Brevet FR3042277A1 — publié le 20170414

MONTAGE POUR UN ESSAI DE TRACTION SUR UN REVETEMENT La présente invention concerne un ensemble pour tester la résistance à l'arrachement d'un revêtement fixé à un substrat, en surface, sur une éprouvette de test. Cet ensemble est particulièrement adapté aux tests d'éprouvettes issues d'aubes de soufflante. La présente invention concerne également un procédé de mise en oeuvre d'un tel ensemble permettant de déterminer la force d'arrachement correspondante. La norme ISO 4624 définit des caractéristiques permettant la mesure de la force requise pour arracher un revêtement d'un substrat, suite à l'application, dans une direction perpendiculaire à la surface à laquelle le film adhère, d'une force de traction suffisante pour provoquer l'arrachement. Le test selon la norme ISO 4624 impose l'usage d'éprouvettes de traction ayant des surfaces planes et normalisées. La géométrie de la surface imposée par la norme ISO 4624 ne correspond pas nécessairement à la géométrie finale des pièces. Dans certains cas, cela oblige même à ré-usiner les éprouvettes. La fabrication de telles éprouvettes est donc souvent coûteuse. Cela étant, certains essais doivent malgré tout être conduits sur des éprouvettes dont la surface à tester n'est, par exemple, pas plane. Tel peut être le cas quand il s'agit de contrôler la qualité du collage d'un film anti-érosion sur l'intrados ou l'extrados d'une aube de soufflante d'un réacteur d'avion. En effet, les aubes de soufflante présentent extérieurement des courbures variables, des épaisseurs variables, etc.... Ainsi, bien que le dispositif de test de la résistance à l'arrachement selon la norme ISO 4624 soit bien adapté à des éprouvettes réalisées spécifiquement ou de géométries simples, il ne convient en revanche pas 30 pour des éprouvettes de formes plus complexes, telles que celles 3042277 2 présentant des faces à courbures variables, des épaisseurs variables, et/ou des surfaces opposées non parallèles. Partant de cette constatation, l'invention apporte une solution simple, efficace et économique, permettant d'effectuer, en respectant la norme, 5 une caractérisation de la fixation d'un revêtement avec un substrat, sur des éprouvettes pourvues chacune d'une face revêtue qui peut être non plane. A cet effet, elle propose un ensemble adapté donc à tester la résistance à l'arrachement d'un revêtement fixé à un substrat, sur une éprouvette de test, cet ensemble comportant : 10 - un bâti support, - l'éprouvette de test, - une structure de liaison fixée : -- d'un côté à une face du revêtement et qui épouse ladite face du revêtement, 15 -- et, à l'opposé, à un moyen de traction pour tirer sur le revêtement selon une direction de biais par rapport à ladite face de fixation du revêtement, - un moyen de maintien fixé au bâti support et présentant une surface d'appui perpendiculaire à la direction de traction, 20 - et au moins une cale présentant : -- une première surface plane, parallèle à la surface d'appui, et -- une seconde surface opposée à la première surface et épousant la forme de ladite face de fixation (que l'on confond avec celle de revêtement du substrat) pour, alors que la traction opère, plaquer ladite 25 première surface contre la surface d'appui du moyen de maintien. La possibilité offerte par l'invention d'adapter les surfaces de la/des cale(s) et de la structure de liaison à la surface du revêtement permet d'obtenir un dispositif de test convenant à des surfaces ayant des courbures variables, des épaisseurs variables et des faces non parallèles, 30 sans devoir modifier la géométrie de l'éprouvette. 3042277 3 Il est conseillé que, dans l'ensemble précité, le moyen de maintien soit disposé autour de la structure de liaison et du moyen de traction. Une telle disposition favorisera en effet une répartition équilibrée de la force d'appui qui se forme en réaction à la force de traction. Cela 5 permettra d'éviter la création d'efforts parasites pouvant perturber l'essai. Comme on l'a compris, le substrat est la structure rigide à laquelle le revêtement est fixé, tel un film fixé par adhésion. Au moins dans le cas d'un film, celui-ci sera suffisamment peu épais et flexible pour ne pas modifier la forme de la surface à laquelle il adhère. L'adhésion se fera typiquement par 10 collage. Selon encore une autre caractéristique le moyen de maintien et la structure de liaison présenteront favorablement, entre eux, un premier écart supérieur à un second écart établi entre la structure de liaison et la/les cales, selon une direction transverse à la direction de traction. 