Brevet FR3032725A1 — publié le 20160819

Arrière-plan de l'invention L'invention concerne un procédé de dépôt d'un revêtement de protection contre l'érosion sur une pièce métallique. Un turboréacteur aspire en fonctionnement un grand volume d'air lequel est chargé de différents types de particules en fonction de son environnement, ces particules pouvant être liquides ou solides. Les particules solides ayant pénétré dans le moteur peuvent entrer en collision avec des pièces du moteur et conduire à un endommagement de celles-ci. Ce problème se pose tout particulièrement pour les aubes de compresseur haute pression dans lequel les particules solides sont animées d'une vitesse relativement élevée donnant ainsi lieu à une érosion significative de ces aubes en fonctionnement. On a représenté à la figure 1 un étage de compresseur haute pression. Le bord d'attaque 1 des aubes de compresseur haute pression va subir un nombre élevé de chocs et plus celui-ci va s'éroder, plus le bord de fuite 2 va entrer en collision avec les particules. Cela va conduire à un enlèvement de matière sur ces bords ainsi qu'à des impacts et des rayures sur l'aube. L'enlèvement de matière par usure érosive est du à deux mécanismes. Le premier est un effet de coupe qui se produit lorsque les particules érosives ont une morphologie agressive, et le deuxième est un effet de déformation qui se produit lorsque les particules ont une forme plus arrondie. Plusieurs paramètres influencent l'usure érosive comme la taille, le nombre, la morphologie et la vitesse des particules. En outre, l'angle d'incidence des particules peut avoir un impact, un faible angle d'incidence favorisant l'effet de coupe alors qu'une incidence normale favorise l'effet de déformation. L'intensité des endommagements dépend en outre des propriétés mécaniques du matériau constituant l'aube : l'érosion étant maximale pour de faibles angles d'incidence dans le cas des matériaux à caractère ductile (matériau déformable) et l'érosion étant significative sous incidence normale pour des matériaux fragiles. La figure 2 représente une aube érodée et compare notamment la forme du profil initial Pi à la forme du profil Pe obtenu après érosion, 3 0 3 2 72 5 2 faisant ainsi apparaître la zone Z dans laquelle l'enlèvement de matière a eu lieu. Suite aux collisions en service, les aubes peuvent en outre présenter des zones amincies ainsi qu'une augmentation de la rugosité de surface. 5 Il résulte des collisions en service une perte de performance du moteur, une augmentation de la consommation de carburant ainsi qu'une diminution de la durée de vie des aubes et des autres pièces du moteur. Afin de conférer aux pièces de moteurs aéronautiques une meilleure protection contre l'érosion, il est connu de déposer des 10 revêtements protecteurs par voie gazeuse. A ce titre, des procédés de dépôt chimique en phase vapeur (« Chemical Vapor Deposition » ; « CVD ») ou de dépôt physique en phase vapeur (« Physical Vapor Deposition » ; « PVD ») peuvent être mis en oeuvre. Toutefois, de tels procédés présentent certains inconvénients dans la mesure où leur mise 15 en oeuvre peut s'avérer relativement couteuse et la taille des enceintes CVD ou PVD peut être relativement réduite, limitant ainsi la taille des pièces pouvant être revêtues par ces procédés. Il existe donc un besoin pour disposer d'un procédé de dépôt 20 d'un revêtement de protection contre l'érosion sur une pièce métallique présentant un coût relativement réduit de mise en oeuvre. Il existe encore un besoin pour disposer d'un procédé de dépôt d'un revêtement de protection contre l'érosion sur une pièce métallique permettant de traiter facilement des pièces de grandes dimensions. 25 Objet et résumé de l'invention A cet effet, l'invention propose, selon un premier aspect, un procédé de dépôt d'un revêtement de protection contre l'érosion sur une pièce métallique, le procédé comportant au moins les étapes suivantes : 30 a) dépôt par voie humide d'une couche métallique tendre présentant une dureté Vickers inférieure ou égale à 600 HV sur une pièce métallique, et b) dépôt par voie humide d'une couche métallique dure présentant une dureté Vickers supérieure ou égale à 800 HV 35 sur la couche tendre afin d'obtenir le revêtement de protection contre l'érosion. 