Brevet FR3065466A1 — publié le 20181026

ENSEMBLE EN COUCHES POUR RÉPARATION D'ARTICLE EN SUPERALLIAGE Domaine La présente invention concerne des procédés et des compositions pour la réparation d'articles en superalliage et, en particulier, des ensembles en couches faisant appel à des préformes en superalliage à base de nickel conjointement avec des préformes en alliage d'infiltration. Arrière-plan Les composants de turbines à gaz, y compris les pales et les aubes, sont soumis à des conditions de fonctionnement rigoureuses entraînant un dommage du composant par un ou plusieurs mécanismes. Les composants de turbine à gaz, par exemple, peuvent souffrir d'un dommage résultant de fissures dues à une fatigue thermique, d'un fluage, d'une dégradation de surface par oxydation, d'une corrosion à chaud et d'un dommage par des objets étrangers. Si l'on ne s'en occupe pas, un tel dommage mettra nécessairement en péril l'efficacité de la turbine à gaz et entraînera potentiellement un autre dommage à la turbine. À la lumière de telles conditions de fonctionnement rigoureuses, les composants de turbine sont souvent fabriqués en superalliage à base de nickel ou à base de cobalt présentant une solidité élevée et une résistance à haute température. Le recours à des compositions de superalliage conjointement avec des exigences de conception et de forme complexes rend coûteuse la fabrication d'une turbine à gaz. Un étage unique d'aubes pour une turbine d'aéronef implique un coût de plusieurs dizaines de milliers de dollars. De plus, pour des turbines à gaz industrielles, le coût peut dépasser un million de dollars. Compte tenu d'un tel investissement élevé en capital, divers procédés ont été développés pour réparer des composants de turbine, en prolongeant de ce fait la durée de vie de la turbine. Des processus de liaison par diffusion à l'état solide, de brasage classique, de liaison en phase liquide transitoire (TLP) et de réparation de fentes larges ont été employés dans la réparation de composants de turbine. Cependant, chacune de ces techniques fait l'objet d'un ou plusieurs inconvénients. La liaison par diffusion à l'état solide, par exemple, exige des gabarits coûteux pour l'alignement, l'application d'une pression élevée et des tolérances serrées pour les surfaces d'assemblage. De telles exigences augmentent le coût et limitent les emplacements de turbine appropriés pour 3065466 2 réparation par ce procédé. Le brasage classique entraîne une soudure d'une composition significativement différente de celle du composant de superalliage et est enclin à la formation de phases eutectiques cassantes. En revanche, la liaison en phase liquide transitoire (TLP) fournit une soudure de composition et de microstructure 5 essentiellement impossibles à distinguer de celles du composant en superalliage. Cependant, la TLP est limitée à un dommage ou des défauts structuraux de 50 !dm ou moins. Comme leur nom l'implique, les processus de réparation de fentes larges surmontent les limitations d'espace libre de la TLP et traitent des défauts de plus de 250 pm. Néanmoins, les augmentations d'échelle offertes par la réparation de fentes 10 larges sont contrecarrées par le recours à des compositions d'alliage d'apport incorporant des éléments formant des espèces intermétalliques cassantes avec le composant en superalliage. Les procédés de fentes larges souffrent en outre d'un retrait au frittage dans lequel l'alliage d'apport se sépare de la zone endommagée de l'article en superalliage. Une telle séparation peut produire une fissuration qui est fatale à la réparation. 15 Résumé Selon un aspect, des procédés faisant appel à des ensembles en couches pour la réparation d'articles en superalliage et/ou un appareil sont décrits ici. De plus, des articles en superalliage réparés par de tels ensembles en couches sont également fournis. Dans 20 certains modes de réalisation, par exemple, un article en superalliage à base de nickel comprend une région endommagée et un alliage d'apport à base de nickel lié par voie métallurgique à la région endommagée, l'alliage d'apport à base de nickel ayant une composition de 8 à 15 % en poids de chrome, 7 à 14 % en poids de cobalt, 0,1 à 5 % en poids de molybdène, 5 à 11 % en poids de tungstène, 1 à 5 % en poids de tantale, 2 à 7 % 25 en poids d'aluminium, 0,1 à 1,5 % en poids de bore, 0,1 à 5 % en poids de titane, 0 à 2 % en poids de hafnium, 0,05 à 1 % en poids de carbone, 0 à 0,5 % en poids d'yttrium et le solde de nickel, dans lequel des phases carbure primaire et carbure secondaire sont présentes dans l'alliage d'apport à base de nickel en une quantité combinée de 0,5 à 10 % en volume. Dans certains modes de réalisation, l'alliage d'apport peut présenter des 30 propriétés mécaniques comparables au superalliage à base de nickel de l'article, y compris la résistance à la traction, la ductilité et/ou la résistance à la fatigue. Dans certains modes de réalisation, un procédé de réparation d'un article en superalliage à base de nickel comprend la fourniture d'un ensemble en couches par-dessus une région 3065466 3 endommagée de l'article en superalliage à base de nickel, l'ensemble en couches comprenant une préforme en superalliage à base de nickel, une préforme en alliage d'infiltration et un composant d'abaissement de point de fusion. L'ensemble en couches est chauffé pour former un alliage d'apport à base de nickel lié par voie métallurgique à la région endommagée, les 5 phases carbure primaire et carbure secondaire étant présentes dans l'alliage d'apport à base de nickel en une quantité combinée de 0,5 à 10 % en volume. Ces modes de réalisation et d'autres sont davantage décrits dans la description détaillée suivante. 10 Brève description des dessins La Figure 1 est une image de microscopie électronique à balayage (MEB) de l'alliage d'apport à base de nickel de l'exemple 1 prise ici à un angle d'inclinaison de 70° pour une analyse par diffraction des électrons rétrodiffusés (EBSD). 