15 Ceci permettra d'assurer un guidage de la structure de liaison lors de l'installation de celle-ci sur le film, tout en évitant une interaction avec le moyen de maintien lors de la phase de traction. Dans une réalisation particulière, la/les cales et le moyen de maintien seront monoblocs. 20 Ceci peut faciliter la mise en oeuvre de l'ensemble concerné en s'affranchissant d'éventuels problèmes liés au déplacement relatif de la/des cales par rapport au moyen de maintien, lors de la phase de traction. Cela permet également de simplifier la mise en place des différents éléments du dispositif notamment lorsque la préforme est dirigée vers le 25 bas (figure 9 ci-après). L'invention est donc particulièrement adaptée à des éprouvettes issues de pièces présentant une surface externe non plane et vis-à-vis de laquelle la tenue d'un revêtement adapté est à tester. Tel est le cas dans le domaine aéronautique, où certains 30 équipements possèdent des substrats à surfaces externes de formes 3042277 4 complexes (en volume) qui sont revêtues de films de protection comme, par exemple, les aubes de soufflante. En particulier dans ce domaine, pourront donc être testées des adhérences de films ou revêtements anti-érosion, tel des films en 5 polyuréthane de quelques dixièmes à quelques mm d'épaisseur. En effet, les films en cause sont soumis à des conditions critiques connues pour entraîner des phénomènes d'érosion, comme par exemple le contact des aubes avec les masses d'air qui, pouvant contenir divers déchets (pierres..), les érodent en les léchant. 10 De tests de tenue en arrachement des films sont donc nécessaires, pour prévenir des conditions de fonctionnement qui amèneraient à exposer la surface externe d'un substrat initialement protégée. Et ceci sera d'autant plus utile si le substrat est en matériau composite, matériau très fréquemment utilisé dans le domaine 15 aéronautique. Un avantage supplémentaire de ce dispositif est de permettre de caractériser l'arrachement du revêtement sur différentes zones de l'éprouvette pouvant avoir des caractéristiques différentes, lesdites différentes zones de l'éprouvette correspondent à des parties 20 caractéristiques d'une aube de turbomachine. En référence à la même problématique que celle énoncée ci-avant, la présente invention a également pour objet un procédé de caractérisation d'une force d'arrachement d'un revêtement vis à vis d'un substrat. Dans ce procédé : 25 a) on fournit : - un bâti support, et - une éprouvette de test comportant ledit substrat dont une face est fixée avec ledit revêtement, b) on maintient l'éprouvette vis-à-vis du bâti support par l'intermédiaire d'au moins une cale en appui avec le substrat et dont une première 3042277 5 surface plane est adaptée à venir en appui contre une surface d'appui d'un moyen de maintien fixé au bâti support, c) par l'intermédiaire d'une structure de liaison fixée au revêtement, suivant une surface non parallèle à ladite première surface plane, on 5 tire sur le revêtement avec une force (Fm) d'arrachement, selon une première direction : - de biais par rapport à l'orientation de la surface de fixation entre la structure de liaison et le revêtement, - et sensiblement perpendiculaire à ladite première surface plane 10 alors en appui contre ladite surface d'appui du moyen de maintien, d) on mesure la force d'arrachement (Fm). D'autres détails, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront si nécessaire plus clairement à la lecture de la description qui suit, faite à titre d'exemple non limitatif et en référence aux 15 dessins annexés, dans lesquels : - les figures 1 et 9 sont des schémas en coupe verticale d'un ensemble prévu pour tester la résistance à l'arrachement d'un film adhérant à un substrat, sur une éprouvette de test, selon l'invention, avec des situations de traction respectivement vers le haut et le bas ; 20 - la figure 2 est une vue à plus grande échelle de la zone I de la figure 1; - la figure 3 montre une structure de liaison; - la figure 4 est une vue à plus grande