Brevet FR3014910A1 — publié le 20150619

DOMAINE DE L'INVENTION Le présent exposé concerne un procédé de traitement anticorrosion et anti-usure d'un substrat en aluminium ou en alliage d'aluminium. Il concerne également une pièce mécanique comprenant un revêtement obtenu par un tel procédé de traitement ainsi qu'une turbomachine et un train d'atterrissage comprenant une telle pièce. Un tel procédé est notamment particulièrement utile dans le domaine aéronautique pour protéger certaines pièces mécaniques d'avions ou d'hélicoptères soumises à la fois à de la corrosion et à de l'usure. ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE Dans une turbomachine, d'hélicoptère notamment, certaines pièces en aluminium ou en alliage d'aluminium sont soumises à la fois à des contraintes de corrosion et d'usure. Par exemple, certaines pièces du système de régulation carburant sont amenées à coulisser contre d'autres pièces, générant ainsi du frottement ; en outre le passage répété de carburant peut engendrer une érosion de ces pièces : ces zones de frottement et/ou d'érosion doivent donc être traitées spécifiquement contre l'usure. De plus, ces mêmes pièces sont également en contact avec le milieu extérieur qui peut se révéler corrosif, notamment en présence d'humidité et tout particulièrement en conditions salines, près de la mer notamment : ces pièces doivent donc également être traitées contre la corrosion sur toutes les zones qui ne sont pas traitées contre l'usure. Pour assurer une telle protection, on connait un procédé au cours 25 duquel on réalise sur la pièce une première étape d'oxydation anodique chromique, assurant la protection contre la corrosion, puis une seconde étape d'oxydation anodique dure des zones à traiter contre l'usure. Toutefois, le bain utilisé pour réaliser cette oxydation anodique chromique comprend certains constituants dangereux, notamment du 30 Cr VI, qui seront bientôt interdits d'utilisation par la réglementation REACh. Dès lors, un autre procédé imaginé pour se conformer à la réglementation REACh vise à remplacer l'étape d'oxydation anodique chromique par une étape d'oxydation anodique sulfurique. 35 Toutefois, le bain de l'oxydation anodique dure est capable de dégrader la couche d'oxyde ainsi obtenue de telle sorte qu'une étape intermédiaire de masquage par cirage est indispensable pour protéger les zones de la couche d'oxyde anti-corrosion que l'on souhaite conserver. Ceci entraîne en outre l'ajout d'une étape finale de décirage de la pièce à l'issue de l'oxydation anodique dure pour obtenir la pièce finale. Ces étapes supplémentaires, longues, chères et fastidieuses, pèsent donc sur l'efficacité et la rentabilité globale de ce procédé. Il existe donc un réel besoin pour un procédé de traitement anticorrosion et anti-usure d'un substrat en aluminium ou en alliage d'aluminium qui soit dépourvu, au moins en partie, des inconvénients 10 inhérents aux procédés connus précités. PRESENTATION DE L'INVENTION Le présent exposé concerne un procédé de traitement anticorrosion et anti-usure d'un substrat en aluminium ou en alliage 15 d'aluminium, le procédé comprenant, appliquées au substrat, une étape de traitement sol-gel formant une couche sol-gel; et une étape d'oxydation dure, postérieure à l'étape de traitement sol-gel, formant une couche d'oxyde dure. Dans le présent exposé, on entend par « couche » une région de 20 composition donnée au sein du revêtement obtenu par un procédé de traitement anti-corrosion et anti-usure du présent exposé : il peut s'agir d'une couche déposée sur le substrat ou d'une couche formée dans l'épaisseur du substrat initial, par exemple par oxydation du substrat. En outre, dans le présent exposé, les couches ne sont pas 25 nécessairement empilées les unes au-dessus des autres, certaines couches pouvant être juxtaposées, et non superposées, à d'autres. En particulier, la