Brevet FR3085172A1 — publié le 20200228

Arrière-plan de l'invention La présente invention se rapporte au domaine général des revêtements en matériau abradable pour les turbomachines, et en particulier pour les moteurs d'aéronefs. Afin d'assurer une étanchéité aérodynamique entre le sommet d'aubes tournantes et le carter entourant lesdites aubes tournantes, il est connu de déposer un revêtement abradable en appliquant sur le contour intérieur du carter une couche en un matériau abradable formant une piste pour le parcours du sommet des aubes le long du carter. Par abradable on désigne ici le fait que le matériau est prévu pour s'user par abrasion lors de contact avec les aubes. Le revêtement abradable est érodé par le passage des aubes, permettant ainsi au carter d'épouser la forme réelle des sommets des aubes. Pour les turbines hautes pression, c'est-à-dire les turbines situées directement en sorties de la chambre de combustion, les matériaux utilisés pour former le revêtement abradable sont des matériaux à hautes températures d'utilisation et résistant à l'oxydation qui peuvent être en céramique, comme par exemple de la zircone yttriée, de l'alumine, ou du disilicate d'yttrium, ou en alliages métalliques, comme par exemple le CoNiCrAIY qui est un alliage base cobalt comportant de forte proportion de nickel et de chrome, pour la tenue en oxydation ainsi que de l'aluminium pour la résilience et de l'yttrium pour la tenue thermique. Cependant, le caractère abradable de ces matériaux qui sont capables de résister aux conditions d'utilisation des turbines hautes pression est très faible. Ainsi, afin d'augmenter le caractère abradable de ces matériaux, les revêtements abradables sont fabriqués en matériaux poreux, le taux de porosité permettant ainsi de contrôler le caractère abradable du 30 matériau. Cependant, d'une part les procédés actuels d'obtention du revêtement en matériau abradable, et d'autre part la résistance à l'érosion dudit revêtement en matériau abradable provoquée par la circulation de particules abrasives, impose un taux de porosité du matériau abradable 35 inférieur à 30°k, limitant ainsi le caractère abradable des matériaux abradables existants. 2 Or, les progrès dans la gestion du rendement et de la consommation en carburant amènent une augmentation des températures de fonctionnement, en particulier pour les étages de la turbine haute pression situés directement en aval de la chambre de combustion, ainsi 5 qu'à une diminution du jeu entre les aubes tournantes et le carter. Il est donc nécessaire de développer des matériaux abradables ayant des comportements abradables suffisant dans les conditions de fonctionnement des nouvelles turbomachines, et notamment pour les turbines haute pression. 10 Objet et résumé de l'invention La présente invention a donc pour but principal de pallier de tels inconvénients en proposant un nouveau revêtement abradable. Le revêtement abradable selon l'invention offre l'avantage de 15 résister à des températures d'utilisation très élevées, supérieure à 900°C et par exemple de l'ordre de 1300°C. De plus, un tel matériau abradable permet d'obtenir une abradabilité au moins égale à l'abradabilité des matériaux abradables existants. 20 En outre, le revêtement abradable selon l'invention possède de bonnes performances aérodynamiques. Le revêtement abradable selon l'invention possède également une longue durée de vie. Selon un premier mode de réalisation, l'invention propose un 25 revêtement abradable pour pièce de turbomachine qui comprend une matrice en un premier matériau céramique et des particules en un deuxième matériau céramique dispersées dans ladite matrice, le premier matériau céramique possédant une viscosité dynamique supérieure ou égale à 1012 Pas à 1300°C, le deuxième matériau céramique possédant une viscosité dynamique inférieure ou égale à 102 Pa.s à 1300°C. Selon une caractéristique possible du premier mode de réalisation, le deuxième matériau céramique est une céramique feldspathique, une vitrocéramique, un verre hydrothermal, de la silice, ou un verre réfractaire à base silico-alumineux avec un taux de silice d'au 35 moins 60%. 