'étendant transversalement à une direction principale du noyau (4). 7. Procédé de moulage selon la revendication 5 en combinaison avec la revendication 6, dans lequel l'encoche (24) de la baignoire est située dans la 10 protubérance (25) ou au fond du renfoncement (26). 8. Procédé de moulage selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le volume interne du moule (6) comprend une cavité adaptée pour recevoir la partie (41) du noyau formant baignoire (20), la section de ladite cavité correspondant à 15 celle de la baignoire (20), pour empêcher l'injection de cire entre ladite partie et le moule lorsque le noyau est positionné dans le moule. 9. Procédé de moulage selon l'une des revendications précédentes, comprenant en outre une étape de formation (100) du noyau (4) comprenant : 20 - la réalisation (110), avec le second matériau céramique, d'une baignoire (20, 42) d'aube de turbomachine, - la formation (120) d'un moule (5) définissant un volume interne correspondant à la forme extérieure du noyau (4), - le positionnement (130) de la baignoire (20, 42) dans le moule (5), et 25 - l'injection (140) du deuxième matériau céramique dans le moule, son déliantage et frittage pour obtenir le noyau (4). 10. Aube creuse (1) de turbomachine comprenant : - une paroi externe métallique (10), et 30 - une baignoire en matériau céramique (20) coiffant la paroi externe (10), la baignoire et la paroi externe délimitant une cavité interne (30) de l'aube (1), l'aube étant caractérisée en ce qu'elle est obtenue par le procédé selon l'une des revendications qui précèdent. 11. Aubage (A) mobile de turbomachine, comprenant au moins une aube (1) selon la revendication 10. 12. Procédé de fabrication (100) d'un noyau de fonderie (4) pour le moulage d'une aube creuse (1) de turbomachine à la cire perdue, le procédé comprenant les étapes consistant à : - réaliser (110) une baignoire d'aube de turbomachine (20, 42) en un matériau céramique, - former (120) un moule (5) définissant un volume interne (50) correspondant à la forme extérieure du noyau (4), - positionner (140) la baignoire dans le moule, et - injecter (140) un matériau céramique différent de celui de la baignoire dans le moule, ce matériau étant apte à être sélectivement décoché.