3 0 3 2 72 5 3 Dans un procédé de dépôt par voie humide, il y a trempage de la pièce à traiter dans un bain contenant au moins un élément destiné à être déposé sur ladite pièce. La réalisation d'un dépôt par voie humide peut requérir, dans le cas d'un traitement électrolytique, le passage d'un 5 courant électrique afin de réaliser le dépôt suite à une réaction d'oxydoréduction. En variante, le dépôt par voie humide peut, dans le cas d'un dépôt chimique, être effectué suite à une réaction chimique ne nécessitant pas un apport d'énergie électrique, cette réaction chimique ayant lieu entre la pièce métallique traitée et un réactif présent dans le 10 bain dans lequel elle est immergée. L'invention permet avantageusement du fait de la mise en oeuvre de techniques de dépôt par voie humide de disposer de procédés de dépôt d'un revêtement de protection contre l'érosion présentant un faible coût de mise en oeuvre en comparaison avec les procédés de dépôt 15 par voie gazeuse. L'invention permet, en outre, de déposer facilement un tel revêtement sur des pièces de grandes dimensions. La couche dure (i.e. de dureté Vickers supérieure ou égale à 800 HV) permet avantageusement de conférer à la pièce revêtue une protection satisfaisante contre l'érosion. La couche tendre (i.e. de dureté 20 Vickers inférieure ou égale à 600 HV) permet quant à elle d'amortir les chocs subis par la couche dure lors du fonctionnement ainsi que de retarder l'écaillage de la couche dure. La dureté de la couche tendre peut, par exemple, être inférieure ou égale à 500 HV. La dureté de la couche dure peut, par 25 exemple, être supérieure ou égale à 900 HV, voire à 1000 HV. La couche tendre peut, par exemple, être une couche de nickel, de cuivre ou de zinc. De préférence, la couche tendre est une couche de nickel. La couche dure peut, par exemple, être une couche de chrome 30 ou de NiP. De préférence, la couche dure est une couche de chrome. De manière particulièrement préférée, la couche tendre est une couche de nickel et la couche dure est une couche de chrome. Sauf mention contraire, lorsqu'il est fait état qu'une couche est une couche d'un composé X, il faut comprendre que la teneur massique 35 en composé X dans ladite couche est supérieure ou égale à 90%, voire sensiblement égale à 100%. Par exemple, une couche tendre de nickel 3032725 4 présente une teneur massique en nickel supérieure ou égale à 90%, voire sensiblement égale à 100%. La couche tendre peut être déposée par voie électrolytique ou par voie chimique, de préférence la couche tendre est déposée par voie 5 électrolytique. Comme mentionné plus haut, le dépôt par voie chimique constitue un mode de dépôt dans lequel la couche de revêtement est déposée suite à une réaction chimique sans qu'il soit nécessaire d'appliquer un courant électrique comme dans le cas du dépôt électrolytique. 10 La couche dure peut être déposée par voie électrolytique ou par voie chimique, de préférence la couche dure est déposée par voie électrolytique. Lorsque la couche dure est une couche de chrome, le bain dans lequel la pièce à traiter est immergée pour réaliser le dépôt de la couche dure peut comporter du chrome au degré d'oxydation +III ou du 15 chrome au degré d'oxydation +VI, de préférence le bain utilisé comporte du chrome au degré d'oxydation +III. De manière particulièrement préférée, la couche tendre est déposée par voie électrolytique et la couche dure est déposée par voie électrolytique. 20 La couche dure peut, de préférence, comporter un additif de durcissement. L'ajout d'un tel additif permet avantageusement d'augmenter encore la dureté de la couche dure et donc d'améliorer encore la protection contre l'érosion conférée par le revêtement. 25 L'additif de durcissement peut, par exemple, être du carbone. Le carbone peut être ajouté à la couche dure une fois celle-ci formée en effectuant après l'étape b) un traitement de carburation. En variante, on peut obtenir lors de l'étape b) directement une couche dure comportant du carbone, par exemple en ajoutant un précurseur de carbone au bain 30 électrolytique tel que l'acide formique. Dans un exemple de réalisation, la couche dure peut être en contact avec la couche tendre. Dans un exemple de réalisation, chacune des étapes a) et b) peut être effectuée une seule fois afin d'obtenir le revêtement de 35 protection contre l'érosion. Dans ce cas, on obtient un revêtement de 3032725 5 protection contre l'érosion comportant uniquement deux couches : la couche tendre et la couche dure située sur la couche tendre. En variante, on peut tout d'abord effectuer une première fois l'étape a) puis l'étape b) et effectuer ensuite au moins une deuxième fois 5 l'étape a) puis l'étape b) afin d'obtenir le revêtement de protection contre l'érosion. Dans ce cas, on obtient un revêtement de protection contre l'érosion comportant une pluralité de couches tendres et une pluralité de couches dures. Dans un exemple de réalisation, l'épaisseur de la couche tendre 10 peut être comprise entre 5 pm et 60 pm et/ou l'épaisseur de la couche dure peut être comprise entre 5 dam et 200 dam. Sauf mention contraire, l'épaisseur d'une couche correspond à sa plus petite dimension. Plus particulièrement, dans le cas où le revêtement de 15 protection contre l'érosion comporte uniquement une couche tendre et une couche dure, l'épaisseur de ladite couche tendre peut être comprise