3 Selon une autre caractéristique du premier mode de réalisation, le premier matériau un est disilicate d'yttrium ou une zircone yttriée. Selon un deuxième mode de réalisation, l'invention propose un revêtement abradable pour pièce de turbomachine, caractérisé en ce qu'il 5 comprend une matrice en un premier matériau métallique et des particules en un deuxième matériau métallique dispersées dans ladite matrice, le premier matériau métallique possédant une température de fusion supérieure à 900°C, le deuxième matériau métallique possédant une température de fusion inférieure d'au moins 50°C à la température de 10 fusion du premier matériau métallique. Selon une caractéristique additionnelle du deuxième mode de réalisation, le premier matériau métallique est un MCrAIY, avec M désignant Ni et/ou Co. Selon une caractéristique supplémentaire du deuxième mode de 15 réalisation, le deuxième matériau métallique est de l'aluminium ou un alliage d'aluminium, ou bien du cuivre ou un alliage de cuivre, ou bien de l'argent ou un alliage d'argent. Selon une caractéristique possible pour l'un quelconque des 20 modes de réalisation, les particules ont une taille moyenne comprise entre 45 pm et 90 pm. Selon une autre caractéristique pour l'un quelconque des modes de réalisation, le revêtement abradable comprend un taux de charge volumique de particules compris entre 30% et 70%. 25 Selon une caractéristique supplémentaire pour l'un quelconque des modes de réalisation, le revêtement abradable comprend un taux de porosité compris entre 5% et 30%. Selon un autre aspect, l'invention propose une turbomachine comprenant une turbine haute pression, la turbine haute pression 30 comprenant un revêtement abradable selon l'une quelconque des caractéristiques précédentes. Brève description des dessins D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins 4 annexés qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif. Sur les figures : - la figure 1 est une représentation schématique d'une turbomachine ; 5 - la figure 2 est une représentation schématique du revêtement abradable selon l'invention ; - la figure 3 est une représentation schématique d'un aubage tournant située à l'intérieur d'un carter, un revêtement d'abradable étant déposé sur le contour interne du carter afin de coopérer avec le sommet 10 de l'aubage. Description détaillée de l'invention Comme cela est illustré sur la figure 1, une turbomachine 1, notamment une turbomachine d'aéronef, comprend : 15 - une soufflante 11 située en entrée de la turbomachine 1 ; - un compresseur basse pression 12 en aval de la soufflante 11 ; - un compresseur haute pression 13 en aval du compresseur basse pression 12 ; - une chambre de combustion 14 en aval du compresseur haute pression 20 13 ; - une turbine haute pression 15 en aval de la chambre de combustion ; et - une turbine basse pression 16 en aval de la turbine haute pression 15. La turbine haute pression 15 comprend des aubages 17 25 tournants situés à l'intérieur d'un carter 18 annulaire, le sommet 171 des aubages 17 tournants étant situés en regard du carter 18, et plus précisément en regard de la paroi interne du carter 18. Afin d'améliorer les performances de la turbine haute pression 15, un revêtement abradable 2 tel qu'illustré sur la figure 2 est disposé sur 30 le contour intérieur du carter 18. Le revêtement abradable 2 est destiné à s'user par abrasion lors de contact entre le sommet 171 des aubages 17 tournants et le revêtement abradable 2. Le contact entre le sommet 171 des aubages 17 tournants et le 35 revêtement abradable 2 peut par exemple être dû à la dilatation 5 thermique desdits aubages 17 tournants lors du fonctionnement de la turbomachine 1. Une telle dilatation thermique des aubages 17 tournants de la turbine haute pression 15 est d'autant plus importante avec 5 l'augmentation de la température de fonctionnement de la turbomachine 1 réalisée afin d'augmenter le rendement de ladite turbomachine 1 et diminuer sa consommation en carburant. La température de fonctionnement de la turbine haute pression 15 est comprise entre 900°C et 1300°C. 10 Le revêtement abradable comprend une matrice 21 dans laquelle sont dispersées des particules 22. Le rôle de la matrice 21 est d'assurer la tenue mécanique du revêtement abradable 2, ainsi que la résistance aux hautes températures, c'est-à-dire supérieure à 900°C et de préférence supérieure à 1300°C, 15 ainsi que la résistance à l'oxydation. La matrice 21 est donc constituée d'un matériau capable de garder ses propriétés mécaniques à une température supérieure à 900°C, et de préférence supérieure à 1300°C, et de résister à l'oxydation à de telles températures. 20 Les particules 22 sont quant à elles utilisées afin de fragiliser la matrice et apporter son caractère abradable au revêtement abradable 2. Afin de fragiliser la matrice 21, les particules 22 sont réalisées dans un matériau dont les propriétés mécaniques se dégradent fortement par passage à un état fluide lors d'un contact entre le revêtement 25 abradable 2 et le sommet d'un aubage tournant de turbine haute pression 15, afin de former des zones de faiblesses dans la matrice 21. Lors d'un contact entre le sommet d'un aubage et le revêtement abradable, la température augmente très rapidement d'une centaine de degrés. 