Brevet FR3062203A1 — publié le 20180727

Arrière-plan de l'invention La présente invention se rapporte au domaine général de la mesure d'épaisseur des revêtements multicouches et elle concerne plus particulièrement un procédé permettant d'évaluer de manière non destructive les épaisseurs de tels revêtements sur des pièces neuves ou après fonctionnement. Classiquement les revêtements considérés (par exemple un revêtement de fond de léchette de tambour de compresseur dans une turbomachine aéronautique) sont constitués sur un substrat en titane d'une sous-couche ferromagnétique conductrice de l'électricité et d'une couche de bioxyde de titane non conductrice de l'électricité. De façon connue, la mesure de l'épaisseur de deux couches superposées de matériaux d'épaisseurs différentes est basée sur la mesure de courants de Foucault traversant ces matériaux. Cette solution présente toutefois l'inconvénient de nécessiter des étapes de développement et de validation complexes et de recourir à un couteux générateur à courants de Foucault multifréquence. Objet et résumé de l'invention La présente invention a donc pour but de pallier de tels inconvénients en permettant de réaliser cette mesure d'épaisseur au 25 moyen d'un simple générateur à courants de Foucault mono fréquence. A cet effet, il est prévu un procédé de réalisation d'un abaque pour la mesure simultanée de l'épaisseur de chacune des deux couches superposées d'un revêtement comprenant une première couche d'un matériau électriquement conducteur au contact d'un substrat métallique et 30 une seconde couche d'un matériau non conducteur recouvrant la première couche, le procédé consistant à : générer, au moyen d'une sonde électromagnétique mono-fréquence ayant une impédance d'une valeur initiale déterminée, des courants de Foucault dans une pluralité d'échantillons-témoins dont 35 l'épaisseur de chacune des deux couches superposées de revêtement est connue, 3062203 2 mesurer pour chaque échantillon-témoin une valeur modifiée de l'impédance de ladite sonde et disposer dans un plan d'impédance les coordonnées cartésiennes de chacun des points de mesure ainsi obtenus, - définir dans le plan d'impédance pour deux valeurs extrêmes 5 d'épaisseur de chacune desdites première et seconde couches, deux courbes d'iso-épaisseurs de la couche de matériau conducteur et deux courbes d'iso-épaisseurs de la couche de matériau non conducteur, et estimer à partir des quatre courbes d'iso-épaisseurs ainsi définies des courbes d'iso-épaisseurs de la couche de matériau 10 conducteur, respectivement de la couche de matériau non conducteur, afin de réaliser ledit abaque de mesure. Ainsi, les épaisseurs des différentes couches sont déterminées instantanément avec le seul recours à une sonde à courant de Foucault mono fréquence. 15 De préférence, la sonde électromagnétique mono-fréquence comporte une fréquence de mesure comprise entre 1 et 3 MHz. Avantageusement, ladite pluralité d'échantillons-témoins est au moins égale à quatre et comprend un premier échantillon-témoin ayant une épaisseur de première couche minimale et une épaisseur de seconde 20 couche minimale, un deuxième échantillon-témoin ayant une épaisseur de première couche maximale et une épaisseur de seconde couche minimale, un troisième échantillon-témoin ayant une épaisseur de première couche minimale et une épaisseur de seconde couche maximale et un quatrième échantillon-témoin ayant une épaisseur de première couche maximale et 25 une épaisseur de seconde couche maximale. De préférence, les courbes d'iso-épaisseurs estimées sont au moins au nombre de deux pour chacune des première et seconde couches. Avantageusement, la valeur modifiée de l'impédance de la 30 sonde électromagnétique mono-fréquence est mesurée à une position pour laquelle les épaisseurs de première et seconde couches sont connues pour permettre l'obtention d'un maximum d'amplitude. De préférence, ladite étape d'estimation des courbes d'isoépaisseurs est effectuée par interpolation ou extrapolation. 