entre 40 pm et 60 pm et/ou l'épaisseur de ladite couche dure peut être comprise entre 150 pm et 200 pm. Dans le cas en revanche où le revêtement de protection contre l'érosion comporte une pluralité de 20 couches tendres et une pluralité de couches dures, l'épaisseur de chacune des couches tendres peut être comprise entre 5 pm et 50 pm et/ou l'épaisseur de chacune des couches dures peut être comprise entre 5 pm et 200 pm. Dans un exemple de réalisation, la pièce peut être formée d'un 25 alliage de titane. En variante, la pièce métallique peut être formée d'un alliage d'aluminium ou de nickel ou encore être en acier. Dans un exemple de réalisation, on peut effectuer avant l'étape a) un traitement d'élimination de tout ou partie d'une couche d'oxyde présente en surface de la pièce métallique. 30 La réalisation d'un tel traitement est avantageuse afin d'améliorer encore l'adhésion de la couche tendre à la pièce sous-jacente. Il est possible de réaliser après l'étape b) un traitement thermique de dégazage. Ce traitement de dégazage permet avantageusement d'éliminer le dihydrogène qui peut être présent dans le 35 revêtement déposé afin d'améliorer la résistance mécanique dudit revêtement. 3 0 3 2 72 5 6 Dans un exemple de réalisation, la pièce peut être une aube de turbomachine. Brève description des dessins 5 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description suivante en référence aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 représente un étage de compresseur haute pression, - la figure 2 compare la forme d'une aube de turbomachine 10 avant et après érosion, - les figures 3 et 5 représentent des ordinogrammes d'exemples de procédés selon l'invention, - les figures 4 et 6 représentent des exemples de revêtements de protection contre l'érosion obtenus par mise en oeuvre de procédés 15 selon l'invention, et - la figure 7 représente un dispositif permettant de déposer par voie électrolytique une couche métallique sur une pièce. Description détaillée de modes de réalisation 20 On a représenté à la figure 3 un exemple de procédé selon l'invention. Dans cet exemple, un traitement d'élimination d'une couche d'oxyde présente en surface de la pièce métallique peut tout d'abord être effectué (étape 10 optionnelle). Ce traitement de surface peut, par exemple, être réalisé mécaniquement, par exemple par sablage, ou 25 chimiquement de manière connue en soi. Une couche métallique tendre est ensuite déposée par voie humide sur la pièce métallique au contact de celle-ci (étape 20). La couche métallique tendre est avantageusement déposée par voie électrolytique. Dans ce cas, on peut appliquer durant le traitement électrolytique pour déposer la couche tendre une densité de 30 courant comprise entre 5 A/dm2 et 20 A/dm2 et imposer durant ce traitement une température comprise entre 40°C et 60°C et un pH compris entre 3,5 et 4,5. Une fois la couche métallique tendre déposée, il est ensuite déposé par voie humide une couche métallique dure sur la couche tendre 35 au contact de celle-ci (étape 30). La couche métallique dure est avantageusement déposée par voie électrolytique. Dans ce cas, on peut 3032725 7 appliquer durant le traitement électrolytique pour déposer la couche dure une densité de courant comprise entre 30 A/dm2 et 50A/dm2 et imposer durant ce traitement une température comprise entre 40°C et 60°C, par exemple de 55°C. 5 On peut ensuite réaliser une étape supplémentaire de traitement thermique de dégazage et/ou de durcissement (étape 40 optionnelle). On a représenté à la figure 4 le revêtement R1 de protection contre l'érosion obtenu par mise en oeuvre d'un tel procédé. Comme 10 illustré, la couche tendre 21 est présente au contact de la pièce métallique 50 et la couche dure 31 au contact de la couche tendre 21. Avantageusement, la couche tendre 21 est une couche de nickel et la couche dure 31 une couche de chrome. On obtient ainsi un revêtement R1 de protection bi-couche. 15 On a représenté à la figure 5 une variante de procédé selon l'invention dans lequel le fait d'effectuer l'étape a) puis l'étape b) est répété au moins une fois (n étant un entier supérieur ou égal à 2). Ainsi, on dépose au contact de la pièce métallique une première couche tendre puis on dépose une première couche dure au contact de la première 20 couche tendre. On dépose ensuite au contact de la première couche dure une deuxième couche tendre puis on dépose au contact de la deuxième couche tendre une deuxième couche dure. On peut ensuite continuer ou non les dépôts de couches tendre et dure. Avantageusement, chacune des couches tendres et dures sont déposées par voie électrolytique. 25 Avantageusement, tout ou partie des couches tendres déposées sont des couches de nickel et/ou tout ou partie des couches dures déposées sont des couches de chrome. Par exemple, l'intégralité des couches tendres déposées sont des couches de nickel et l'intégralité des couches dures déposées sont des couches de chrome. 