Brevet FR3023559A1 — publié le 20160115

COUCHE ANTI-SALISSURE POUR AUBE DE COMPRESSEUR ARRIERE PLAN DE L'INVENTION DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne une composition et un procédé de fabrication d'un revêtement pour des composants d'une turbomachine ayant des propriétés anti-salissures (antifouling en anglais) ainsi qu'un revêtement correspondant et un composant d'une turbomachine qui en est revêtu. ETAT DE LA TECHNIQUE Dans les turbomachines, comme les turbines à gaz stationnaires ou les turboréacteurs d'avions, l'air environnant qui est brûlé conjointement avec le carburant dans la chambre de combustion est aspiré pour sortir sous forme de gaz de combustion. Lors de l'aspiration de l'air environnant, les impuretés présentes dans l'air comme par exemple le sable, les particules de suie, le sel et similaires, pénètrent dans la turbomachine et peuvent provoquer des dépôts sur les composants du turboréacteur, ce qui peut aussi entraîner une détérioration des composants du turboréacteur et/ou une réduction de l'efficacité de la turbine du fait de la modification de la qualité de surface des composants de la turbine due aux dépôts. En particulier dans les turboréacteurs d'avions qui fonctionnent dans des environnements divers, le dépôt d'impuretés aspirées avec l'air environnant constitue un problème à prendre au sérieux. Pour régler le problème de la formation des dépôts, appelés aussi « salissures », des tentatives ont été faites 30 pour doter les surfaces des composants de revêtements présentant des propriétés dites anti-salissures, tels qu'ils sont décrits par exemple dans les documents DE 196 06 011 Al, EP 0 885 938 A2, US 6 159 547 A, WO 2008/132196 Al ou GB 2 428 604 A. 35 Cependant, les couches anti-salissures connues soit montrent des propriétés anti-salissures insuffisantes, en particulier dans le domaine d'application des turboréacteurs, soit ne sont pas appropriées aux conditions environnementales prévues ou visées régnant dans les turbines. De plus, il se pose le problème de la présence 5 multiple de composés Cr(VI) dans les couches antisalissures, lesquels ne sont raisonnablement pas utilisables compte tenu de leurs propriétés nocives pour la santé et des difficultés de transformation qui en résultent du fait d'exigences élevées à respecter en matière de 10 sécurité. EXPOSE DE L'INVENTION BUT DE L'INVENTION Le but de la présente invention est donc de proposer un revêtement qui présente des propriétés anti-salissures 15 pour des composants de turbomachines. Le revêtement en question doit être utilisable de manière fiable dans les conditions environnementales d'une turbomachine et permettre une fabrication, transformation et utilisation sûre et peu chère. 20 SOLUTION TECHNIQUE L'invention propose une composition pour la fabrication d'un revêtement pour des composants d'une turbomachine présentant des propriétés anti-salissures, laquelle comprend un liant incluant au moins un élément 25 organosilicié, des particules céramiques et au moins un solvant, dans laquelle les particules céramiques comprennent du dioxyde de silicium et au moins un alkoxysilane est prévu à titre d'élément organosilicié. Grâce à leur profil de propriétés, les couches à base de 30 ces compositions se sont révélées extraordinairement appropriées à la mise en oeuvre dans des turboréacteurs et en particulier des aubes de compresseurs. Les particules céramiques peuvent comprendre une taille de grain moyenne ou maximale inférieure ou égale à 35 4 pm. Grâce à la restriction de la taille des particules céramiques utilisées, le revêtement correspondant pour les turbines peut avoir de bonnes propriétés aérodynamiques. En particulier, un revêtement qui présente une rugosité de surface moyenne 2 pm peut ainsi être fabriqué. Non seulement la rugosité de surface moyenne 2 pm permet d'améliorer les propriétés aérodynamiques du revêtement et des composants dotés du revêtement, ce qui fait qu'une utilisation dans les turbomachines est judicieuse, mais le lissé de la surface permet aussi d'améliorer les propriétés anti-salissures. Les particules céramiques peuvent comprendre, en plus du dioxyde de silicium, un ou plusieurs autres composants, comme par exemple l'oxyde d'aluminium, l'oxyde de titane, la