échelle de la zone II de la figure 1; - la figure 5 est une variante de la coupe de la figure 1 ; - la figure 6 est une vue en plongée d'une éprouvette issue d'une aube ; 25 - la figure 7 est une vue latérale de l'ensemble en cours de montage ; - la figure 8 est une vue par dessous d'un positionneur de cale. Bien que d'autres revêtements qu'un film fixé par adhésion puissent être testés, on se réfère ci-après à un cas, comme sur la figure 1, où un dispositif 1 est proposé pour tester la résistance à l'arrachement d'un film 2, 30 de quelques dixièmes à quelques mm d'épaisseur, adhérant à un substrat 3042277 6 4, en surface, sur une éprouvette 6 de test, selon un mode de réalisation préféré. Par ailleurs, les liaisons considérées ici entre le substrat 4 et son revêtement 2 et ce revêtement et au moins la structure de liaison 20 par 5 l'intermédiaire de laquelle va s'effectuer la traction du test d'arrachement sont des collages. Sur les figures, les épaisseurs des différentes couches (notamment des couches de colle) ne sont pas à l'échelle. Dans la solution de la figure 1, le dispositif 1 comporte un bâti 10 support 8 présentant une première face 10 d'appui plane. Le bâti support 8 peut être une table, qui peut être fixée au sol, et est dimensionné de façon à résister à la traction attendue. La table présente ici un plateau supérieur horizontal. Disposé dans le dispositif 1, le substrat 4 présente une face 12 15 plane, ici en appui contre la face 10 du bâti, parallèlement à elle. A l'opposé, le substrat 4 présente une face 14 non parallèle à la face 12. A cette face 14, adhère, en épousant la forme, le film 2. L'adhésion du film 2 à la surface 14 du substrat se fait ici au moyen d'une couche 202 20 uniforme de colle. Une seconde couche 204 uniforme de colle fixe de la même manière à la seconde face 18 du film la structure de liaison 20 (face 22), comme illustré en figure 2 qui détaille la zone I de la figure 1, en montrant les différentes couches depuis le substrat jusqu'à la structure de liaison. 25 La fixation 204 sera suffisamment résistante pour que le résultat de l'essai d'arrachement ne corresponde pas ici à un faciès de rupture cohésif dans la colle. Les faciès de rupture sont décrits dans la norme ISO 103651992. La colle choisie ne devra produire aucun changement visible dans la couche soumise à l'essai. Par exemple, la colle EA 9394 peut être utilisée 30 après une polymérisation pendant 3à 5 jours à 25°C. 3042277 7 Pour mieux voir l'éprouvette 6 revêtue, on peut se reporter à la figure 6 qui la montre comme une partie d'une aube de soufflante en un matériau composite 60 recouvert du film 2. On voit bien, la forme non plane, ici concave, que peut avoir la face extérieure 18 de l'aube revêtue. 5 La structure de liaison 20 peut présenter une forme cylindrique et être en aluminium, comme illustré figure 3. Et c'est donc par sa surface usinée 22 qu'elle épouse la face 18 du revêtement. Pour l'essai d'arrachement, un filetage 24 assure la liaison entre la structure de liaison 20 et un moyen 28 de traction. Ce moyen de traction 28 10 va permettre de tirer avec une force Fm sur le film selon une direction 100. Un moyen de maintien 30 fixé de manière amovible au bâti support 8 par des moyens de fixation 36 permet de retenir l'éprouvette par l'intermédiaire d'au moins une cale 32 quand la force de traction Fm s'exerce. 15 La figure 7 montre notamment la cale 32 engagée, via un passage 300, autour de la structure de liaison 20. La face 18 du revêtement est en contact avec une surface 70 de la cale qui vient l'épouser. A l'opposé de la surface 70 parallèlement à l'axe 100, la cale 32 présente une surface plane 72. 20 Pour, lorsque la traction va s'opérer, assurer que celle-ci s'opère suivant la direction 100, le moyen de maintien 30 présente une paroi transversale 340 pourvue d'une surface 34 d'appui plane parallèle à la surface 72. Lors de la traction, la surface 72 va être plaquée contre la surface 34 25 du moyen de maintien 30. De préférence, le film recouvrira l'intégralité du substrat. Toutefois, il est possible que ce revêtement ne soit pas présent face à la cale. La cale 32 ne sera de toutes façons de préférence pas fixée au revêtement 2, mais juste en appui contre. 