couche d'oxyde dure peut être prévue de manière attenante à la couche sol-gel, sans recouper toutefois cette dernière. Grâce à un tel procédé utilisant un traitement sol-gel, il est possible 30 d'obtenir très facilement un revêtement pour une pièce mécanique en aluminium ou alliage d'aluminium présentant de très bonnes propriétés de résistance à la corrosion, apportées principalement par le sol-gel, et à l'usure, apportées principalement par l'oxydation dure. Les traitements sol-gel, aujourd'hui bien connus dans le domaine 35 des matériaux vitreux, permettent d'obtenir des matériaux vitreux par simple polymérisation de précurseurs moléculaire en solution, sans passer par l'étape de fusion. Ces traitements sont en particulier bien appropriées pour la synthèse de verres hybrides organique-inorganique. Cette composition chimique organique-inorganique, ainsi que les fortes liaisons interatomique du sol-gel, offrent à la couche sol-gel de très bonnes propriétés barrière vis-à-vis de l'environnement extérieur, et ainsi une grande résistance à la corrosion, ce qui permet à la pièce mécanique de résister à la corrosion atmosphérique, y compris en milieu marin et donc salin par exemple. De plus, cet effet barrière lui permet de ne pas être dégradée lors 10 de l'oxydation dure qui se déroule généralement dans des bains corrosifs : dès lors, les propriétés anti-corrosion du revêtement sont conservées même après immersion prolongée dans un bain d'oxydation dure. En raison de la proportion importante de composés organiques dans le sol-gel, ce dernier est en outre un isolant électrique : dès lors, le 15 courant utilisé lors de l'oxydation dure ne traverse pas la couche sol-gel, ce qui évite la dégradation de cette couche ainsi que l'oxydation non souhaitée du substrat sous cette couche. La couche sol-gel forme donc naturellement un masque protégeant le substrat contre l'oxydation dure : ainsi, seules les zones non-traitée par le sol-gel ou celles dans lesquelles la 20 couche sol-gel a été retirée seront affectée par l'oxydation dure. Ceci permet de définir facilement les couches à traiter contre l'usure. En outre, la large gamme des sol-gels existants permet de choisir ceux qui offrent les meilleures propriétés visées et qui respectent le mieux les contraintes sanitaires et environnementales telle la réglementation 25 REACh. Le traitement sol-gel est de plus facile et rapide à mettre en oeuvre. Cette étape s'insère en particulier facilement dans les gammes de production actuelles et est plus rapide que l'étape traditionnelle d'oxydation anodique chromique. En outre, un tel procédé est facile à 30 mettre en oeuvre y compris pour des pièces dont les zones à traiter sont difficilement accessibles. Dans certains modes de mise en oeuvre, l'étape d'oxydation dure est une oxydation anodique dure (OAD). L'utilisation d'un traitement sol-gel est d'autant plus intéressante dans de tels modes de mise en oeuvre 35 car le sol-gel présente une forte résistance aux acides qui lui permet de résister au bain acide de l'oxydation anodique dure. 3014 910 4 Dans d'autres modes de mise en oeuvre, l'étape d'oxydation dure est une oxydation dure par micro-arcs. Cette dernière est réalisée de préférence dans un bain basique. Dans certains modes de mise en oeuvre, le procédé comprend en 5 outre une étape d'oxydation supplémentaire, préalable à l'étape de traitement sol-gel, formant une couche d'oxyde supplémentaire. Une telle protection double-couche associant une couche d'oxyde à une couche sol-gel permet de renforcer la résistance du revêtement à la corrosion. En outre, la couche sol-gel protège la couche d'oxyde supplémentaire vis-à- vis du bain de l'oxydation dure et prévient ainsi la dégradation de cette couche. Dans certains modes de mise en oeuvre, l'étape d'oxydation supplémentaire est une oxydation anodique sulfurique (OAS), tarira-sulfurique ou