Brevet FR3059680A1 — publié le 20180608

DISPOSITIF DE FABRICATION PAR UN PROCÉDÉ D'OXYDATION MICRO-ARCS DOMAINE D'APPLICATION DE L'INVENTION La présente invention a trait au traitement de surface des pièces de grandes dimensions notamment les pièces de structure aéronautique et notamment aux adaptations permettant d'améliorer la mise en oeuvre d'un procédé d'oxydation par micro-arcs. DESCRIPTION DE L'ART ANTÉRIEUR Le document FR2996858 décrit un procédé de fabrication de pièces de structure aéronautique et un dispositif permettant de le mettre en oeuvre. Ce document divulgue un procédé de fabrication d'une pièce de structure aéronautique de grandes dimensions allant jusqu'à plusieurs mètres, remarquable en ce qu'il consistait à fabriquer ladite pièce dans un alliage d'aluminium et à lui faire réaliser un traitement de surface de type électrolytique d'oxydation par micro-arcs en vue de l'obtention d'un revêtement céramique. Ladite pièce pouvait être un rail de siège. Ce document divulgue également un dispositif permettant de mettre en oeuvre ledit procédé, dispositif comprenant un caisson d'électrolyse accueillant des électrodes et dans lequel s'engage et d'où se libère, tronçon par tronçon, la pièce de structure aéronautique de façon à réaliser l'opération d'électrolyse progressivement sur la pièce progressant longitudinalement dans le caisson. Ce document apportait une solution de résistance à la corrosion moins polluante, plus résistante au brouillard salin et moins onéreuse que les solutions de l'art antérieur pour des pièces de grandes dimensions allant jusqu'à plusieurs mètres telles celles, objet du procédé, à savoir les pièces de structure aéronautique. Néanmoins, la mise en oeuvre d'un tel procédé sur de grandes pièces fait apparaître plusieurs problèmes techniques, parmi ceux-ci : - la grande puissance électrique nécessaire, - la nécessité d'une régularité de dépôt de revêtement et ce, malgré la complexité de la pièce, - etc... DESCRIPTION DE L'INVENTION Partant de cet état de fait, des recherches ont été menées visant à solutionner les problèmes techniques de l'art antérieur. 3059680 2 Ces recherches ont abouti à la conception et à la réalisation d'un nouveau dispositif mettant en oeuvre un procédé électrolytique d'oxydation par micro-arcs (OMA ou PEO). Ce dispositif comprend une installation et une pièce à traiter 5 en alliage d'aluminium, le traitement étant réalisé par un mouvement relatif entre la pièce à traiter et au moins une électrode. Selon l'invention, ce dispositif est remarquable en ce qu'il comprend - une cuve remplie d'une solution aqueuse dans laquelle est 10 immergée au moins une partie de la pièce à traiter à laquelle est associée une alimentation électrique, - au moins une électrode mobile se déplaçant le long de la pièce à traiter au moyen d'un module de mise en mouvement pilotable. Cette caractéristique est particulièrement avantageuse en ce 15 qu'elle permet de diminuer l'apport électrique nécessaire puisque le dépôt de matière ne concerne que la partie de pièce soumise au champ électrique de ladite électrode mobile. Le pilotage de l'électrode permet d'assurer alors un dépôt régulier de matière. Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse de 20 l'invention, ladite pièce à traiter présente au moins une des caractéristiques suivantes : - elle est du domaine aéronautique, - elle est allongée, - elle mesure plusieurs mètres, 25 - elle est une pièce de structure aéronautique. Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, la totalité de la pièce est immergée dans ladite solution aqueuse. Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse de 30 l'invention, plusieurs électrodes se déplacent le long de la pièce. Ainsi, selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, le dispositif comprend deux électrodes disposées symétriquement de part et d'autre de la pièce à traiter le long de laquelle elles se déplacent. 