15 La Figure 2 est une analyse par diffraction des électrons rétrodiffusés quantifiant les phases microstructurales de l'alliage d'apport à base de nickel de la Figure 1. La Figure 3 est une image de microscope électronique à balayage de l'alliage d'apport à 20 base de nickel de l'exemple 2 prise ici à un angle d'inclinaison de 70° pour une analyse par diffraction des électrons rétrodiffusés EBSD. La Figure 4 est une analyse par diffraction des électrons rétrodiffusés quantifiant les phases microstructurales de l'alliage d'apport à base de nickel de la Figure 3. 25 Description détaillée Les modes de réalisation décrits ici peuvent être compris plus aisément en référence à la description détaillée suivante et aux exemples et à leurs descriptions précédentes et suivantes. Les éléments, appareils et procédés décrits ici, cependant, ne sont pas limités 30 aux modes de réalisation spécifiques présentés dans la description détaillée et les exemples. Il faut reconnaître que ces modes de réalisation sont seulement donnés à titre d'illustration des principes de la présente invention. De nombreuses modifications et adaptations seront aisément apparentes au spécialiste de la technique sans nuire à l'esprit et au champ d'application de l'invention. 3065466 4 I. Articles en superalliage réparés Selon un aspect, des articles en superalliage à base de nickel comprenant une ou plusieurs régions endommagées réparées par un alliage d'apport à base de nickel sont décrits ici. 5 L'alliage d'apport à base de nickel peut devenir un composant de support de charge de l'article en superalliage et présenter des propriétés mécaniques comparables au superalliage à base de nickel formant l'article, y compris la résistance à la traction, la ductilité et/ou la résistance à la fatigue. Dans certains modes de réalisation, un article en superalliage à base de nickel comprend une région endommagée et un alliage d'apport à base de nickel lié par 10 voie métallurgique à la région endommagée, l'alliage d'apport à base de nickel ayant une composition de 8 à 15 % en poids de chrome, 7 à 14 % en poids de cobalt, 0,1 à 5 % en poids de molybdène, 5 à 11 % en poids de tungstène, 1 à 5 % en poids de tantale, 2 à 7 % en poids d'aluminium, 0,1 à 1,5 % en poids de bore, 0,1 à 5 % en poids de titane, 0 à 2 % en poids de hafnium, 0,05 à 1 % en poids de carbone, 0 à 0,5 % en poids d'yttrium et le 15 solde de nickel, dans lequel des phases carbure primaire et carbure secondaire sont présentes dans l'alliage d'apport à base de nickel en une quantité combinée de 0,5 à 10 % en volume. Dans certains modes de réalisation, l'alliage d'apport à base de nickel a une composition choisie dans le Tableau I. 20 Tableau I - Composition d'alliage d'apport à base de nickel Alliage d'apport Ni ( % en Cr (% Co (% en Mo (% en W (% en Ta (% en Al (% B ( % Ti (% Hf (% en C (% Y (% poids) en poids) poids) poids) poids) poids) en poids) en poids) en poids) poids) en poids) en poids) 1 Solde 9 à 13 8 à 12 0,1 à 1 6à 10 1,5 à4 3 à6 0,4 à0,3 à 1 0,3 à2 0,05 à 0 à 0,3 0,9 0,5 2 Solde 10à12 9à11 0,3 a 5 à7 2à3 4à5 0,5 à0,5 a 0,6 àl 0,05 à 0 à0,1 0,5 0,8 0,8 0,2 Comme décrit ici, l'alliage d'apport à base de nickel peut comprendre des phases carbure primaire et carbure secondaire en une quantité combinée de 0,5 à 10 % en volume. Le 25 pourcentage en volume des phases carbure primaire et secondaire peut être déterminé par diffraction des électrons rétrodiffusés (EBSD) et microscopie électronique à balayage (MEB). Une analyse par rayons X à dispersion d'énergie (EDS) peut également être employée pour une quantification supplémentaire des phases carbure primaire et secondaire de l'alliage d'apport à base de nickel. Dans certains modes de réalisation, des 3065466 5 carbures M23C6 secondaires sont présents dans l'alliage d'apport en une quantité de 0,1 à 5 % en volume, dans lequel M est un ou plusieurs métaux de transition choisis dans le groupe constitué de chrome, molybdène et tungstène. Des carbures M23C6 secondaires peuvent également être présents dans l'alliage d'apport à base de nickel en une quantité 5 choisie dans le Tableau II. Tableau II - M23C6 de l'allia 'e d'a ort à base de Ni % en volume I I 0,5 à4,5 1 à5 1,5 à4 2 à 3 0,1 à 3,5 10 Les carbures M23C6 sont généralement présents au niveau des joints de grains de la matrice de nickel et peuvent présenter une morphologie globulaire. Dans certains modes de réalisation, les carbures M23C6 sont présents en tant que chaîne de globules discontinus le long de joints de grains de la matrice de nickel. Dans d'autres modes de réalisation, les carbures M23C6 peuvent présenter d'autres morphologies telles que des 15 plaquettes, des lamelles, des feuilles et/ou des structures cellulaires. En étant situés au niveau des joints des grains, les carbures M23C6 peuvent servir à augmenter la résistance au fluage thermique en freinant ou en empêchant le glissement des grains. Des carbures primaires peuvent également être présents dans l'alliage d'apport à base de 20 nickel. Dans certains modes de réalisation, des carbures MeC primaires sont présents en une quantité de 0,5 à 5 % en volume, dans lequel Me est choisi dans le groupe constitué de titane, tantale et hafnium. Des carbures MeC primaires peuvent également être présents dans l'alliage d'apport à base de nickel en une quantité choisie dans le Tableau III. 25 3065466 6 Tableau III- MC d'alliage d'apport à base de Ni (/0 en volume) 1 à4 3à5 0,8 à 1,5 là2 Des carbures MeC primaires peuvent être répartis de façon hétérogène sur l'ensemble de la 5 matrice de nickel, existant au niveau des joints des grains et/ou au sein des grains de la matrice de nickel. Les métaux (Me) des carbures primaires peuvent être choisis pour avoir une plus forte affinité pour le carbone par comparaison avec les métaux (M) des carbures M23C6. Dans de tels modes de réalisation, les métaux des carbures primaires peuvent inhiber ou empêcher une précipitation excessive des joints de grain des carbures M23C6. En 10 régulant la précipitation des joints de grain des carbures M23C6, des propriétés avantageuses de résistance à la traction et de ductilité peuvent être