30 Cette augmentation de température fait passer les particules 22 d'un état solide à un état fluide, fragilisant ainsi le revêtement abradable 2 qui s'use par abrasion au contact du sommet de l'aubage. De plus, outre le fait d'apporter son caractère abradable au revêtement abradable 2, le fait que les particules 22 forment une phase 35 fluide permet de lisser la surface dudit revêtement abradable 2 après le contact avec le sommet de l'aubage. 6 Le lissage du revêtement abradable 2 permet d'améliorer les performances aérodynamiques de l'anneau de carter recouvert par ledit revêtement abradable 2. En outre, le fait que les particules 22 forment une phase fluide 5 permet une auto-cicatrisation du revêtement abradable 2 lors du refroidissement dudit revêtement abradable 2, le fluide provenant des particules venant combler les fissures dudit revêtement abradable 2 par exemple provoquées par un différentiel de dilatation thermique, ce qui améliore la durée de vie dudit revêtement abradable 2. 10 Pour réaliser un tel revêtement abradable, deux variantes sont possibles. Selon une premier mode de réalisation, la matrice 21 est en un premier matériau céramique, et les particules 22 sont dans un premier matériau céramique. 15 Le premier matériau céramique possède une viscosité dynamique supérieure ou égale à 1012 Pa.s à 1300°C, tandis que le deuxième matériau céramique possède une viscosité dynamique inférieure ou égale à 102 Pa.s à 1300°C. La viscosité dynamique est ici mesurée par avec un 20 viscosimètre Brookfield RVT équipé d'un mobile tournant à 20 tr/minute ou par une mesure d'écoulement. Le fait que le premier matériau céramique par exemple possède une viscosité dynamique supérieure à 1012 Pa.s à 1300°C permet à la matrice 21 de garder ses propriétés mécaniques, et ainsi permet au 25 revêtement abradable 2 de résister à la température très élevée. Le fait que le second matériau céramique possède une viscosité dynamique inférieure ou égale à 102 Pa.s à 1300°C permet de fragiliser suffisamment la matrice 21. De plus, une viscosité aussi faible du second matériau permet 30 que le frottement du sommet de l'aubage vienne lisser la surface du revêtement abradable 2, améliorant ainsi les performances aérodynamiques du revêtement abradable 2. Une telle viscosité aussi permet également au second matériau constituant les particules 22 d'être suffisamment fluide pour qu'il puisse 35 s'écouler et ainsi combler les éventuelles fissures qui peuvent apparaître 7 dans le revêtement abradable 2, donnant ainsi un effet auto-cicatrisant audit revêtement abradable 2. La matrice 21 est de préférence en disilicate d'yttrium (Y2Si207), permettant ainsi au revêtement abradable 2 de résister de manière 5 durable à un fonctionnement à 1300°C. Les particules 22 peuvent être en céramique feldspathique, de préférence en céramique feldspathique qui présente un teneur en cristaux de leucite supérieure ou égale à 100/0 car elle présente une résistance mécanique améliorée et un coefficient de dilatation thermique augmenté. 10 Les particules 22 peuvent également être en une vitrocéramique, qui est un matériau mis en forme à l'état de verre puis traité thermiquement pour obtenir une cristallisation partielle contrôlée. Les particules 22 peuvent en aussi être en verre hydrothermal, qui est un matériau monophasé, sans phase cristalline, dans la structure 15 duquel des ions OH ont été incorporés. Les particules 22 peuvent également être en silice Si02 ou en verre réfractaire à base silico-alumineux où la silice est présente à au moins 60%. Selon un deuxième mode de réalisation, la matrice 21 est en un 20 premier matériau métallique, et les particules 22 sont dans un deuxième matériau métallique. Le premier matériau métallique composant la matrice 21 possède une température de fusion supérieure à 900°C, et de préférence supérieure à 1000°C, et de manière encore plus préférentielle supérieure 25 à 1100°C, de manière à garder de bonnes propriétés mécaniques et assurer la tenue du revêtement abradable 2 à de telles températures. Le deuxième matériau métallique composant les particules 22 possède quant à lui une température de fusion inférieure au moins inférieure à 50°C à la température de fusion du premier matériau 30 métallique. Une telle différence de température de fusion permet que les particules 22 passent à l'état liquide lors d'un contact entre le sommet d'un aubage et le revêtement abradable 2 sous l'effet de l'augmentation de la température, fragilisant ainsi la matrice 21 qui est restée solide. 