Brevet FR3052464A1 — publié le 20171215

DOMAINE TECHNIQUE GENERAL L'invention se situe dans le domaine des superalliages monocristallins à base de nickel. La présente invention concerne plus précisément un procédé de protection contre la corrosion et l'oxydation d'une pièce en superalliage nnonocristallin à base de nickel exempt d'hafnium. ETAT DE L'ART Par "superalliages", on entend des alliages complexes présentant, à haute température et à haute pression, une très bonne résistance à l'oxydation, à la corrosion, au fluage et à des contraintes cycliques (notamment mécaniques ou thermiques). Ces superalliages trouvent une application particulière dans la fabrication de pièces utilisées dans l'aéronautique. On connait déjà dans l'état de la technique, des pièces qui comprennent successivement de l'intérieur vers l'extérieur : un substrat en superalliage monocristallin à base de nickel, une sous-couche et une barrière thermique. L'ajout d'hafnium est connu pour améliorer la résistance à la 20 corrosion et à l'oxydation des superalliages, ainsi que l'adhérence de la barrière thermique. Il existe plusieurs techniques pour ajouter du hafnium dans la pièce précitée. Une première technique consiste à ajouter une faible quantité 25 d'hafnium directement dans le substrat, c'est-à-dire pendant l'étape d'élaboration du superalliage constituant ce substrat. Toutefois, ceci rend plus difficile la mise en solution de ce superalliage. Les superalliages subissent un traitement thermique, comportant une phase de mise en solution et des phases de revenus. De tels traitements 30 consistent à chauffer l'alliage à une température appropriée, inférieure à la température eutectique et à maintenir cette température suffisamment longtemps pour homogénéiser les concentrations élémentaires de ses constituants et contrôler la taille des précipités intermétalliques. Ceci permet d'optimiser les propriétés microstructurales du matériau. 3052464 2 La présence d'hafnium dans le superalliage rend toutefois plus difficile la mise en solution totale ou quasi-totale des eutectiques et entraîne des défauts de type brûlure. De plus, cette première technique ne permet pas d'améliorer 5 l'adhérence de la barrière thermique sur le substrat, car la quantité d'hafnium contenue dans le superalliage est faible et que la quantité d'hafnium qui diffuse dans la sous-couche est encore plus faible. Toutefois, cette première technique permet d'améliorer la tenue à l'oxydation de la pièce ainsi obtenue. Une deuxième technique consiste à ajouter du hafnium dans la 10 sous-couche pendant le dépôt de celle-ci. Toutefois, cette technique permet uniquement d'améliorer l'adhérence de la barrière thermique sur le substrat. En effet, l'hafnium diffuse essentiellement dans les joints de grains de la sous-couche et de ce fait, ne permet pas d'améliorer la protection du substrat en superalliage contre la corrosion et contre l'oxydation. 15 Enfin, une troisième technique connue consiste à ajouter une faible quantité d'hafnium à la fois dans le substrat et pendant le dépôt de la sous-couche. Toutefois, avec cette solution, on retrouve les mêmes problématiques que celles mentionnées pour la première technique. PRESENTATION DE L'INVENTION L'objectif de l'invention est donc de pallier les inconvénients 25 précités de l'état de la technique. L'invention a notamment pour objectif d'améliorer la protection vis-à-vis de la corrosion et de l'oxydation, des pièces réalisées en un superalliage nnonocristallin à base de nickel qui ne contient pas d'hafnium. Par ailleurs, lorsque la pièce est recouverte d'une couche de 30 barrière thermique, alors l'invention a également pour objectif d'améliorer l'adhérence de celle-ci sur la pièce et d'augmenter la durée de vie de l'ensemble de la pièce ainsi formée. A cet effet, l'invention concerne un procédé de protection contre la corrosion et l'oxydation d'une pièce réalisée en superalliage monocristallin à 35 base de nickel exempt d'hafnium. 