obtenues. En fonction des conditions d'infiltration employées pour former l'alliage d'apport à base de nickel, les carbures MeC primaires peuvent être présents dans l'alliage d'apport à base de nickel en une quantité supérieure aux carbures M23C6 secondaires. En variante, les carbures M23C6 15 secondaires sont présents en une quantité supérieure aux carbures MeC primaires. L'alliage d'apport à base de nickel, dans certains modes de réalisation, comprend également une phase C2Cr3. La phase C2Cr3 peut exister au niveau des joints des grains et/ou au sein des grains de la matrice de nickel. La phase C2Cr3 peut généralement être présente dans l'alliage d'apport à base de nickel en une quantité de 1 à 6 % en volume. Dans certains 20 modes de réalisation, la phase C2Cr3 est présente en une quantité de 3 à 5 % en volume ou de 2 à 4 % en volume. La microstructure de l'alliage d'apport à base de nickel peut également être dépourvue ou essentiellement dépourvue de précipités cassants de borure métallique, y compris divers borures de chrome [CrB, (Cr,W)B, Cr(B,C), Cr5B31 et/ou borures de nickel tels que Ni3B. En outre, l'alliage d'apport à base de nickel peut être 25 complètement dense ou dense de manière essentiellement complète. En étant dense de manière essentiellement complète, l'alliage d'apport peut avoir moins de 5 pour cent en volume de porosité. L'alliage d'apport à base de nickel, dans certains modes de réalisation, a une résistance à la 30 traction à la rupture (aTs) à température élevée d'au moins 30 % de la crTs pour le 3065466 7 superalliage à base de nickel formant l'article. Dans certains modes de réalisation, la crTs de l'alliage d'apport à base de nickel vaut au moins 50 % ou au moins 60 % de la crTs de l'article en superalliage. Par exemple, la crTs de l'alliage d'apport à base de nickel peut être 50 à 70 % de la crTs de l'article en superalliage. De plus, l'alliage d'apport à base de nickel, 5 dans certains modes de réalisation, peut présenter un % d'allongement d'au moins 2 à température élevée. Dans certains modes de réalisation, l'alliage d'apport à base de nickel présente un % d'allongement choisi dans le Tableau IV. Tableau IV - % d'allongement de l'alliage d'apport à base de Ni 10 2 à 10 2,5 à 10 3 à 10 5 à 10 3à9 3 à8 La crTs et le % d'allongement de l'alliage d'apport à base de nickel décrit ici peuvent être déterminés selon ASTM E21 - Procédés de test normalisés pour essai de traction à température élevée de matériaux métalliques. 15 Comme décrit ici, l'alliage d'apport à base de nickel est lié par voie métallurgique à une région endommagée de l'article en superalliage à base de nickel. Dans certains modes de réalisation, la région endommagée comprend une ou plusieurs dimensions dépassant 1 mm, 5 mm ou 10 mm. La région endommagée, par exemple, peut être un cratère profond ou une 20 fente profonde dans une surface de l'article en superalliage à base de nickel. Dans d'autres modes de réalisation, la région endommagée peut être un trou s'étendant à travers une surface ou paroi de l'article en superalliage à base de nickel. Dans certains modes de réalisation, une région de transition interfaciale peut être établie entre l'alliage d'apport à base de nickel et l'article en superalliage à base de nickel. La région de transition 25 interfaciale peut présenter une microstructure qui diffère de l'alliage d'apport et de l'article en superalliage à base de nickel. La région de transition interfaciale, dans certains modes de réalisation, est dépourvue ou essentiellement dépourvue de précipités cassants de borure métallique, y compris les espèces borure de chrome et borure de nickel décrites ci-dessus. Par exemple, une quantité inférieure à 0,5 % en poids de précipités de borure métallique 3065466 8 est considérée comme étant essentiellement dépourvue de tels précipités dans la région de transition interfaciale. Une région de transition interfaciale, dans certains modes de réalisation, a une épaisseur de 20 à 150 !dm. 5 À la suite d'une liaison métallurgique de l'alliage d'apport à base de nickel par-dessus la zone endommagée, l'article en superalliage à base de nickel réparé peut être soumis à des traitements supplémentaires, y compris une mise en solution et un vieillissement à la chaleur. Dans certains modes de réalisation, un revêtement réfractaire protecteur peut être appliqué à la pièce en superalliage à base de nickel réparée. Par exemple, un revêtement réfractaire protecteur peut 10 comprendre un ou plusieurs éléments métalliques choisis dans le groupe constitué d'aluminium et d'éléments métalliques des Groupes IVB, VB et VIB du tableau périodique et un ou plusieurs éléments non métalliques choisis parmi les Groupes HIA, IVA, VA et VIA du tableau périodique. Une couche réfractaire protectrice peut comprendre un carbure, nitrure, carbonitrure, oxycarbonitrure, oxyde ou borure d'un ou plusieurs éléments métalliques choisis 15 dans le groupe constitué d'aluminium et d'éléments métalliques des Groupes IVB, VB et VIE du tableau périodique. Par exemple, une ou plusieurs couches protectrices peuvent être choisies dans le groupe constitué de nitrure de titane, carbonitrure de titane, oxycarbonitrure de titane, carbure de titane, nitrure de zirconium, carbonitrure de zirconium, nitrure de hafnium, carbonitrure de hafnium et alumine, et des mélanges de ceux-ci. 20 II. Procédés de réparation d'article en superalliage Selon un autre aspect, des procédés de réparation d'article en superalliage sont fournis. Un procédé de réparation d'un article en superalliage à base de nickel comprend la fourniture d'un ensemble en couches par-dessus une région endommagée de l'article en 25 superalliage à base de nickel, l'ensemble en couches comprenant une préforme en superalliage à base de nickel, une préforme en alliage d'infiltration et un composant d'abaissement de point de fusion. L'ensemble en couches est chauffé pour former un alliage d'apport à base de nickel lié par voie métallurgique à la région endommagée, les phases carbure primaire et carbure secondaire étant