35 Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, la pièce à traiter est préformée d'un ajout de matière non nécessaire à sa fonction et cette partie ajoutée reçoit l'alimentation électrique venant en contact avec la pièce à traiter. Cette caractéristique assure une bonne alimentation électrique sans 3059680 3 gêner l'apport de matière sur les parties fonctionnelles de la pièce puisque l'alimentation se fait au niveau d'une partie ajoutée. Une telle caractéristique définit que certaines pièces à traiter peuvent faire l'objet d'un procédé de fabrication différent 5 intégrant cet ajout de matière. De plus, elle définit que la pièce une fois traitée fait l'objet d'une opération d'enlèvement de matière au niveau de cette partie ajoutée. Par exemple, si la pièce à traiter est un rail de siège, ledit rail de siège est équipé d'une rallonge venant s'ajouter à une extrémité dudit rail et recevant 10 l'alimentation en électricité. Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, ladite pièce à traiter est un bord d'attaque de réacteur d'avion. Selon un mode de réalisation préféré mais non limitatif, le bord d'attaque est équipé d'une ou deux oreilles 15 recevant l'alimentation électrique. Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, ladite électrode est dans un des matériaux suivants : acier inoxydable, carbone, alliages de titane, platine, alliages d'aluminium. 20 Ces matériaux sont à la fois des conducteurs électriques et thermiques. L'aluminium et l'acier inoxydable sont peu chers et facilement formables. Le titane et le platine sont de très bons conducteurs. Le carbone est un très bon conducteur mais est difficilement formable. Aussi, le choix du matériau est réalisé en 25 fonction des pièces à traiter. Ainsi, en fonction de la géométrie de la pièce, ladite électrode fait l'objet d'une étude de forme pour optimiser l'apport de matière. Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, ladite électrode adopte une forme plane 30 avec un bec pointu. Selon une autre caractéristique, ladite électrode adopte une forme plane avec un bec rond ou cylindrique. Cette adaptation de la forme de l'électrode associée à la possibilité de réglage de la distance de l'électrode par rapport à la surface de la pièce à traiter, optimise l'apport de matière et la 35 consommation électrique. Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, ladite solution aqueuse reprend une des bases suivantes - à base de silicates (NaSiO3 ou CaSiO3, ZrSiO4, TiSiO4,...), 3059680 4 - à base d'aluminates (LiA1O2, AlCe03, MgAl2O4,...), - à base de phosphates (Na3PO4, Ca3 (PO4)2, A1PO4, LiPO4, Zn3 (PO4)2,...). Les concepts fondamentaux de l'invention venant d'être exposés 5 ci-dessus dans leur forme la plus élémentaire, d'autres détails et caractéristiques ressortiront plus clairement à la lecture de la description qui suit et en regard des dessins annexés, donnant à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation d'un dispositif conforme à l'invention. 10 BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS La figure 1 est un dessin schématique d'une vue de face en coupe d'un mode de réalisation d'un dispositif conforme à l'invention ; La figure 2 est un dessin schématique d'une vue de côté en 15 section du dispositif de la figure 1 ; La figure 3 est un dessin schématique d'une vue en perspective du module de mise en mouvement de l'électrode ; Les figures 4a, 4b, 4c sont des dessins schématiques en vue en perspective de trois modes de réalisation des électrodes ; 20 Les figures 5a, 5b et 5c sont des dessins schématiques en vue de dessus en coupe du mouvement des électrodes de la figure 4c ; La figure 6 illustre un exemple de préformation d'un rail de siège à traiter ; La figure 7 illustre un exemple de préformation d'un bord 25 d'attaque à traiter. DESCRIPTION DES MODES DE RÉALISATION PRÉFÉRÉS Comme illustré sur les dessins des figures 1 et 2, le dispositif référencé D dans son ensemble assure la mise en oeuvre d'un procédé électrolytique d'oxydation par micro-arcs (OMA ou PEO 30 Plasma Electrolytic Oxydation) sur une pièce aéronautique de structure en alliage d'aluminium P. L'installation comprend une cuve de traitement 100 remplie d'une solution aqueuse S dans laquelle est immergée la totalité de la pièce P à laquelle est associée une alimentation électrique. 