zircone, le titanate d'aluminium, les aluminosilicates, le feldspath, les zéolithes et le kaolin. Les particules d'oxyde céramiques, comme l'oxyde d'aluminium, l'oxyde de titane, le titanate d'aluminium, l'aluminosilicate, peuvent à cet égard présenter des tailles de particule dans la plage 0,2 pm et inférieures à 4 pm. Quand des tailles de grain ou tailles de particule correspondantes sont indiquées, il est toujours fait référence à une taille de grain moyenne ou une taille de grain maximale de la fraction en question, sauf stipulation expresse contraire. Hormis les charges ou pigments inorganiques sous forme de particules d'oxyde, la composition peut présenter d'autres charges qui peuvent donner des propriétés déterminées améliorées au revêtement devant être fabriqué par le biais de la composition. Ainsi, la composition peut présenter des fluorosilanes, qui réduisent l'adhérence des corps étrangers sur le revêtement et peuvent donc empêcher déjà un éventuel dépôt si bien que les propriétés antisalissures sont améliorées. D'autre part, du graphite peut être présent en plus ou en variante. Le liant de la composition présente au moins un 35 élément organosilicié sous la forme d'un alkoxysilane, d'autres éléments organosilicés pouvant être présents. Le terme organosilicié veut dire ici qu'il s'agit d'un composé carboné comprenant des fractions de silicium, lequel peut être formé par exemple par des polysiloxanes. Le liant peut comprendre un ou plusieurs de ces éléments organosiliciés et des combinaisons de ceux-ci. La composition peut en outre comprendre des additifs de traitement. Par additifs de traitement, on entend des additifs qui confèrent des propriétés déterminées pendant le processus de traitement de la composition, comme par exemple des dispersants, des anti-mousses, des agents d'écoulement, des épaississants, etc. Le solvant de la composition peut être formé par un solvant organique, en particulier l'alcool et/ou l'eau. La composition peut présenter une teneur en matières 15 solides entre 10 % en poids et 40 % en poids, en particulier entre 20 et 30 % en poids. Les particules céramiques peuvent être présentes avec une proportion de 5 % en poids à 50 % en poids, en particulier 10 % en poids à 20 % en poids, par rapport à la 20 teneur en matières solides. Une composition selon les indications ci-dessus peut être déposée sur un composant d'une turbomachine devant être revêtu, par exemple une turbomachine en alliage de titane ou de nickel, après le nettoyage de la pièce de 25 matériau et ensuite être séchée et durcie pour former une couche anti-salissure. Le dépôt peut se faire de toute manière adéquate, par exemple par application au pinceau, par projection, par pulvérisation ou immersion du composant dans la composition en question. 30 Le durcissement peut se faire par traitement thermique à une température entre 200°C et 350°C, en particulier entre 250°C et 300°C pendant une durée de 10 minutes à 120 minutes, en particulier de 15 minutes à 60 minutes. Le traitement thermique peut alors être réalisé à l'air. 35 D'après un mode de réalisation, la composition peut être déposée en deux ou plus de deux couches partielles sur le composant à revêtir, une couche partielle préalable étant d'abord séchée à température ambiante avant de déposer au moins une couche partielle consécutive selon un des procédés indiqués précédemment et de sécher. Les couches partielles séchées peuvent alors être durcies ensemble. Un durcissement de différentes couches partielles après chacun de leur dépôt est cependant concevable. On peut déposer globalement des couches partielles jusqu'à ce que l'épaisseur de la couche formée se situe 10 dans la plage de 5 pm à 30 pm, en particulier 5 pm à 15 pm. Le revêtement déposé fini présente une matrice constituée d'un liant qui comprend au moins un composé organosilicié. Dans cette matrice, les particules céramiques qui sont réparties de manière homogène et 15 régulière dans la matrice, sont incrustées. Les particules céramiques comprennent des particules de dioxyde de silicium alors que le composé organosilicié comprend au moins un alkoxysilane ou un hydrolysat d'alkoxysilane. Les particules céramiques peuvent présenter selon la 20 composition indiquée ci-dessus une taille de