30 On a représenté à la figure 6 le revêtement R2 de protection contre l'érosion pouvant être obtenu par mise en oeuvre de ce type de procédé. Comme illustré, une première couche tendre 211 est présente au contact de la pièce métallique 50 et une première couche dure 311 est déposée sur la première couche tendre 211. Une deuxième couche tendre 35 212 est ensuite déposée sur la première couche dure 311 et une deuxième couche dure 312 est ensuite déposée sur la deuxième couche tendre 212. 3032725 8 Le procédé peut ensuite continuer en effectuant encore au moins une fois une étape a) puis une étape b). Dans cet exemple de réalisation, la dernière couche déposée par voie humide est une couche dure 31n. On a représenté à la figure 7 un schéma d'un dispositif 100 5 permettant de déposer par voie électrolytique une couche métallique sur la pièce métallique 50. Un courant électrique est appliqué par le biais d'un circuit électrique C entre l'anode 60 et la pièce 50 constituant la cathode afin de déposer la couche métallique sur la pièce 50 suite à une réaction de réduction des cations métalliques 52 en solution dans le bain 10 électrolytique 51. Exemple On dépose tout d'abord sur une pièce constituée d'un alliage de titane TA6V une couche tendre de nickel par voie électrolytique à partir 15 d'un bain électrolytique de sulfamate de nickel présentant une concentration en sulfamate de nickel de 500 mL/L. Durant ce traitement électrolytique une densité de courant comprise entre 5 A/dm2 et 20 A/dm2, une température comprise entre 40°C et 60°C et un pH compris entre 3,5 et 4,5 ont été imposés. 20 Une couche dure de chrome a ensuite été déposée sur la couche de nickel précédemment obtenue par voie électrolytique à partir d'un bain électrolytique de chrome hexavalent (Cr03) présentant une concentration en Cr03 comprise entre 200 g/L et 250 g/L et en imposant, durant le traitement électrolytique, une densité de courant comprise entre 25 30 A/dm2 et 50A/dm2 et une température de 55°C. L'expression « compris(e) entre ... et ... » ou « allant de ... à » doit se comprendre comme incluant les bornes. REVENDICATIONS1. Procédé de dépôt d'un revêtement (R1 ; R2) de protection contre l'érosion sur une pièce métallique (50), le procédé comportant au moins les étapes suivantes : a) dépôt par voie humide d'une couche métallique tendre (21 ; 211 ; ; 21n) présentant une dureté Vickers inférieure ou égale à 600 HV sur une pièce métallique (50), et b) dépôt par voie humide d'une couche métallique dure (31 ; 311 ; ; 31n) présentant une dureté Vickers supérieure ou égale à 800 HV sur la couche tendre (21 ; 211 ; ; 21n) afin d'obtenir le revêtement (R1 ; R2) de protection contre l'érosion. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la couche tendre (21 ; 211 ; ; 21n) est une couche de nickel, de cuivre ou de zinc. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, dans lequel la couche dure (31 ; 311 ; ; 31n) est une couche de chrome ou de NiP. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, dans lequel la couche tendre (21 ; 211 ; ; 21n) est une couche de nickel et la couche dure (31 ; 311 ; ; 31n) est une couche de chrome. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la couche dure comporte un additif de durcissement. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel la couche tendre est déposée par voie électrolytique. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel la couche dure est déposée par voie électrolytique. 3032725 10 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel l'épaisseur de la couche tendre est comprise entre 5 pm et 60 pm et/ou l'épaisseur de la couche dure est comprise entre 5 pm et 200 pm. 5 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel la couche dure est en contact avec la couche tendre. 10 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel on effectue avant l'étape a) un traitement d'élimination de tout ou partie d'une couche d'oxyde présente en surface de la pièce métallique. 15 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel chacune des étapes a) et b) est effectuée une seule fois afin d'obtenir le revêtement (R1) de protection contre l'érosion. 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, dans 20 lequel on effectue tout d'abord une première fois l'étape a) puis l'étape b) et dans lequel on effectue ensuite au moins une deuxième fois l'étape a) puis l'étape b) afin d'obtenir le revêtement (R2) de protection contre l'érosion. 25 13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, dans lequel la pièce (50) est formée d'un alliage de titane. 14. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, dans lequel la pièce est une aube de turbomachine. 30 35