présentes dans l'alliage d'apport à 30 base de nickel en une quantité combinée de 0,5 à 10 % en volume. L'alliage d'apport à base de nickel peut avoir n'importe quelles composition, microstructure et/ou propriétés décrites dans la Section I ici. 3065466 9 En passant maintenant aux composants spécifiques, la préforme en superalliage à base de nickel peut comprendre une ou plusieurs poudres de superalliage à base de nickel. Par exemple, une poudre de superalliage à base de nickel appropriée peut être de composition similaire ou compatible avec un ou plusieurs superalliages à base de nickel employés dans la 5 fabrication de composants de turbine à gaz, tels que des pales et des aubes. Dans certains modes de réalisation, les poudres de superalliage à base de nickel ont des paramètres de composition se situant dans les classes de superalliage à base de nickel des alliages coulés de manière classique, des alliages solidifiés directionnellement, des alliages monocristallins de première génération, des alliages monocristallins de deuxième génération, des alliages 10 monocristallins de troisième génération, des superalliages forgés et/ou des superalliages traités par poudres. Dans certains modes de réalisation, une poudre de superalliage à base de nickel a une composition de 0,05 à 0,2 % en poids de carbone, 7 à 9 % en poids de chrome, 8 à 11 % en poids de cobalt, 0,1 à 1 % en poids de molybdène, 9 à 11 % en poids de tungstène, 3 à 4 % en poids de tantale, 5 à 6 % en poids d'aluminium, 0,5 à 1,5 % en poids de titane, 15 moins de 0,02 % en poids de bore, moins de 0,02 % en poids de zirconium, moins de 2 % en poids de hafnium et le solde de nickel. Dans plusieurs modes de réalisation spécifiques, le composant de poudre de superalliage à base de nickel peut inclure une poudre d'alliage choisie dans le Tableau V. 20 Tableau V - Composition de poudre de superalliage à base de nickel (/0 en poids) Poudre d'alliage Ni C Cr Co Mo W Ta Al Ti B Zr Hf 1 Solde 0,05 à 7 à9 8 à 10 0,1 à 1 9 à 11 3 à4 5 à6 0,5 à 1 0,01 à 0,005 à 1 à2 0,1 0,02 0,02 2 Solde 0,1 a 8 à9 9 à 11 0,5 à 1 9 à 11 3 à4 5 à6 0,5 à 0,01 à 0,01 à 1 à2 0,2 1,5 0,02 0,1 3 Solde 0,1 a 12 à 15 8 à 11 3 à 5 3 à 5 - 2à4 4à6 0,01 à0,02 à- 0,2 0,03 0,04 4 Solde 0,1 à 14 à 17 9 à 11 8 à 10 - - 3 à 5 3 à 5 0,005 à- - 0,2 0,02 5 Solde 0,05 à 11 à 14 8à 10 1 à3 3 à 5 3 à 5 3 à5 3 à 5 0,01 à 0,05 à0,5 à2 0,15 0,03 0,07 6 Solde - 9 à 11 4 à 6 - 3à5 11 à134 à6 1à3 - - - 7 Solde 0,05 à 12à 14 7 à 9 3 à5 3 à5 3 à 53 à5 2 à 4 0,01 à 0,04 à - 0,08 (Nb)* 0,02 0,06 8 Solde 0,02 à 15 à 17 12 à 14 3 à 5 3 à 5 0,6 à 1 à 3 3 à 5 0,01 à - - 0,04 0,8 0,02 (Nb)* * Nb remp açant Ta 3065466 10 Une poudre de superalliage à base de nickel appropriée de la préforme, dans certains modes de réalisation, est disponible dans le commerce auprès de divers fabricants de turbines à gaz. Une poudre de superalliage à base de nickel supplémentaire disponible 5 commercialement pour une utilisation dans une préforme décrite ici peut comprendre Mar M247, Rene 108 ou CM247 LC. Dans certains modes de réalisation, la poudre de superalliage à base de nickel d'une préforme a une composition choisie dans le Tableau 1 listé dans Bouse et al, Optimizing Rene N4 Alloy for DS AFT-Stage Bucket Applications in Industrial Gas Turbines, Superalloys 2008, TMS (The Minerais, Metals and Materials 10 Society) 2008, pages 99 à 108. La poudre de superalliage à base de nickel de la préforme peut avoir n'importe quelle taille de particules souhaitée. La taille de particules peut être choisie selon divers critères y compris, mais sans caractère limitatif, la dispersibilité dans une matrice polymère fibreuse, 15 les caractéristiques de tassement et/ou la surface spécifique pour interaction et/ou réaction avec le composant d'alliage à braser à base de nickel. Dans certains modes de réalisation, par exemple, la poudre de superalliage à base de nickel a une taille moyenne de particules de 10 !dm à 100 !dm ou de 30 !dm à 70 !dm. Dans certains modes de réalisation, la poudre de superalliage à base de nickel est présente dans l'ensemble en couches en une quantité de 45 à 20 95 pour cent en poids de l'ensemble en couches. Dans certains modes de réalisation, la poudre de superalliage à base de nickel est présente dans l'ensemble en couches en une quantité choisie dans le Tableau VI. Tableau VI - Poudre de superalliage à base de nickel dans un ensemble en couches 25 (/0 en poids) 55 à 90 60 à 85 65 à 75 70 à 80 En plus de la préforme en superalliage à base de nickel, un ensemble en couches comprend une préforme en alliage d'infiltration. Une préforme en alliage d'infiltration, dans certains 30 modes de réalisation, comprend une poudre d'alliage à braser à base de nickel. N'importe 3065466 11 quelle poudre d'alliage à braser à base de nickel qui n'est pas incompatible avec les objectifs de la présente invention peut être employée. Par exemple, une poudre d'alliage à braser à base de nickel appropriée peut avoir un point de fusion inférieur à la poudre de superalliage à base de nickel de l'ensemble en couches. Dans certains modes de réalisation, 5 une poudre d'alliage à braser à base de nickel a un point de fusion au moins 100 °C inférieur à la poudre de superalliage à base de nickel. Dans un mode de réalisation spécifique, la poudre d'alliage à braser à base de nickel peut inclure une poudre d'alliage ayant la composition présentée dans le Tableau VII. 10 Tableau VII - Composition de poudre d'alliage à braser à base de nickel (/0 en poids) Poudre d'alliage Ni C Cr Co Mo Fe Ta Al Ti B Zr Mn 1 Solde 0,01 14 à 9 à 0,005 0,05 2 à 5 2 à 0,005 1,5 0,05 à 0,005 à 17 12 à 0,02 à 0,2 5 à 0,02 à 3 0,2 à 0,02 0,03 Une poudre d'alliage à braser à base de nickel ayant la composition répondant aux paramètres du Tableau VII est disponible dans le commerce sous la désignation commerciale Amdry D15. 