35 La solution aqueuse S fait l'objet d'une circulation représentée par les flèches Fl par des canalisations à des fins de refroidissement. Par ces canalisations, la solution aqueuse S passe par un groupe de refroidissement référencé 200 et est réinjectée dans la cuve 100. 3059680 5 La pièce P représentée ici par un profilé plat, est fixe et la paire d'électrodes 310 et 320 est mobile le long de la pièce P afin de proposer un dépôt de matière régulier et avec une consommation électrique optimisée. 5 Ces électrodes 310 et 320 se déplacent le long de la pièce à traiter P au moyen d'un module de mise en mouvement pilotable 400. Ce mouvement peut être continu, tronçon par tronçon, alternatif, etc.... Sa trajectoire va suivre la pièce (par exemple, trajectoire linéaire pour un rail de siège et trajectoire rotative pour un bord 10 d'attaque). Un mode de réalisation d'un tel module 400 est illustré plus en détail par le dessin de la figure 3. Ce module 400 comprend une structure dont au moins la partie basse va être immergée dans la cuve 100 (la partie L représentée en tirets symbolise la limite 15 d'immersion). Ce module comprend deux cadres latéraux 410 et 420 supportant une poutre longitudinale 430 sur laquelle se déplace en translation un chariot 440 (non immergée) supportant une paire d'électrodes 310 et 320 (ici planes comme illustrées sur le dessin de la figure 4b). La translation est illustrée par la double flèche 20 F3. Ces électrodes 310 et 320 sont positionnées espacées l'une par rapport à l'autre de façon à pouvoir se déplacer en translation de part et d'autre de la pièce à traiter P. Cette pièce à traiter P est retenue au-dessus du fond de la cuve 100 par des platines 510 et 520 (cf. figures 4a, 4b, 4c). 25 Le chariot 440 supporte également une structure de guidage cinématique 441 selon un axe perpendiculaire à l'axe de déplacement des électrodes le long de la pièce P permettant de positionner les électrodes 310 et 320 non seulement par rapport à la pièce P mais également de régler l'écartement des électrodes 310 et 320. Une 30 molette permet ce réglage. La mise en mouvement (double flèche F3) du chariot 440 est réalisée par une liaison hélicoïdale dont la vis sans fin est associée à un motoréducteur. L'apport de matière M constituée par la céramique résultant du 35 procédé est illustré par les dessins des figures 5a, 5b et 5c. Ce dépôt M est réalisé de manière régulière au fur et à mesure de l'avancée des électrodes 310' et 320' (flèche F2). Comme illustrées, ces électrodes 310' et 320' également illustrées par le dessin de la figure 4c, adoptent une forme plane avec un bec pointu. 3059680 6 Un autre mode de réalisation illustré par le dessin de la figure 4a illustre des électrodes 310" et 320 " de forme cylindrique. Selon un mode de réalisation préféré mais non limitatif, ces 5 électrodes sont en acier inoxydable. Afin d'optimiser l'apport électrique à la pièce à traiter sans former d'épargne (l'épargne étant une surface de la pièce sans apport de matière du fait de la présence d'une électrode), la pièce peut être préformée d'un ajout de matière non nécessaire à sa 10 fonction. Cette partie ajoutée reçoit alors l'alimentation électrique venant en contact avec la pièce. C'est cette caractéristique qui est illustrée par les dessins des figures 6 et 7. Le dessin de la figure 6 illustre un rail de siège 600 auquel 15 est associée, lors de sa fabrication ou après fabrication (de façon préférée lors de son usinage) une rallonge 610 sur laquelle va se