3062203 3 Avantageusement, ledit matériau électriquement conducteur est un alliage de Nickel-Aluminium, ledit matériau non conducteur est du bioxyde de titane et le substrat métallique est du titane. La présente invention concerne aussi un procédé de mesure 5 simultanée de l'épaisseur de chacune des deux couches superposées d'un revêtement comprenant une première couche d'un matériau électriquement conducteur au contact d'un substrat métallique et une seconde couche d'un matériau non conducteur recouvrant la première couche, le procédé consistant à : 10 - générer au moyen d'une sonde électromagnétique mono- fréquence ayant une impédance d'une valeur initiale déterminée, des courants de Foucault à la surface du revêtement, - mesurer une valeur modifiée de l'impédance de ladite sonde et disposer dans un plan d'impédance les coordonnées cartésiennes de la 15 mesure ainsi obtenue, - reporter les coordonnées cartésiennes dans un abaque obtenu selon le procédé de réalisation précité afin de visualiser à quelle intersection d'une courbe d'iso-épaisseur de la couche de matériau conducteur et d'une courbe d'iso-épaisseur de la couche de matériau non 20 conducteur cette mesure correspond, et - déterminer les valeurs d'épaisseur respectives des première et seconde couches. De préférence, ledit revêtement est un revêtement de pièce métallique de turbomachine aéronautique et plus particulièrement un 25 revêtement de léchette de tambour de compresseur. Brève description des dessins D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description détaillée faite ci-dessous, en référence aux 30 figures suivantes dépourvues de tout caractère limitatif et sur lesquelles : - Figure 1 montre une partie de tambour de compresseur de turbomachine aéronautique à laquelle s'applique l'invention, Figure 2 illustre un détail du revêtement au niveau d'une léchette du tambour de la figure 1, 35 Figure 3 montre les différentes étapes du procédé de réalisation d'un abaque selon l'invention, 3062203 4 Figure 4 illustre une cartographie des positions des échantillons-témoins dans le plan d'impédance, Figure 5 représente un abaque de mesure des épaisseurs de couches et sous-couches, et 5 Figure 6 montre les différentes étapes du procédé de mesure d'épaisseur selon l'invention. Description détaillée de l'invention La figure 1 illustre une partie 10 de tambour de compresseur de 10 turbine aéronautique à laquelle peut s'appliquer l'invention et comportant notamment trois léchettes 12 disposées après un cinquième étage 14 de ce compresseur. Plus particulièrement, il est fait référence au fond de léchette dont un détail à fort grossissement est illustré à la figure 2. Sur cette figure, on retrouve la structure du revêtement à considérer pour le 15 procédé de mesure de l'invention, à savoir un revêtement 20 constitué, sur un substrat métallique 200, par exemple en titane, d'une sous-couche ferromagnétique conductrice de l'électricité 202, par exemple en alliage de Nickel-Aluminium (NiAl) et d'une couche non conductrice de l'électricité 204, par exemple en bioxyde de titane (1102). 20 Conformément à l'invention, il est proposé de déterminer de façon simultanée, par une mesure de courants de Foucault à l'aide d'une sonde standard d'un diamètre adapté à la zone à mesurer et positionnée au droit de cette zone, l'épaisseur de la sous-couche 202 formée d'un matériau électriquement conducteur au contact du substrat métallique 200 et de la couche 204 formée d'un matériau non conducteur et recouvrant cette sous-couche. Pour ce faire, et comme l'illustre la figure 3, il est tout d'abord procédé à la réalisation d'un abaque à partir d'échantillons témoins ayant des épaisseurs de sous-couche et couche précisément caractérisées (par exemple au moyen d'un microscope optique) et de préférence comprises dans l'ordre de grandeur des épaisseurs à considérer dans la pièce réelle à mesurer. Dans l'exemple précité d'un revêtement de léchette de compresseur, il a été fabriqué dans une première étape 300, huit 35 échantillons-témoins A1, A2, Bi, B2, Cl, C2, Dl, D2 selon le tableau de répartition suivant : 3062203 5 Couche Sous-Couche 50 pm Sous-Couche 150 pm 25pm Al A2 45 pm B1 B2 90 JIM Cl C2 180 1.IM Dl D2 Ensuite, dans une étape 302, au moyen d'une sonde 5 électromagnétique mono-fréquence (par exemple la sonde crayon absolue de la société ANAFAB permettant une fréquence de mesure entre 1 et 3 MHz) ayant une impédance d'une valeur initiale déterminée, des courants de Foucault ont été générés dans chacun de ces échantillons-témoins dont l'épaisseur de chacune des deux couches superposées de 10 revêtement est donc parfaitement connue, la valeur d'impédance initiale ayant été