phosphorique. Dans certains modes de mise en oeuvre, l'étape de traitement sol- gel a lieu sur la couche d'oxyde supplémentaire sans étape préalable de colmatage de cette couche. Cette étape de colmatage n'est pas nécessaire en effet car le sol-gel peut remplir lui-même, partiellement ou en totalité, les porosités de la couche d'oxyde supplémentaire dans son épaisseur. Dans certains modes de mise en oeuvre, lors de l'étape de traitement sol-gel, le sol-gel s'infiltre dans les porosités de la couche d'oxyde supplémentaire. Ceci renforce en outre l'accroche de la couche sol-gel sur la couche d'oxyde supplémentaire. Dans certains modes de mise en oeuvre, l'étape de traitement sol-25 gel comprend une sous-étape de dépôt du sol-gel et une sous-étape de cuisson du sol-gel. La cuisson permet la réticulation du sol-gel. Dans certains modes de mise en oeuvre, la sous-étape de dépôt du sol-gel est réalisée par trempe du substrat dans un bain de sol-gel. Dans d'autres modes de mise en oeuvre, la sous-étape de dépôt du 30 sol-gel est réalisée par projection du sol-gel sur le substrat. Dans certains modes de mise en oeuvre, la sous-étape de cuisson est réalisée entre 100 et 200°C, de préférence entre 130 et 150°C. Dans certains modes de mise en oeuvre, la sous-étape de cuisson dure entre 40 et 60 minutes. 35 Dans certains modes de mise en oeuvre, au moins une partie du sol-gel utilisé comprend du glycidoxypropyltrimethoxysilane. 3014 910 5 Dans certains modes de mise en oeuvre, au moins une partie du sol-gel utilisé est le sol-gel commercialisé par ICS sous la dénomination IC23.5 (marque déposée). Ce dernier est tout particulièrement adapté pour les pièces amenées à entrer en contact avec du kérosène. 5 Naturellement, tout autre sol-gel de même composition ou de composition équivalente peut également être utilisé. Dans d'autres modes de mise en oeuvre, au moins une partie du sol-gel utilisé est le sol-gel commercialisé par ICS sous la dénomination 1K-EBSiI (marque déposée). Ce dernier est tout particulièrement adapté 10 pour les pièces amenées à entrer en contact avec des fluides hydrauliques. Naturellement, tout autre sol-gel de même composition ou de composition équivalente peut également être utilisé. En particulier, de tels sol-gels permettent une tenue minimale de 500h au brouillard salin selon le test conforme à la norme ISO 9227. 15 Dans certains modes de mise en oeuvre, le procédé comprend en outre une étape d'usinage, réalisée entre l'étape de traitement sol-gel et l'étape d'oxydation dure, au cours de laquelle au moins une zone à traiter est usinée de manière à éliminer dans cette zone au moins la couche sol-gel. Une telle étape permet de mettre à jour une zone du substrat à traiter 20 spécifiquement contre l'usure en retirant localement la couche électriquement isolante constituée par le sol-gel, permettant ainsi l'oxydation dure de cette zone. Il va de soi que certaines pièces peuvent présenter plusieurs zones distinctes à traiter spécifiquement contre l'usure auquel cas plusieurs zones distinctes peuvent être usinées. En raison de cet usinage, la couche sol-gel et/ou que la couche d'oxyde dure obtenue peut être discontinue. Dans certains modes de mise en oeuvre, le procédé est dépourvu de toute étape d'oxydation anodique chromique (OAC). Le présent exposé concerne également une pièce mécanique 30 comprenant un substrat en aluminium ou en alliage d'aluminium, et un revêtement anti-corrosion et anti-usure obtenu par un procédé selon l'un quelconque des modes de mise en oeuvre ci-dessus. Le présent exposé concerne également une pièce mécanique comprenant un substrat en aluminium ou en alliage d'aluminium, une 35 couche sol-gel, et une couche d'oxyde d'aluminium. 3014 910 6 Dans certains modes de réalisation, la pièce comprend en outre un couche d'oxyde d'aluminium supplémentaire située sous la couche sol-gel. Dans certains modes de réalisation, du sol-gel est présent dans des porosités de la couche d'oxyde supplémentaire. 