15 Des poudres d'alliage à braser à base de nickel appropriées supplémentaires peuvent être choisies parmi la gamme Amdry et d'autres poudres disponibles dans le commerce. Dans d'autres modes de réalisation, la poudre d'alliage à braser à base de nickel a la composition du Tableau VIII. 20 Tableau VIII - Composant d'alliage à braser de nickel Poudre d'alliage Ni % en poids Co % en poids Cr % en poids B % en Ta % en poids Al % en poids Y % en poids poids 1 Solde 5 à 15 10 à 20 1à4 0 à 5 0 à 5 0 à 0,1 2 Solde 7 à 12 10 à 15 2 à 3 2 à 3 2,5 à 5 0 à 0,1 Une poudre d'alliage à braser à base de nickel ayant la composition répondant aux paramètres du Tableau VIII est disponible dans le commerce sous la désignation 25 commerciale DF4B. La poudre d'alliage à braser à base de nickel de la préforme composite peut avoir n'importe quelle taille de particules souhaitée. La taille de particules peut être choisie selon divers critères y compris, mais sans caractère limitatif, la dispersibilité dans 3065466 12 une matrice polymère fibreuse, les caractéristiques de tassement et/ou la surface spécifique pour interaction et/ou réaction avec la poudre de superalliage à base de nickel. Dans certains modes de réalisation, par exemple, la poudre d'alliage à braser à base de nickel a une taille moyenne de particules de 10 !dm à 150 !dm ou de 40 !dm à 125 !dm. En outre, la 5 poudre d'alliage à braser à base de nickel est généralement présente en une quantité de 10 à 45 pour cent en poids de l'ensemble en couches. Dans certains modes de réalisation, la poudre d'alliage à braser à base de nickel est présente dans l'ensemble en couches en une quantité choisie dans le Tableau IX. 10 Tableau IX - Poudre à braser à base de nickel de l'ensemble en couches (/0 en poids) 15 à40 25 à 35 20 à 30 Un ensemble en couches peut comprendre n'importe quel nombre de préformes en superalliage à base de nickel et des préformes en alliage d'infiltration. Par exemple, un 15 ensemble en couches peut comprendre deux préformes en superalliage à base de nickel ou plus et/ou deux préformes en alliage d'infiltration ou plus, disposées de n'importe quelle manière. Le nombre de préformes en superalliage et/ou en alliage d'infiltration peut être choisi selon diverses considérations y compris la taille et les propriétés de la zone endommagée et des propriétés souhaitées de composition de l'alliage d'apport à base de 20 nickel formé en chauffant l'ensemble en couches. Comme décrit ici, l'ensemble en couches inclut un composant d'abaissement de point de fusion en plus de la préforme en superalliage à base de nickel et de la préforme en alliage à braser à base de nickel. N'importe quel agent d'abaissement de point de fusion qui n'est pas 25 incompatible avec les objectifs de la présente invention peut être employé. Par exemple, un agent d'abaissement de point de fusion approprié peut inclure du bore, du magnésium, du hafnium, du zirconium, MgNi2, du silicium ou des combinaisons de ceux-ci. Généralement, le composant d'abaissement de point de fusion est présent en une quantité de 0,2 à 5 pour cent en poids de l'ensemble en couches. Dans certains modes de réalisation, 30 le composant d'abaissement de point de fusion comprend du bore en une quantité de 0,2 à 2 pour cent en poids de l'ensemble en couches. Le bore, dans certains modes de réalisation, 3065466 13 est la seule espèce du composant d'abaissement de point de fusion. En variante, le bore peut être combiné avec une ou plusieurs espèces supplémentaires d'agents d'abaissement de point de fusion. Par exemple, le bore peut être combiné avec du silicium, du hafnium ou MgNi2 pour fournir le composant d'abaissement de point de fusion. 5 Le composant d'abaissement de point de fusion, dans certains modes de réalisation, fait partie de la poudre d'alliage à braser à base de nickel et/ou de la poudre de superalliage à base de nickel. L'alliage à braser à base de nickel et/ou le superalliage à base de nickel peuvent incorporer l'agent d'abaissement de point de fusion dans le cadre de la composition 10 d'alliage. Par exemple, la poudre d'alliage à braser à base de nickel peut être choisie pour contenir du bore, du silicium et/ou du hafnium pour servir de composant d'abaissement de point de fusion. Dans de tels modes de réalisation, la poudre d'alliage à braser à base de nickel et la poudre de superalliage à base de nickel sont présentes dans l'ensemble en couches à un rapport permettant de fournir la quantité souhaitée d'agent d'abaissement de 15 point de fusion. Par exemple, la poudre d'alliage à braser à base de nickel et la poudre de superalliage à base de nickel peuvent être présentes dans l'ensemble en couches à un rapport de 1:1,5 à 1:2. En variante, le composant d'abaissement de point de fusion peut être fourni à l'ensemble en couches indépendamment de la poudre de superalliage à base de nickel et/ou de la poudre d'alliage à braser à base de nickel. Par exemple, de la poudre 20 d'agent d'abaissement de point de fusion peut être ajoutée à la préforme en alliage à braser à base de nickel et/ou à la préforme en superalliage à base de nickel. De plus, dans certains modes de réalisation, la préforme en superalliage à base de nickel peut également comprendre une quantité de poudre d'alliage à braser à base de nickel. Par exemple, 25 la préforme en superalliage à base de nickel peut comprendre de la poudre d'alliage à braser à base de nickel en une quantité de 0,1 à 10 pour cent en poids de l'ensemble en couches. De façon similaire, la préforme en alliage à braser à base de nickel peut comprendre une quantité de poudre de superalliage à base de nickel. Dans certains modes de réalisation, la préforme en alliage à braser à base de nickel peut comprendre une poudre de superalliage à base de nickel 30 en une quantité de 0,1 à 10 pour cent en poids de l'ensemble en couches. Dans certains modes de réalisation, des préformes en superalliage à base de nickel et en alliage d'infiltration peuvent être produites de la façon suivante. La composition d'alliage en poudre souhaitée (par exemple poudre de superalliage à base de Ni et/ou poudre 3065466 14 d'alliage à braser à base de Ni) peut être associée à un support organique pour application sur une ou plusieurs surfaces endommagées d'un article en