3052464 3 Conformément à l'invention, ce procédé comprend au moins les étapes suivantes consistant à : - fabriquer une pièce (1) en superalliage nnonocristallin à base de nickel exempt d'hafnium, 5 - déposer, sur ladite pièce (1), une première couche (2) comprenant de l"hafnium, - faire diffuser cette première couche comprenant de l"hafnium (2), de façon à former à la surface de ladite pièce (1) en superalliage nnonocristallin à base de nickel exempt d'hafnium, une première zone 10 d'interdiffusion (21), - déposer simultanément ou alternativement, sur ladite première zone d'interdiffusion (21), une sous-couche d'un alliage comprenant au moins 10% atomique d'aluminium et une deuxième couche comprenant de l'hafnium, de façon à former une couche mixte (3), 15 - déposer, sur ladite couche mixte (3), une troisième couche comprenant de l'hafnium (4) - faire diffuser cette troisième couche (4) comprenant de l'hafnium, de façon à former à la surface de ladite couche mixte (3), une deuxième zone d'interdiffusion (41), 20 - réaliser un traitement d'oxydation de ladite deuxième zone d'interdiffusion (41), de façon à obtenir une couche d'alumine dopée par de l'hafnium (42), à la surface de ladite deuxième zone d'interdiffusion (41). Grâce à ces caractéristiques de l'invention et notamment à la façon de déposer et de faire diffuser le hafnium, la pièce obtenue présente une 25 meilleure résistance à la corrosion et à l'oxydation. Selon d'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de l'invention, prises seules ou en combinaison : - le procédé comprend une étape consistant à déposer, sur ladite couche d'alumine dopée par de l'hafnium, une couche de barrière thermique, 30 - au moins l'une des étapes de dépôt est réalisée par dépôt physique en phase vapeur PVD, de préférence par pulvérisation cathodique, - le dépôt est réalisé par pulvérisation cathodique à une température comprise entre 100°C et 900°C, sous une pression comprise entre 0,1Pa et 1Pa, avec une densité de puissance comprise entre 2 et 15 W/cm2 et 35 une polarisation négative comprise entre -150 V et -500 V et sous un bombardement ionique entre -200V et 500V pendant 10 à 30 minutes, 3052464 4 - le traitement de diffusion de la première couche comprenant de l'hafnium et/ou de la troisième couche d'hafnium est réalisé par un traitement thermique sous vide ou en présence d'un mélange d'argon et de 5% en volume d'hélium, ce traitement thermique comprenant une étape de montée en 5 température jusqu'à atteindre une température comprise entre 800°C et 1200°C, une étape de maintien de cette température pendant 1 heure à 4 heures et une étape de refroidissement par diminution de la température jusqu'à atteindre la température ambiante, - le traitement d'oxydation de la deuxième zone d'interdiffusion 10 (41) est réalisé par un traitement thermique sous pression partielle d'oxygène ou d'argon, ce traitement thermique comprenant une étape de montée en température jusqu'à atteindre une température comprise entre 900°C et 1200°C, une étape de maintien de cette température pendant moins d'une heure et une étape de refroidissement jusqu'à atteindre la température ambiante. 15 PRESENTATION DES FIGURES D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront de la description qui va maintenant en être faite, en référence aux dessins annexés, qui en représentent, à titre indicatif mais non limitatif, un mode de 20 réalisation possible. Sur ces dessins : - les figures 1 à 8 sont des schémas représentant les différentes étapes du procédé conforme à l'invention. DESCRIPTION DETAILLEE Les différentes étapes du procédé conforme à l'invention vont maintenant être décrites en faisant référence aux figures. La figure 1 représente la première étape du procédé, qui consiste à fabriquer une pièce 1 en superalliage nnonocristallin à base de nickel dénué 30 (exempt) d'hafnium. Cette pièce 1 est par exemple obtenue par fonderie ou fabrication additive et présente la forme souhaitée. Le tableau 1 ci-dessous représente plusieurs exemples des superalliages susceptibles d'être utilisés dans le procédé conforme à l'invention. 