5 Dans certains modes de réalisation, au moins une partie du sol-gel est un des sol-gels mentionnés plus haut. Dans certains modes de réalisation, la couche de sol-gel et la couche d'oxyde dure sont attenantes dans le plan de la surface du substrat mais ne se recoupent pas. 10 Dans certains modes de réalisation, la couche sol-gel présente une épaisseur comprise entre 1 à 10 pm. Dans certains modes de réalisation, la couche d'oxyde dure présente une épaisseur comprise entre 40 et 100 pm. Dans certains modes de réalisation, la couche d'oxyde 15 supplémentaire présente une épaisseur comprise entre 2 à 12 pm. Le présent exposé concerne également une turbomachine comprenant une pièce mécanique selon l'un des modes de réalisation ci-dessus. Le présent exposé concerne également un train d'atterrissage 20 comprenant une pièce mécanique selon l'un des modes de réalisation ci-dessus. Les caractéristiques et avantages précités, ainsi que d'autres, apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit d'exemples de mise en oeuvre du procédé proposé. Cette description détaillée fait 25 référence aux dessins annexés. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS Les dessins annexés sont schématiques et visent avant tout à illustrer les principes de l'invention. Sur ces dessins, d'une figure (FIG) à l'autre, des éléments (ou parties d'élément) identiques sont repérés par les mêmes signes de référence. En outre, des éléments (ou parties d'élément) appartenant à des exemples de mise en oeuvre différents mais ayant une fonction analogue sont repérés sur les figures par des références numériques incrémentées de 100, 200, etc. 3014 910 7 Les FIG 1A à 1E illustrent différentes étapes d'un premier exemple de procédé. Les FIG 2A à 2F illustrent différentes étapes d'un deuxième exemple de procédé. 5 DESCRIPTION DETAILLEE D'EXEMPLE(S) DE REALISATION Afin de rendre plus concrète l'invention, des exemples de procédés sont décrits en détail ci-après, en référence aux dessins annexés. Il est rappelé que l'invention ne se limite pas à ces exemples. 10 Les FIG 1A à 1E illustrent un premier exemple de procédé visant à munir un substrat 10 en aluminium, ou en alliage d'aluminium, d'un revêtement de protection anti-usure est anti-corrosion. Le substrat 10 représenté à la FIG 1A peut être notamment une pièce hydromécanique de régulation carburant d'une turbomachine d'hélicoptère ou une bride de 15 fixation pour demi-roue de train d'atterrissage, pour ne citer que ces exemples. Dans un premier temps, le substrat 10 peut subir des étapes préliminaires de préparation telles que des étapes de dégraissage, de rinçage et/ou de décapage. Une fois la surface 10a du substrat 10 ainsi apprêtée, on applique 20 une couche de sol-gel liquide 20 sur la surface 10a du substrat 10. Ce sol- gel peut notamment être le sol-gel commercialisé par ICS sous la dénomination IC23.5 (marque déposée), notamment dans des applications où la pièce 1 est amenée à entrer en contact avec du kérosène ; il peut également s'agir du sol gel commercialisé par ICS sous la dénomination 25 1K-EBSiI (marque déposée), en particulier dans des applications où la pièce 1 est amenée à entrer en contact avec des fluides hydrauliques. Naturellement, d'autres sol-gels de composition équivalente, ou ayant d'autres compositions présentant des propriétés anti-corrosion, peuvent également être utilisés. 30 La couche de sol-gel liquide 20 peut être appliquée sur la surface 10a du substrat 10 au pinceau, à la manière d'une peinture. Le sol-gel liquide peut également être projeté contre la surface 10a du substrat 10, par exemple à l'aide d'un pistolet à peinture. Dans un autre exemple, le sol-gel pourrait également être déposé par trempe du substrat 10 dans un 35 bain de sol gel liquide. Une fois cette étape de dépôt du sol-gel terminée, la pièce de la FIG 1B subit une étape de cuisson dans un four durant laquelle a lieu la réticulation du sol-gel. Cette étape de cuisson peut être menée dans un four à une température d'environ 140° pendant une durée de 50 minutes. 