superalliage. N'importe quel support organique qui n'est pas incompatible avec les objectifs de la présente invention peut être employé, y compris des supports solides et liquides. Dans certains modes de 5 réalisation, un support organique approprié pour la composition d'alliage en poudre comprend une matrice polymère fibreuse. Comme détaillé davantage dans les exemples ci-dessous, la matrice polymère fibreuse peut former une toile flexible dans laquelle est dispersée la composition d'alliage en poudre. La toile polymère flexible peut avoir n'importe quelle épaisseur qui n'est pas incompatible avec les objectifs de la présente 10 invention. Par exemple, la toile polymère flexible peut avoir généralement une épaisseur de 0,2 à 4 mm ou de 1 à 2 mm. N'importe quelle espèce polymère exploitable pour adopter une morphologie de fibre ou de filament peut être utilisée dans la construction de la matrice. Des espèces polymères appropriées peuvent inclure des fluoropoymères, des polyamides, des polyesters, des polyoléfines ou des mélanges de ceux-ci. Dans certains 15 modes de réalisation, par exemple, la matrice polymère fibreuse est formée de polytétrafluoréthylène (PTFE) fibrillaire. Dans de tels modes de réalisation, les fibres ou fibrilles de PTFE peuvent fournir une matrice de réseau à interconnexion dans laquelle la composition d'alliage en poudre est dispersée et piégée. De plus, le PTFE fibrillaire peut être combiné avec d'autres fibres polymères, telles que des polyamides et polyesters pour 20 modifier ou façonner les propriétés de la matrice fibreuse. La matrice polymère fibreuse représente généralement moins de 1,5 pour cent en poids de la préforme. Dans certains modes de réalisation, par exemple, la matrice polymère fibreuse représente 1,0 à 1,5 pour cent en poids ou 0,5 à 1,0 pour cent en poids de la préforme en superalliage à base de nickel ou de la préforme en alliage d'infiltration. 25 La préforme peut être fabriquée par diverses techniques pour disperser la composition d'alliage en poudre dans la matrice polymère fibreuse. Dans certains modes de réalisation, la préforme est fabriquée en combinant une poudre polymère et une poudre de superalliage à base de nickel et/ou une poudre d'alliage à braser à base de nickel et en 30 travaillant mécaniquement le mélange pour fibriller la poudre polymère et piéger la ou les poudre(s) d'alliage dans la matrice polymère fibreuse résultante. Dans un mode de réalisation spécifique, par exemple, la composition d'alliage en poudre est mélangée à 3 à 15 % en volume de poudre de PTFE et travaillée mécaniquement pour fibriller le PTFE et piéger la composition d'alliage en poudre dans une matrice fibreuse de PTFE. Comme 3065466 15 décrit ici, la poudre de superalliage à base de nickel peut avoir une composition choisie dans le Tableau IV ici pour produire une préforme en superalliage de nickel. De façon similaire, un alliage à braser à base de nickel peut avoir une composition choisie dans les Tableaux VI et VII ici pour produire une préforme en alliage d'infiltration. Le travail 5 mécanique du mélange de poudres peut inclure un broyage à boulets, un laminage, un étirage, un allongement, une extrusion, un épandage ou des combinaisons de ceux-ci. Dans certains modes de réalisation, la toile de préforme composite flexible en PTFE résultante est soumise à un pressage isostatique à froid. Une préforme décrite ici peut être produite conformément à la description d'un ou plusieurs parmi les brevets 10 U.S. 3 743 556,3 864 124, 3 916 506,4 194 040 et 5 352 526. Dans certains modes de réalisation, une préfôrme en superalliage à base de nickel décrite ici peut présenter une masse volumique a cru d'au moins 50 pour cent de la masse volumique de l'article en superalliage qui est réparé. Dans certains modes de réalisation, 15 la masse volumique à cru de la préforme en superalliage à base de nickel vaut 50 à 75 pour cent ou 60 à 70 pour cent de la masse volumique de l'article en superalliage. Un ensemble en couches est formé en disposant les préformes en superalliage à base de nickel et en alliage d'infiltration par-dessus la région endommagée de l'article en 20 superalliage à base de nickel. Dans certains modes de réalisation, une préforme en alliage d'infiltration est disposée par-dessus la préforme en superalliage à base de nickel de telle sorte que l'alliage à braser à base de nickel s'infiltre dans les particules de superalliage à base de nickel pendant le chauffage. Dans d'autres modes de réalisation, une préforme en superalliage à base de nickel est disposée par-dessus une préforme en alliage d'infiltration. 25 La surface de l'article en superalliage à base de nickel peut être nettoyée par des moyens chimiques et/ou mécaniques avant l'application d'un ensemble en couches, par exemple, par un nettoyage par ions fluorure et/ou un ponçage. De plus, un ou plusieurs adhésifs peuvent être employés pour fixer les préformes par-dessus la zone endommagée de l'article en superalliage à base de nickel. 10 À la suite de l'application sur la zone endommagée de l'article en superalliage à base de nickel, l'ensemble en couches est chauffé pour former un alliage d'apport lié par voie métallurgique à la zone endommagée. Un chauffage de l'ensemble décompose la matrice 3065466 16 fibreuse polymère, et l'alliage d'apport est formé à partir de la poudre de superalliage à base de nickel et de l'alliage à braser à base de nickel des préformes. L'ensemble est généralement chauffé à une température supérieure au point de fusion de la poudre d'alliage à braser à base de nickel et inférieure au point de fusion de la poudre de superalliage à base de nickel. Pour 5 cette raison, la poudre d'alliage à braser à base de nickel est fondue en formant l'alliage d'apport avec la poudre de superalliage à base de nickel, l'alliage d'apport étant lié par voie métallurgique à la pièce en superalliage à base de nickel. Les caractéristiques d'écoulement en fusion de l'alliage à braser à base de nickel peuvent permettre la formation d'une interface dépourvue d'espaces vides entre l'alliage d'apport et la pièce en superalliage à base de nickel. 