choisie de telle sorte que l'ensemble des signaux résultant de cette mesure soient visibles dans le plan d'impédance. Dans une étape suivante 304, pour chaque échantillon-témoin une valeur modifiée de l'impédance de ladite sonde a été mesurée et les 15 coordonnées cartésiennes de chacun des points de mesure ainsi obtenus ont été disposées dans un plan d'impédance (voir la figure 4). De préférence, la valeur modifiée de l'impédance de la sonde électromagnétique mono-fréquence est mesurée à une position pour laquelle les épaisseurs de première et seconde couches sont connues pour 20 permettre l'obtention du maximum d'amplitude. Le tableau suivant montre les coordonnées cartésiennes des échantillons-témoins extrêmes en l'espèce Al, A2, D1, D2. Ces valeurs extrêmes sont de préférence obtenue avec une épaisseur de première couche minimale et une épaisseur de seconde couche minimale, une 25 épaisseur de première couche maximale et une épaisseur de seconde couche minimale, une épaisseur de première couche minimale et une épaisseur de seconde couche maximale et une épaisseur de première couche maximale et une épaisseur de seconde couche maximale. 30 3062203 6 Echantillon X Y Al 1,5 0,1 A2 2,4 2,4 Dl 0,3 -0,4 D2 0,8 0,8 Dans une nouvelle étape 306, il est défini dans le plan d'impédance pour deux valeurs extrêmes d'épaisseur de chacune desdites 5 première et seconde couches, deux courbes d'iso-épaisseurs de la couche de matériau conducteur (courbes 400 et 402 de la figure 4) et deux courbes d'iso-épaisseurs de la couche de matériau non conducteur (courbes 404 et 406 de la figure 4). On notera la position des autres échantillons-témoins qui valide ces courbes issues des quatre échantillons-10 témoins extrêmes. Enfin la dernière étape 308 permet, par interpolation ou extrapolation, d'estimer à partir des quatre courbes d'iso-épaisseurs ainsi définies des courbes d'iso-épaisseurs de la couche de matériau conducteur (s/c), respectivement de la couche de matériau non conducteur (c), afin 15 de réaliser l'abaque de mesure tel qu'illustré à la figure 5. Sur cette figure, on notera pour les différentes sous-couches, les courbes 1 et 5 issues des relevés effectués sur les échantillons-témoins, les courbes 2, 3 et 4 interpolées linéairement. On notera également pour les différentes couches, les courbes 6 et 9 issues des relevés effectués sur les 20 échantillons-témoins. Les courbes 7 et 8 sont interpolées linéairement. Ainsi, grâce à cet abaque (pouvant aussi comporter d'autres courbes extrapolées linéairement), il est aisé de visualiser les domaines d'épaisseur. Les mesures d'épaisseur sur pièces réelles peuvent dès lors être 25 réalisées très simplement selon le procédé illustré à la figure 6 et consistant à : générer au moyen d'une sonde électromagnétique mono-fréquence ayant une impédance d'une valeur initiale déterminée, des courants de Foucault à la surface du revêtement (étape 600), 3062203 7 - mesurer une valeur modifiée de l'impédance de la sonde et disposer dans un plan d'impédance les coordonnées cartésiennes de la mesure ainsi obtenue (étape 602), reporter les coordonnées cartésiennes dans l'abaque obtenu 5 précédemment afin de visualiser à quelle intersection d'une courbe d'iso- épaisseur de la couche de matériau conducteur et d'une courbe d'isoépaisseur de la couche de matériau non conducteur cette mesure correspond (étape 604), et - déterminer alors les valeurs d'épaisseur respectives des 10 première et seconde couches par simple lecture de l'abaque (étape 606). Ainsi, avec l'invention, les épaisseurs des différentes couches sont déterminées instantanément avec le seul recours à une sonde à courant de Foucault mono fréquence 210 reliée à une unité de commande 220 apte à délivrer une visualisation immédiate du plan d'impédance 230 15 permettant par simple lecture la détermination des épaisseurs respectives des couches de matériau conducteur et de matériau non conducteur comme illustré à la figure 2. REVENDICATIONS1. Procédé de réalisation d'un abaque pour la mesure simultanée de l'épaisseur de chacune des deux couches superposées d'un revêtement (20) comprenant une première couche d'un matériau électriquement conducteur (202) au contact d'un substrat métallique (200) et une seconde couche d'un matériau non conducteur (204) recouvrant la première couche, le procédé consistant à : - générer, au moyen d'une sonde électromagnétique mono- fréquence (210) ayant une impédance d'une valeur initiale déterminée, des courants de Foucault dans une pluralité d'échantillons-témoins dont l'épaisseur de chacune des deux couches superposées de revêtement est connue, mesurer pour chaque échantillon-témoin une valeur modifiée de l'impédance de ladite sonde et disposer dans un plan d'impédance (230) les coordonnées cartésiennes de chacun des points de mesure ainsi obtenus7 définir dans le plan d'impédance pour deux valeurs extrêmes d'épaisseur de chacune desdites première et seconde couches, deux courbes d'iso-épaisseurs de la couche de matériau conducteur (400, 402) et deux courbes d'iso-épaisseurs de la couche de matériau non conducteur (404, 406), et estimer à partir des quatre courbes d'iso-épaisseurs ainsi définies des courbes d'iso-épaisseurs de la couche de matériau conducteur, respectivement de la couche de matériau non conducteur, afin de réaliser ledit abaque de mesure. 2. Procédé de réalisation d'un abaque selon la revendication 1, caractérisé en ce que la sonde électromagnétique mono-fréquence comporte une fréquence de mesure comprise entre 1 et 3 MHz. 3. Procédé de réalisation d'un abaque selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que ladite pluralité d'échantillons-témoins est au moins égale à quatre et comprend un premier échantillon-témoin (Al) ayant une épaisseur de première couche minimale et une épaisseur de seconde couche minimale, un deuxième échantillon-témoin (A2) ayant une épaisseur de première couche maximale et une épaisseur de seconde couche minimale, 3062203 9 un troisième échantillon-témoin (D1) ayant une épaisseur de première couche minimale et une épaisseur de seconde couche maximale et un quatrième échantillon-témoin (D2) ayant une épaisseur de première couche maximale et une épaisseur de 5 seconde couche maximale. 4. Procédé de réalisation d'un abaque selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les courbes d'isoépaisseurs estimées sont au moins au nombre de deux pour 10 chacune des première et seconde couches. 5. Procédé de réalisation d'un abaque selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la valeur modifiée de l'impédance de la sonde électromagnétique mono-fréquence est 15 mesurée à une position pour laquelle les épaisseurs de première et seconde couches sont connues pour permettre l'obtention d'un maximum d'amplitude. 6. Procédé de réalisation d'un abaque selon l'une quelconque des 20 revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ladite étape d'estimation des courbes d'iso-épaisseurs est effectuée par interpolation ou extrapolation. 7. Procédé de réalisation d'un abaque selon l'une quelconque des 25 revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ledit matériau électriquement conducteur est un alliage de Nickel-Aluminium, ledit matériau non conducteur est du bioxyde de titane et le substrat métallique est du titane. 30 8. Procédé de mesure simultanée de l'épaisseur de chacune des deux couches superposées d'un revêtement (20) comprenant une première couche d'un matériau électriquement conducteur (202) au contact d'un substrat métallique (200) et une seconde couche d'un matériau non conducteur (204) recouvrant la première 35 couche, le procédé consistant à : - générer au moyen d'une sonde électromagnétique mono-fréquence (210) ayant une impédance d'une valeur initiale déterminée, des courants de Foucault à la surface du revêtement, 3062203 10 mesurer une valeur modifiée de l'impédance de ladite sonde et disposer dans un plan d'impédance (230) les coordonnées cartésiennes de la mesure ainsi obtenue, reporter les coordonnées cartésiennes dans un abaque obtenu 5 selon le procédé de réalisation des revendications 1 à 7 afin de visualiser à quelle intersection d'une courbe d'iso-épaisseur de la couche de matériau conducteur et d'une courbe d'iso-épaisseur de la couche de matériau non conducteur cette mesure correspond, et 10 déterminer les valeurs d'épaisseur respectives des première et seconde couches. 9. Procédé de mesure selon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit revêtement est un revêtement de pièce métallique de 15 turbomachine aéronautique. 10. Procédé de mesure selon la revendication 9, caractérisé en ce que ladite pièce métallique est une léchette de tambour de compresseur.