30 La figure 4, qui détaille la zone II de la figure 1, montre d'ailleurs les différentes faces en contact, depuis le substrat jusqu'au cale. 3042277 8 La cale 32 va donc permettre de rétablir la planéité de l'éprouvette comme requis par la norme ISO 4624 et de rendre parallèles entre elles les surfaces 34 et 72. Par sa surface d'appui 34, le moyen de maintien 30 prendra ainsi appui sur le dessus de la cale 32, laquelle sera alors 5 disposée autour de la structure de liaison 20 de manière à répartir la force de traction autour de celle-ci. Dans une réalisation, la cale pourrait être sectorisée, en plusieurs pièces. Figure 1, la cale 32 et le moyen de maintien 30 forment deux pièces distinctes. 10 Figure 5, la cale 32 et le moyen de maintien forment une seule pièce. Ceci pourrait faciliter la mise en oeuvre de l'ensemble en s'affranchissant d'éventuels problèmes liés au déplacement relatif de la cale par rapport au moyen de maintien, lors de la phase de traction. Dans l'exemple retenu, le moyen de maintien est une cloche 33 qui 15 est donc fixée solidement au bâti support 8 par les moyens de fixation 36, tels que des vis. Ici, les surfaces 12 et 72 sont parallèles, ce qui favorise un serrage suivant l'axe 100 de l'éprouvette 6 et de la cale dans cette cloche, entre elle et le bâti 8. 20 Pour permettre la traction par le moyen de traction 28, la paroi transversale 340 du moyen de maintien 30 est traversée par la structure de liaison 20, en 300, suivant l'axe 100 (voir repère figure 5). Comme représenté figure 1, le moyen de maintien 30 et la structure de liaison 20 présenteront favorablement entre eux, à l'endroit dudit 25 passage, un premier écart el, supérieur à un second écart e2 établi entre la structure 20 et la cale 32, selon une direction transverse à la direction 100 de traction. Les surfaces 70 de la cale et 22 de la pièce 20 étant orientées parallèlement à celles 14 et 18 de l'éprouvette et les surfaces 34 et 72 30 globalement de biais par rapport à elles, il va être possible de tirer sans 3042277 9 inconvénient pour la qualité du test, selon l'axe 100, perpendiculairement auxdites surfaces 34 et 72. A ce sujet, la figure 3 montre l'angle a non nul qui existe entre la surface 18 du film 2 (qui peut typiquement présenter une double concavité 5 comme schématisé figure 6) et le plan 106 perpendiculaire à la direction de traction 100, donc parallèle aux plans des surfaces 34 et 72. Cet angle a est donc formé localement entre la direction 100 de ladite force Fm et la direction 110 perpendiculaire à la face 18 du film passant par le point 40 de contact entre cette face 18 et la structure de 10 liaison 20, là où se croisent les axes 100 et 110. Ce point de contact 40 correspondra typiquement au centre de la face 22 du moyen de liaison 20, là où la traction selon l'axe 100 s'opère. La valeur de cet angle a est utilisée au moins pour l'usinage préalable de la surface de contact 22 du moyen de liaison 20, de manière 15 qu'elle épouse la face complémentaire 18, aux endroits correspondants. Pour mesurer cet angle a et plus généralement disposer de l'orientation dans l'espace de la face 18 de l'éprouvette, on aura pu utiliser un dispositif 112, tel qu'un inclinomètre ou un palpeur, de repérage dans l'espace des faces pour lesquelles cette donnée est nécessaire. 20 Par exemple s'il s'agit d'un palpeur, celui-ci aura été placé au contact de la face 18 du film 2, notamment au point 40 afin de déterminer l'angle a, puis aura été déplacé autour du point 40, dans son environnement. L'usinage de la surface 70 de la cale aura pu être réalisé sur les mêmes bases, de façon que les surfaces 70 et 18 (ou 14) s'épousent aussi 25 mutuellement. Une fois réalisées ces mises en forme, le positionnement de la structure de liaison 20 pourra être conduit en utilisant un positionneur 76, tel celui de la figure 8. Ce positionneur comporte un évidement interne 80 adapté à accueillir l'éprouvette 6 et un orifice 302 permettant le passage de 30 la structure de liaison 20. Une rainure 82 dans le positionneur au niveau de l'orifice 302 permet d'accueillir un détrompeur amovible 84 fixé à la 3042277 10 structure de liaison 20 afin de placer correctement la surface de cette structure sur la surface de l'éprouvette. Typiquement, le détrompeur 84 pourra être une vis insérée dans un taraudage 86 de la structure de liaison 20, comme montré figure 3. 