10 La température de chauffage et la période de temps de chauffage dépendent des paramètres de composition spécifiques de la pièce en superalliage à base de nickel et de l'ensemble en couches. Dans certains modes de réalisation, par exemple, l'ensemble est chauffé sous vide à une température de 1180 à 1250 °C pendant une période de temps de 1 à 4 heures. Dans certains modes de réalisation, les ensembles peuvent être maintenus à 800 à 1000 °C pendant 15 une période de temps de 0,5 à 5 heures à la suite d'un chauffage à la température maximale. L'alliage d'apport résultant peut avoir n'importe quelles propriétés de composition, microstructurales et/ou mécaniques décrites dans la Section I ci-dessus. À la suite d'une liaison métallurgique de l'alliage d'apport par-dessus la zone endommagée, la pièce en superalliage à base de nickel réparée peut être soumise à des traitements supplémentaires, y 20 compris une mise en solution et un vieillissement à la chaleur. Ces modes de réalisation et d'autres sont davantage illustrés dans les exemples non limitatifs suivants. 25 Exemple 1 - Alliaee d'apport à base de nickel Une plaque d'alliage d'apport à base de nickel a été formée à partir d'un ensemble en couches décrit ici de la manière suivante. Une composition en poudre comprenant de la poudre de superalliage à base de nickel ayant les paramètres de la Poudre d'alliage 1 du Tableau V (Rene' 108) et de la poudre d'alliage à braser à base de nickel ayant les 30 paramètres de la Poudre d'alliage 2 du Tableau VIII a été fournie. Le superalliage à base de nickel formait 99 % en poids de la composition en poudre, la quantité restante de 1 % en poids étant formée par l'alliage à braser à base de nickel. 3065466 17 La composition en poudre a été mélangée à 5 à 15 % en volume de PTFE en poudre. Le mélange résultant a été travaillé mécaniquement pour fibriller le PTFE et piéger la poudre de superalliage à base de nickel et la poudre d'alliage à braser à base de nickel, puis laminé, formant ainsi la préforme en superalliage à base de nickel en tant que feuille 5 flexible de type tissu d'épaisseur 1 à 2 mm. Ce processus a été répété pour former la préforme en alliage d'infiltration, la différence étant que la composition en poudre mélangée au PTFE comprenait 99 % en poids de poudre d'alliage à braser à base de nickel et 1 % en poids de poudre de superalliage à base de nickel. 10 La préforme en superalliage à base de nickel a été placée par-dessus un substrat de base en graphite. La préforme en alliage d'infiltration a été disposée par-dessus la préforme en superalliage à base de nickel pour compléter l'ensemble en couches. La poudre de superalliage à base de nickel était présente dans l'ensemble en couches en une quantité de 66 à 68 % en poids, et la poudre d'alliage à braser à base de nickel était présente dans 15 l'ensemble en couches en une quantité de 32 à 34 % en poids. L'ensemble en couches a été chauffé dans un four à vide à 1190 à 1200 °C pendant une période de temps de 2 heures suivie par un chauffage à 1080 à 1090 °C pendant deux heures. Le chauffage a été par la suite maintenu à 870 à 880 °C pendant une période de 20 4 heures avant refroidissement. La plaque d'alliage d'apport à base de nickel résultante a été découpée par laser à 10 x 10 cm (4 x 4 pouces) et meulée par disque à 0,102 cm (0,040 po). La Figure 1 est une image de microscope électronique à balayage de la plaque prise à un angle d'inclinaison de 70° pour analyse par diffraction des électrons rétrodiffusés. Les flèches dans l'image de microscope électronique à balayage 25 correspondent aux flèches détaillant diverses phases microstructurales dans l'image de diffraction des électrons rétrodiffusés de la Figure 2. Comme indiqué sur la Figure 2, un carbure primaire de TiC et un carbure secondaire de Cr23C6 étaient présents le long des joints de grains de la matrice de nickel. Du TiC a été également trouvé au sein de grains de la matrice de nickel. La phase C2Cr3 était également présente au sein des grains de la 30 matrice de nickel et le long des joints des grains de la matrice. Les pourcentages en volume des diverses phases sont fournis dans le Tableau X. 3065466 18 Tableau X - Phases de l'alliage d'apport à base de nickel Phase % en volume TiC 3,38 Cr26C3 2,39 C2Cr3 3,15 Matrice de Ni 86,5 La plaque d'alliage d'apport à base de nickel a été testée pour déterminer la résistance à la 5 traction et le % d'allongement à température élevée [982 °C (1800 °F)] selon ASTM E21. Les résultats sont fournis dans le Tableau XI. Tableau XI- Traction et % d'allongement Résistance à la traction à la rupture (cils), MPa (ksi) Pourcentage de aTs de Rene' 108 % d'allongement 210 (30,4) 37,2 3 10 Comme indiqué dans le Tableau X, la crTs de l'alliage d'apport à base de nickel valait 37,2 pour cent de la crTs pour Rene' 108. Exemple 2- Alliaee d'apport à base de nickel 15 Une plaque d'alliage d'apport à base de nickel a été formée à partir d'un ensemble en couches décrit ici de la manière suivante. Une composition en poudre comprenant de la poudre de superalliage à base de nickel ayant les paramètres de la Poudre d'alliage 2 du Tableau V (Mar M247) et de la poudre d'alliage à braser à base de nickel ayant les paramètres de la Poudre d'alliage 2 du Tableau VIII a été fournie. Le superalliage à base de 20 nickel formait 99 % en poids de la composition en poudre, la quantité restante de 1 % en poids étant formée par l'alliage à braser à base de nickel. La composition en poudre a été mélangée à 5 à 15 % en volume de PTFE en poudre. Le mélange résultant a été travaillé mécaniquement pour fibriller le PTFE et piéger la 25 poudre de superalliage à base de nickel et la poudre d'alliage à braser à base de nickel, puis laminé, formant ainsi la préforme en superalliage à base de nickel en tant que feuille flexible de type tissu d'épaisseur 1 à 2 mm. Ce processus a été répété pour former la 3065466 19 préforme en alliage d'infiltration, la différence étant que la composition en poudre mélangée au PTFE comprenait 99 % en poids de poudre d'alliage à braser à base de nickel et 1 % en poids de poudre de superalliage à base de nickel. 