5 À l'issue de cette étape de cuisson, on obtient la pièce de la FIG 1C dans laquelle une couche sol-gel solidifiée 20' recouvre le substrat 10, cette couche de sol-gel solide 20' offrant la protection anti-corrosion escomptée. À l'issue de cette étape, la zone U de la pièce à traiter spécifiquement contre l'usure est usinée de manière à retirer localement la 10 couche de sol-gel solide 20' afin de découvrir le substrat 10. La pièce ainsi obtenue, représentée à la FIG 1D, peut ensuite subir des étapes de préparation telles que des étapes de dégraissage et/ou de rinçage. La pièce ainsi apprêtée est ensuite plongée dans un bain d'acide sulfurique afin de subir une oxydation anodique dure (OAD) durant 15 laquelle une couche superficielle du substrat 10 de la zone à traiter contre l'usure U, ayant été découverte lors de l'étape d'usinage, est oxydée pour former une couche d'alumine 30. Cette couche d'alumine 30 permet de renforcer localement la résistance de la pièce 1 contre l'usure dans la zone U. 20 La pièce ainsi obtenue peut enfin subir des étapes de finition, notamment des étapes de rinçage ou d'usinage pour aboutir à la pièce finale 1 représentée à la FIG 1E. Une telle pièce finale 1 peut ainsi comporter, dans la zone U de traitement anti-usure, une couche d'alumine dure 30 de 40 à 100 dam d'épaisseur et, hors de cette zone U, une couche 25 de sol-gel solidifié 20' de 2 à 10pm d'épaisseur. Une telle couche sol-gel 20' offre une résistance au brouillard salin supérieure à 500h. Les FIG 2A à 2F illustrent quant à elle un deuxième exemple de procédé visant à munir un substrat 110 en aluminium, ou en alliage d'aluminium, d'un revêtement de protection anti-usure et anti-corrosion. 30 Dans un premier temps, le substrat 110 peut subir des étapes de préparation telles que des étapes de dégraissage, de rinçage et/ou de décapage. Une fois la surface 110a du substrat 110 ainsi apprêtée, on plonge la pièce dans un bain d'acide sulfurique afin de lui faire subir une 35 oxydation anodique sulfurique (OAS) durant laquelle une couche superficielle du substrat 110 est oxydée pour former une couche d'alumine 3014 910 9 poreuse 140, aboutissant ainsi à la pièce de la FIG 2B. Dans d'autres exemples, le bain comprend plutôt de l'acide tartro-sulfurique ou encore de l'acide phosphorique pour réaliser une oxydation anodique tartrosulfurique ou phosphorique, respectivement. Les étapes suivantes de ce deuxième exemple de procédé sont sensiblement identiques à celles du premier exemple décrit ci-dessus. On applique ici une couche de sol-gel liquide 120 sur la surface 140a de la couche d'alumine poreuse 140 : le sol-gel liquide peut alors s'infiltrer dans les pores 141 de la couche d'alumine 140 et combler ces derniers. On obtient ainsi la pièce de la FIG 2C. Une fois cette étape de dépôt du sol-gel terminée, la pièce subit une étape de cuisson analogue à celle du premier exemple aboutissant à la pièce de la FIG 2D dans laquelle une couche de sol-gel solidifié 120' recouvre et comble les pores de la couche d'alumine poreuse 140. A l'issue de cette étape, la zone U de la pièce à traiter spécifiquement contre l'usure est usinée de manière à retirer localement la couche de sol-gel solidifié 120' ainsi que la couche d'alumine poreuse 140 afin de découvrir la patte du substrat 110 non oxydée. La pièce ainsi obtenue, représentée à la FIG 2E, peut ensuite subir des étapes de préparation telles que des étapes de dégraissage et/ou de rinçage. La pièce ainsi apprêtée est ensuite plongée dans un bain d'acide sulfurique afin de subir une oxydation anodique dure (OAD) durant laquelle une couche superficielle