grain moyenne ou maximale inférieure ou égale à 4 pm. Les autres composés organosiliciés et les particules céramiques qui peuvent se trouver dans le revêtement, correspondent aux substances indiquées pour la composition 25 et/ou leurs produits après le durcissement, si bien que l'on peut renoncer à une description répétitive. Un revêtement correspondant peut présenter une rugosité de surface moyenne 2 pm. La rugosité de surface Rz est ici définie en ce qu'une distance de mesure 30 prédéterminée à la surface de la pièce est divisée en sept distances de mesure individuelles de même taille, le profil étant mesuré sur les distances de mesure individuelles et la différence entre la valeur maximale et la valeur minimale étant déterminée. La valeur maximale ou minimale 35 se rapporte ici à la hauteur ou profondeur maximale ou minimale de la couche superficielle. Pour cinq des distances partielles indiquées ci-dessus, la moyenne est calculée et la rugosité moyenne est obtenue. D'après un exemple de mode de réalisation avantageux, le revêtement peut être disposé sur une aube de compresseur d'un turboréacteur d'avion. L'avantage est ici que le revêtement est facile à enlever et qu'il peut être de nouveau déposé si besoin est. Plus généralement, la présente invention propose donc une composition pour la fabrication d'un revêtement pour 10 des composants d'une turbomachine ayant des propriétés anti-salissures, ladite composition comprenant : un liant qui présente au moins un élément organosilicié, des particules céramiques, 15 et un solvant, caractérisée en ce que : les particules céramiques comprennent au moins du dioxyde de silicium et le liant comprend au moins un 20 alkoxysilane. Elle propose également un procédé de fabrication d'un revêtement pour des composants d'une turbomachine ayant des propriétés anti-salissures en utilisant une composition telle que définie supra, au cours duquel la composition est 25 déposée sur le composant et est ensuite durcie. Elle a également pour objet un revêtement pour composants d'une turbine ayant des propriétés antisalissures, fabriqué en particulier avec une composition telle que définie supra et/ou un procédé tel qu'il vient 30 d'être défini, comportant une matrice constituée d'un liant, qui présente au moins un composé organosilicié, et des particules céramiques qui sont réparties de manière homogène et régulière dans la matrice, caractérisé en ce que les particules céramiques 35 comprennent du dioxyde de silicium et le liant comprend un alkoxysilane ou un hydrolysat d'alkoxysilane. Elle a enfin pour objet un composant d'une turbomachine avec un tel revêtement. EXEMPLE DE MODE DE REALISATION D'après un exemple de mode de réalisation, 620 g d'un 5 alkoxysilane sont placés dans un bécher en verre de 2000 ml muni d'un couvercle et agités avec 200 g d'acétate de butyle à température ambiante pendant 1 h avec un dissolvant sous aspiration. Ensuite, 60 g d'un dioxyde de titane de taille sous-micronique (Société Sachtleben) et 10 65 g d'un titanate d'aluminium de taille micronique (Société Alroko) et 80 g de dioxyde de silicium sous forme de poudre et on agite pendant 30 autres minutes. Les matières peuvent aussi être ajoutées séparément sous forme de mélange de poudre. 15 Après réduction de la vitesse de rotation à 200 t/min, 15 g de graphite et 10 g d'un additif d'écoulement commercial (BYK) sont ajoutés et on agite pendant 30 autres minutes. Après un écumage du verre, qui devra être sans agglomérats, la matière de revêtement est chargée dans un 20 pistolet de pulvérisation basse pression SATA-HVLP et pulvérisée sur le composant à 2 bar. Après aération à température ambiante pendant une heure, on fait cuire à 250°C pendant une heure. Après cuisson, une épaisseur de couche d'environ 10 pm est obtenue. 