5 La préforme en superalliage à base de nickel a été placée par-dessus un substrat de base en graphite. La préforme en alliage d'infiltration a été disposée par-dessus la préforme en superalliage à base de nickel pour compléter l'ensemble en couches. La poudre de superalliage à base de nickel était présente dans l'ensemble en couches en une quantité de 66 à 68 % en poids, et la poudre d'alliage à braser à base de nickel était présente dans 10 l'ensemble en couches en une quantité de 32 à 34 % en poids. L'ensemble en couches a été chauffé dans un four à vide à 1190 à 1200 °C pendant une période de temps de 2 heures suivie par un chauffage à 1080 à 1090 °C pendant deux heures. Le chauffage a été par la suite maintenu à 870 à 880 °C pendant une période de 4 heures 15 avant refroidissement. La plaque d'alliage d'apport à base de nickel résultante a été découpée par laser à 10 x 10 cm (4 x 4 pouces) et meulée par disque à 0,102 cm (0,040 po). La Figure 3 est une image de microscope électronique à balayage de la plaque prise à un angle d'inclinaison de 70° pour analyse par diffraction des électrons rétrodiffusés. Les flèches dans l'image de microscope électronique à balayage correspondent aux flèches détaillant diverses 20 phases microstructurales dans l'image de diffraction des électrons rétrodiffusés de la Figure 4. Comme indiqué sur la Figure 4, un carbure primaire de TiC et un carbure secondaire de Cr23C6 étaient présents le long des joints de grains de la matrice de nickel. Du TiC a été également trouvé au sein de grains de la matrice de nickel. La phase C2Cr3 était également présente au sein des grains de la matrice de nickel et le long des joints des grains 25 de la matrice. Les pourcentages en volume des diverses phases sont fournis dans le Tableau XII. Tableau XII - Phases de l'alliage d'apport à base de nickel Phase % en volume TiC 1,09 Cr26C3 2,88 C2Cr3 4,32 Matrice de Ni 86,8 3065466 20 La plaque d'alliage d'apport à base de nickel a été testée pour déterminer la résistance à la traction et le % d'allongement à température élevée [982 °C (1800 °F)] selon ASTM E21. Les résultats sont fournis dans le Tableau XIII 5 Tableau XIII - Traction et % d'allongement Résistance à la traction à la rupture (cils), MPa (ksi) Pourcentage de aTs de Mar M247 % d'allongement 220 (32) 35,3 8 à 10 Comme indiqué dans le Tableau IX, la crTs de l'alliage d'apport à base de nickel valait 10 35,3 pour cent de la crTs pour Mar M247. Divers modes de réalisation de l'invention ont été décrits pour satisfaire les divers objets de l'invention. Il faut reconnaître que ces modes de réalisation sont seulement donnés à titre d'illustration des principes de la présente invention. De nombreuses modifications et 15 adaptations de ceux-ci seront aisément apparentes au spécialiste de la technique sans nuire à l'esprit et au champ d'application de l'invention. REVENDICATIONS1. Article en superalliage à base de nickel comprenant : une région endommagée ; et un alliage d'apport à base de nickel lié par voie métallurgique à la région endommagée, l'alliage d'apport à base de nickel ayant une composition de 8 à 15 % en poids de chrome, 7 à 14 % en poids de cobalt, 0,1 à 5 % en poids de molybdène, 5 à 11 % en poids de tungstène, 1 à 5 % en poids de tantale, 2 à 7 % en poids d'aluminium, 0,1 à 1,5 % en poids de bore, 0,1 à 5 % en poids de titane, 0 à 2 °,10 en poids de hafnium, 0,05 à 1 % en poids de carbone, 0 à 0,5 % en poids d'yttriin-n et le solde de nickel, dans lequel des phases carbure primaire et carbure secondaire sont présentes dans- l'alliage d'apport à base de nickel en une quantité combinée de 0,5 à 10 % en volume. 2. Article en superalliage à base de nickel selon la revendication 1, dans lequel l'alliage d'apport à base de nickel est de composition 10 à 12 % en poids de chrome, 9 à 11 % en poids de cobalt, 0,3 à 0,5 % en poids de molybdène, 5 à 7 % en poids de tungstène, 2 à 3 % en poids de tantale, 4 à 5 % en poids d'aluminium, 0,5 à 0,8 % en poids de bore, 0,5 à 0,8 % en poids de titane, 0,6 à 1 % en poids de hafnium, 0,05 à 0,2 % en poids de carbone, 0 à 0,1 % en poids d'yttrium et le solde de nickel. 3. Article en superalliage à base de nickel selon la revendication 1, dans lequel des carbures M23 C6 secondaires sont présents en une quantité de 1,5 à 4 % en volume de l'alliage d'apport à base de nickel 4. Article en superalliage à base de nickel selon la revendication 1, dans lequel des carbures M23C6 secondaires sont présents en une quantité de 2 à 3 % en volume de l'alliage d'apport à base de nickel 5. Article en superalliage à base de nickel selon la revendication 3, dans lequel M est un ou plusieurs métaux de transition choisis dans le groupe constitué de chrome, molybdène et tungstène. 3065466 22 6. Article en superalliage à base de nickel selon la revendication 3, dans lequel des carbures MeC primaires sont présents en une quantité de 0,5 à 5 % en volume de l'alliage d'apport à base de nickel. 5 7. Article en superalliage à base de nickel selon la revendication 6, dans lequel Mc est choisi dans le groupe constitué de titane, tantale et hafnium. 8. Article en superalliage à base de nickel selon la revendication 6, dans lequel l'alliage d'apport à base de nickel comprend en outre une phase C2Cr3. 10 9. Article en superalliage à base de nickel selon la revendication 1, dans lequel la résistance à la traction de l'alliage d'apport à base de nickel vaut 50 à 70 % de la résistance à la traction de l'article en superalliage à base de nickel selon ASTM E21 - Procédés de test normalisés pour essai de traction à température élevée de matériaux 15 métalliques. 10. Article en superalliage à base de nickel selon la revendication 9, dans lequel l'alliage d'apport à base de nickel présente un allongement d'au moins 2 pour cent selon ASTM E21 - Procédés de test normalisés pour essai de traction à température 20 élevée de matériaux métalliques.