mettre en contact l'électrode (non illustrée). Cette rallonge 610 est ensuite retirée de sorte que le rail de siège 600 reprenne une dimension standard correspondant à sa fonction. Selon un mode de 20 réalisation préféré, cette rallonge n'est que de quelques centimètres carrés. Le dessin de la figure 7 illustre une portion de bord d'attaque de réacteur 700 à l'extrémité de laquelle sont associées deux oreilles 710 et 720 sur lesquelles vont se mettre en contact une 25 électrode. Selon un autre mode de réalisation non illustré, une seule oreille est associée au bord d'attaque. Selon un mode de réalisation préféré mais non limitatif, ces pièces à traiter sont en alliage aluminium du type A17075 ou A17175 et de la série 2000, 2024, 2219. 30 On comprend que le dispositif, qui vient d'être ci-dessus décrit et représenté, l'a été en vue d'une divulgation plutôt que d'une limitation. Bien entendu, divers aménagements, modifications et améliorations pourront être apportés à l'exemple ci-dessus, sans pour autant sortir du cadre de l'invention. 35 REVENDICATIONS1. Dispositif (D) mettant en oeuvre un procédé électrolytique d'oxydation par micro-arcs, ledit dispositif (D) comprenant une installation et une pièce à traiter (P) en alliage d'aluminium, le traitement étant réalisé par un mouvement relatif entre la pièce à traiter (P) et au moins une électrode (310, 320), CARACTÉRISÉ PAR LE FAIT QU'il comprend - une cuve (100) remplie d'une solution aqueuse (S) dans laquelle est immergée au moins une partie de la pièce à traiter (P) 10 à laquelle est associée une alimentation électrique, - au moins une électrode mobile (310, 320) se déplaçant le long de la pièce à traiter (P) au moyen d'un module de mise en mouvement pilotable (400). 2. Dispositif (D) selon la revendication 1, CARACTÉRISÉ PAR LE 15 FAIT QUE la pièce à traiter (P) est préformée d'un ajout de matière non nécessaire à sa fonction et cette partie ajoutée de matière reçoit l'alimentation électrique venant en contact avec la pièce à traiter (P). 3. Dispositif (D) selon la revendication 1, CARACTÉRISÉ PAR LE 20 FAIT QUE ladite électrode (310, 320) est dans un des matériaux suivants : acier inoxydable, carbone, alliages de titane, platine, alliages d'aluminium. 4. Dispositif (D) selon la revendication 1, CARACTÉRISÉ PAR LE FAIT QUE ladite électrode (310', 320') adopte une forme plane avec 25 un bec pointu. 5. Dispositif (D) selon la revendication 1, CARACTÉRISÉ PAR LE FAIT QUE ladite électrode (310", 320") adopte une forme plane avec un bec rond ou cylindrique. 6. Dispositif (D) selon la revendication 1, CARACTÉRISÉ PAR LE 30 FAIT QUE ladite solution aqueuse (S) reprend une des bases suivantes - à base de silicates (NaSiO3 ou CaSiO3, ZrSiO4, TiSiO4,...), - à base d'aluminates (LiA1O2, AlCe03, MgAl2O4,...), - à base de phosphates (Na3PO4, Ca3 (PO4)2, A1PO4, LiPO4, Zn3 35 (PO4)2,...). 7. Dispositif (D) selon la revendication 2 où la pièce à traiter (P) est un rail de siège (600), CARACTÉRISÉ PAR LE FAIT QUE ledit rail de siège (600) est équipé d'une rallonge (610) venant 3059680 8 s'ajouter à une extrémité dudit rail (600) et recevant l'alimentation en électricité. 8. Dispositif (D) selon la revendication 1, CARACTÉRISÉ PAR LE FAIT QUE ladite pièce à traiter (P) présente au moins une des 5 caractéristiques suivantes : - elle est du domaine aéronautique, - elle est allongée, - elle mesure plusieurs mètres, - elle est une pièce de structure aéronautique. 9. Dispositif (D) selon la revendication 1, CARACTÉRISÉ PAR LE FAIT QU'il comprend deux électrodes (310, 320) disposées symétriquement de part et d'autre de la pièce à traiter (P) le long de laquelle elles se déplacent. 10. Dispositif (D) selon la revendication 2 où ladite pièce 15 est un bord d'attaque (700) de réacteur d'avion, CARACTÉRISÉ PAR LE FAIT QUE ledit bord d'attaque (700) est équipé d'une ou deux oreilles (710, 720) recevant l'alimentation électrique. 20 25 30 35