35 Ils sont identifiés par les lettres A à F. 3052464 5 Tableau 1 Exemples de superalliages monocristallins à base de nickel sans hafnium Elements alliages (pourcentages massiques) Ni Al Co Cr Mo Re Ta Ti W Cb Ru A Reste 5,2 6,5 7,8 2 0 7,9 1,1 5,7 B Reste 5,6 9,6 6,5 0,6 3 6,5 1 6 C Reste 5,73 9,6 3,46 0,6 4,87 8,28 0,86 5,5 D Reste 5,7 3 2 0,4 6 8 0,2 5 0,1 E Reste 5,8 12,5 4,2 1,4 5,4 7,2 0 6 F Reste 6 REVENDICATIONS1. Procédé de protection contre la corrosion et l'oxydation d'une pièce (1) réalisée en superalliage monocristallin à base de nickel, exempt d'hafnium, caractérisé en ce qu'il comprend au moins les étapes suivantes consistant à : - fabriquer une pièce (1) en superalliage nrionocristallin à base de nickel exempt d'hafnium, - déposer, sur ladite pièce (1), une première couche (2) comprenant de l"hafnium, - faire diffuser cette première couche comprenant de l"hafnium 10 (2), de façon à former à la surface de ladite pièce (1) en superalliage nrionocristallin à base de nickel exempt d'hafnium, une première zone d'interdiffusion (21), - déposer simultanément ou alternativement, sur ladite première zone d'interdiffusion (21), une sous-couche d'un alliage comprenant au moins 10% 15 atomique d'aluminium et une deuxième couche comprenant de l'hafnium, de façon à former une couche mixte (3), - déposer, sur ladite couche mixte (3), une troisième couche comprenant de l'hafnium (4) - faire diffuser cette troisième couche (4) comprenant de 20 l'hafnium, de façon à former à la surface de ladite couche mixte (3), une deuxième zone d'interdiffusion (41), - réaliser un traitement d'oxydation de ladite deuxième zone d'interdiffusion (41), de façon à obtenir une couche d'alumine dopée par de l'hafnium (42), à la surface de ladite deuxième zone d'interdiffusion (41). 25 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une étape consistant à déposer, sur ladite couche (42) d'alumine dopée par de l'hafnium, une couche de barrière thermique (5). 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins l'une des étapes de dépôt est réalisée par dépôt physique en phase vapeur PVD, 30 de préférence par pulvérisation cathodique. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le dépôt est réalisé par pulvérisation cathodique à une température comprise entre 100°C et 900°C, sous une pression comprise entre 0,1Pa et 1Pa, avec une densité de 3052464 puissance comprise entre 2 et 15 W/cm2 et une polarisation négative comprise entre -500 V et -150 V et sous un bombardement ionique entre -200V et 500V pendant 10 à 30 minutes. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 précédentes, caractérisé en ce que le traitement de diffusion de la première couche (2) comprenant de l'hafnium et/ou de la troisième couche (4) d'hafnium est réalisé par un traitement thermique sous vide ou en présence d'un mélange d'argon et de 5% en volume d'hélium, ce traitement thermique comprenant une étape de montée en température jusqu'à atteindre une température comprise 10 entre 800°C et 1200°C, une étape de maintien de cette température pendant 1 heure à 4 heures et une étape de refroidissement par diminution de la température jusqu'à atteindre la température ambiante. 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le traitement d'oxydation de la deuxième zone d'interdiffusion (41) est réalisé par un traitement thermique sous pression partielle d'oxygène ou d'argon, ce traitement thermique comprenant une étape de montée en température jusqu'à atteindre une température comprise entre 900°C et 1200°C, une étape de maintien de cette température pendant moins d'une heure et une étape de refroidissement jusqu'à atteindre la température ambiante. 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première couche (2) comprenant du hafnium présente une épaisseur comprise entre 50 nm et 800 nm, de préférence comprise entre 50 nm et 300 nm. 8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la sous-couche d'un alliage comprenant au moins 10% atomique d'aluminium est choisie parmi NiAI, NiPtAI ou MCrAIY avec M égal au cobalt, au nickel ou au cobalt-nickel. 9. Procédé selon l'une des revendications précédentes, 30 caractérisé en ce que la sous-couche d'un alliage comprenant au moinsl0% atomique d'aluminium présente une épaisseur comprise entre 5 unn et 30 unn. 10. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la deuxième couche comprenant de l'hafnium présente une épaisseur comprise entre 20 nm et 700 nm. 3052464 11 11. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la troisième couche (4) comprenant de l'hafnium présente une épaisseur comprise entre 10 nm et 100 nm. 5