25 Les éléments correspondants de la composition sont mélangés les uns avec les autres par agitation et par exemple déposés par pulvérisation sur au moins certaines parties d'une aube de compresseur d'une turbomachine. L'aube de compresseur correspondante réside dans un four 30 pendant une heure à 300°C pour durcir le revêtement. Le revêtement fini qui s'étend au moins partiellement sur l'aube de compresseur présente, entre autres, compte tenu des fines particules de céramique, une rugosité moyenne faible, laquelle confère au composant revêtu un 35 lissé avantageux qui non seulement améliore les propriétés anti-salissures mais répond aussi aux exigences aérodynamiques d'une aube de compresseur dans une turbomachine. Bien que la présente invention ait été décrite de manière détaillée à l'aide d'un exemple de mode de réalisation, il est bien entendu pour l'homme du métier que l'invention n'est pas limitée à cet exemple de mode de réalisation, mais que plusieurs variantes sont possibles de manière à pouvoir laisser de côté certaines caractéristiques ou à réaliser d'autres combinaisons de caractéristiques d'un autre type pour autant que l'on reste dans le domaine de protection tel que défini dans la présente demande. La divulgation de la présente invention inclut toutes les combinaisons des caractéristiques individuelles présentées.15 REVENDICATIONS1. Composition pour la fabrication d'un revêtement pour des composants d'une turbomachine ayant des propriétés anti-salissures, ladite composition comprenant : un liant qui présente au moins un élément organosilicié, des particules céramiques, et un solvant, caractérisée en ce que : les particules céramiques comprennent au moins du dioxyde de silicium et le liant comprend au moins un alkoxysilane. 2. Composition selon la revendication 1, caractérisée 15 en ce que les particules céramiques présentent une taille de grain moyenne ou maximale inférieure à 4 pm. 3. Composition selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que l'élément organosilicié comprend en outre des polysiloxanes. 20 4. Composition selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les particules céramiques comprennent en outre un ou plusieurs éléments choisis dans le groupe comprenant l'oxyde d'aluminium, l'oxyde de titane, la zircone, le titanate d'aluminium, 25 l'aluminosilicate, le feldspath, les zéolithes et le kaolin. 5. Composition selon l'une des revendications précédentes, la composition étant caractérisée en ce qu'elle comprend en outre au moins un fluorosilane et/ou un 30 graphite. 6. Procédé de fabrication d'un revêtement pour des composants d'une turbomachine ayant des propriétés antisalissures en utilisant une composition selon l'une des revendications précédentes, au cours duquel la composition 35 est déposée sur le composant et est ensuite durcie. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la composition est durcie par traitement thermique à une température située entre 200°C et 350°C, en particulier entre 250°C et 300°C pendant une durée de 10 min à 120 min, en particulier 15 min à 60 min. 8. Procédé selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que la composition est déposée en plusieurs couches partielles, en particulier une première couche partielle de composition est déposée et séchée à température ambiante et, après le séchage de la première couche partielle, une deuxième couche partielle de composition est déposée et séchée et la couche totale est durcie. 9. Revêtement pour composants d'une turbomachine ayant des propriétés anti-salissures, fabriqué en particulier avec une composition selon l'une des revendications 1 à 5 et/ou un procédé selon l'une des revendications 6 à 8, comportant une matrice constituée d'un liant, qui présente au moins un composé organosilicié, et des particules céramiques qui sont réparties de manière homogène et régulière dans la matrice, caractérisé en ce que les particules céramiques comprennent du dioxyde de silicium et le liant comprend un 25 alkoxysilane ou un hydrolysat d'alkoxysilane. 10. Revêtement selon la revendication 9, caractérisé en ce que les particules céramiques présentent une taille de grain moyenne ou maximale inférieure à 4 pm. 11. Revêtement selon la revendication 10, le 30 revêtement étant caractérisé en ce qu'il présente une épaisseur dans la plage de 5 pm à 30 pm, en particulier de 5 pm à 15 pm. 12. Revêtement selon la revendication 10 ou 11, le revêtement étant caractérisé en ce qu'il présente une 35 rugosité de surface moyenne inférieure ou égale à 2 pm. 13. Composant d'une turbomachine avec un revêtement selon l'une des revendications 10 à 12. 14. Composant selon la revendication 13, caractérisé en ce que le composant est une aube de compresseur.