du substrat 110 de la zone à traiter contre l'usure U, découverte lors de l'étape d'usinage, est oxydée pour former une couche d'alumine dure 130. La pièce ainsi obtenue peut enfin subir des étapes de finition, notamment des étapes de rinçage ou d'usinage pour aboutir à la pièce finale 101 représentée à la FIG 2F. Une telle pièce finale 101 peut ainsi comporter, dans la zone U de traitement anti-usure, une couche d'alumine dure 130 de 40 à 100 pm d'épaisseur et, hors de cette zone U, une couche d'alumine 140 de 2 à 12 dam d'épaisseur surmontée d'une couche de sol-gel solidifié 120' de 1 à 10 pm d'épaisseur, les porosités de la couche d'alumine 140 étant en outre comblées par le sol-gel. Une telle couche d'alumine 140 associée à une couche sol-gel 120' offre une résistance au brouillard salin supérieure à 700h. Les modes ou exemples de réalisation décrits dans le présent exposé sont donnés à titre illustratif et non limitatif, une personne du métier pouvant facilement, au vu de cet exposé, modifier ces modes ou exemples de réalisation, ou en envisager d'autres, tout en restant dans la portée de l'invention. De plus, les différentes caractéristiques de ces modes ou exemples de réalisation peuvent être utilisées seules ou être combinées entre elles. Lorsqu'elles sont combinées, ces caractéristiques peuvent l'être comme décrit ci-dessus ou différemment, l'invention ne se limitant pas aux combinaisons spécifiques décrites dans le présent exposé. En particulier, sauf précision contraire, une caractéristique décrite en relation avec un mode ou exemple de réalisation peut être appliquée de manière analogue à un autre mode ou exemple de réalisation. REVENDICATIONS1. Procédé de traitement anti-corrosion et anti-usure d'un substrat en aluminium ou en alliage d'aluminium, le procédé comprenant, 5 appliquées au substrat (10), une étape de traitement sol-gel formant une couche sol-gel (20'); et une étape d'oxydation dure, postérieure à l'étape de traitement sol-gel, formant une couche d'oxyde dure (30). 10 2. Procédé selon, dans lequel l'étape d'oxydation dure est une oxydation anodique dure (OAD). 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, comprenant en outre une étape d'oxydation supplémentaire, préalable à l'étape de traitement 15 sol-gel, formant une couche d'oxyde supplémentaire (140). 4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel l'étape d'oxydation supplémentaire est une oxydation anodique sulfurique (OAS), tartro-sulfurique ou phosphorique. 20 5. Procédé selon la revendication 3 ou 4, dans lequel l'étape de traitement sol-gel a lieu sur la couche d'oxyde supplémentaire (140) sans étape préalable de colmatage de cette couche et dans lequel, lors de l'étape de traitement sol-gel, le sol-gel (120) 25 s'infiltre dans les porosités (141) de la couche d'oxyde supplémentaire (140). 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel au moins. une partie du sol-gel utilisé comprend du 30 glycidoxypropyltrimethoxysilane. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendicatiohs 1 à 6, comprenant en outre une étape d'usinage, réalisée entre l'étape de traitement sol-gel et l'étape d'oxydation dure, au cours de laquelle au 35 moins une zone à traiter (U) est usinée de manière à éliminer dans cette zone (U) au moins la couche sol-gel (20). 3014 910 12 8. Pièce mécanique comprenant un substrat en aluminium ou en alliage d'aluminium (10), et un revêtement anti-corrosion et anti-usure comprenant une couche sol-gel (20') et une couche d'oxyde d'aluminium (30). 9. Pièce mécanique selon la revendication 8, dans laquelle le revêtement anti-corrosion et anti-usure est obtenu par un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7. 10 10. Turbomachine comprenant une pièce mécanique (1) selon la revendication 8 ou 9. 11. Train d'atterrissage comprenant une pièce mécanique (1) selon la revendication 8 ou 9. 15