5 Ainsi, le positionneur permettra de centrer la structure de liaison 20 sur l'éprouvette 6 pendant leur fixation ensemble et d'assurer une épaisseur de colle constante, s'il y a collage comme préféré. Une fois cette fixation terminée, il est conseillé d'effectuer sur l'éprouvette, à travers le revêtement et jusqu'au substrat 4, un détourage, 10 ou une découpe, 200, autour de la structure de liaison 20, comme représenté figure 1. Ceci permettra d'éviter que la force de traction Fm se propage dans la colle entre la structure de liaison 20 et la face 18, dans le film 2 ou encore dans l'épaisseur de colle 202. Tout ceci réalisé, on pourra alors conduire le test. D'abord, on 15 bloquera le moyen de maintien 30 vis-à-vis du bâti support 8, avec donc l'éprouvette 6, la cale 32 et la structure de liaison 20 à l'intérieur. Puis, une fois cette structure de liaison 20 fixée par ailleurs au moyen de traction 28, on viendra donc tirer selon la direction 100 sur le film 2, avec ladite force Fm, jusqu'à l'arrachement du film. 20 Un moyen de mesure 102, tel un dynamomètre, relié au moyen de traction 28, permet de mesurer et d'enregistrer la valeur de cette force d'arrachement (Fm) selon l'axe 100. Un calculateur 114, contenant un logiciel programmé, est relié au dispositif de mesure 102 et au dispositif de repérage 112. Un afficheur 116 25 affichera les résultats. Le mode de réalisation préféré décrit ci-dessus en relation avec la figure 1 est adapté à des tractions vers le haut. Pour des tractions vers le bas, toujours selon la direction 100 mais bénéficiant de la gravité, il est possible de renverser le dispositif 1 ce qui 30 implique que le dispositif soit basculé de 180° autour d'un axe horizontal. 3042277 11 Ce mode de réalisation est représenté en figure 9. Il n'implique encore moins que les faces 10 et 12 soient en contact pendant le test, car l'action de la force de gravité plaquera naturellement les surfaces 72 et 34 l'une contre l'autre. Le bâti support 8 peut alors être un plafond ou par 5 exemple un système de poutres fixées à des murs et sous lesquelles est suspendu le dispositif 1 dans la position illustrée. REVENDICATIONS1. Ensemble (1) pour tester la résistance à l'arrachement d'un revêtement (2) fixé à un substrat (4), sur une éprouvette (6) de test, caractérisé en ce que l'ensemble comporte : - un bâti support (8), - l'éprouvette de test (6), - une structure de liaison (20) fixée : -- d'un côté à une face (18) du revêtement (2) et qui épouse ladite face du revêtement, -- et, à l'opposé, à un moyen de traction (28) pour tirer sur le revêtement (2) selon une direction (100) de biais par rapport à ladite face (18) de fixation du revêtement, - un moyen de maintien (30) fixé au bâti support (8) et présentant une surface d'appui (34) perpendiculaire à la direction de traction (100), - et au moins une cale (32) présentant : -- une première surface (72) plane, parallèle à la surface d'appui (34), et -- une seconde surface (70) opposée à la première surface (72) et épousant la forme de ladite face (18) de fixation pour, alors que la traction opère, plaquer ladite première surface (72) contre la surface d'appui (34) du moyen de maintien (30). 2. Ensemble selon la revendication 1 caractérisé en ce que le moyen de maintien (30) est disposé autour de la structure de liaison (20) et du moyen de traction (28). 3. Ensemble selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que le moyen de maintien (30) et la structure de liaison (20) présentent entre eux un premier écart (el ), supérieur à un second écart (e2) établi entre la structure de liaison (20) et la cale (32), selon une direction transverse à la direction de traction (100). 3042277 13 4. Ensemble selon les revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le substrat (4) de l'éprouvette (6) est en un matériau composite apte à être utilisé pour une aube de turbomachine. 5. Ensemble selon la revendication 4, caractérisé en ce que 5 l'éprouvette (6) est une partie d'une aube de turbomachine présentant une face extérieure revêtue dudit film (2). 6. Ensemble selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit revêtement (2) est un film anti-érosion. 7. Ensemble selon l'une des revendications précédentes, caractérisé 10 en ce que la cale (32) et le moyen de maintien (20) sont monoblocs.