35 Préférentiellement, le deuxième matériau métallique possède une température de fusion inférieure de 50°C à 200°C à la température de 8 fusion du premier matériau métallique. En effet, il est avantageux que d'une part la différence de température de fusion ne soit pas trop importante pour éviter que le deuxième matériau passe à l'état liquide à une température trop basse, ce qui favoriserait l'érosion du revêtement 5 abradable 2 ainsi que la perte en surface de cette phase liquide. Le premier matériau composant la matrice 21 est de préférence est un MCrAIY, avec M désignant le nickel (Ni), ou le cobalt (Co), ou un alliage de nickel et de cobalt. Le deuxième matériau composant les particules 22 peut être par 10 exemple de l'aluminium ou un alliage d'aluminium pour une base de matériau de classe 900°C, ou bien par exemple des particules d'argent ou d'alliage d'argent, ou des particules de cuivre ou d'alliage de cuivre pour une base matériau de classe 1000-1050°C. Par alliage d'aluminium, d'argent et de cuivre on comprend ici 15 un alliage dont le composant principal est respectivement l'aluminium, l'argent et le cuivre. Le premier mode de réalisation offre l'avantage d'une tenue à des températures très élevées, de l'ordre de 1300°C, et possède également une résistance à l'oxydation à de telles températures. 20 Le deuxième mode de réalisation offre quant à lui plus de simplicité de fabrication de par sa nature métallique, mais possède une tenue à la température moins importante, supérieure à 900°C et inférieure à 1300°C. Par ailleurs, pour le premier et le deuxième mode de réalisation, 25 les particules 22 peuvent avoir une taille moyenne comprise entre 45 pm et 90 pm, permettant ainsi aux particules 22 de pouvoir passer rapidement dans l'état fluide. Par « taille moyenne » on désigne la dimension donnée par la distribution granulométrique statistique à la moitié de la population, dite 30 D50. Les particules 22, pour l'un quelconque des modes de réalisation, sont préférentiellement en forme de billes comme illustré à la figure 2, mais peuvent également avoir une forme aciculaire. De plus, pour le premier et le deuxième mode de réalisation, le 35 revêtement abradable 2 comprend un taux de charge volumique de particules 22 compris entre 30% et 70%, la matrice 21 occupant le reste. 9 Une telle proportion de particules permet d'assurer une bonne abradabilité du revêtement abradable 2, d'assurer également un bon effet lissant et un bon effet auto-cicatrisant, tout en assurant une résistance suffisante dudit revêtement abradable 2. 5 Le revêtement abradable 2, selon l'un quelconque des modes de réalisation, peut être fabriqué par projection thermique durant laquelle le premier matériau formant la matrice 21 et le deuxième matériau formant les particules 22 sont projetés ensemble sur un support à recouvrir en étant mélangés dans les proportions désirées. 10 Le revêtement abradable 2 peut également être obtenu par frittage ou par procédé MIM (moulage par injection, ou «filetai Injection Molding »selon la terminologie anglo-saxonne bien connue). Par ailleurs, un agent porogène, comme par exemple un polyester ou un polyamide, peut être utilisé durant la fabrication du 15 revêtement abradable 2 afin de le rendre poreux et améliorer son abradabilité, notamment à plus basse température. Ainsi, le revêtement abradable 2 peut comprendre un taux de porosité compris entre 5% et 30%. L'expression « compris(e) REVENDICATIONS1. Revêtement abradable (2) pour pièce de turbomachine, caractérisé en ce qu'il comprend une matrice (21) en un premier matériau céramique et des particules (22) en un deuxième matériau céramique dispersées dans ladite matrice (21), le premier matériau céramique possédant une viscosité dynamique supérieure ou égale à 1012 Pa.s à 1300°C, le deuxième matériau céramique possédant une viscosité dynamique inférieure ou égale à 102 Pa.s à 1300°C. 2. Revêtement abradable (2) selon la revendication 1 dans lequel le deuxième matériau céramique est une céramique feldspathique, une vitrocéramique, un verre hydrothermal, de la silice, ou un verre réfractaire à base silico-alumineux avec un taux de silice d'au moins 60%. 3. Revêtement abradable (2) selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, dans lequel le premier matériau est un disilicate d'yttrium ou une zircone yttriée. 4. Revêtement abradable (2) pour pièce de turbomachine, caractérisé en ce qu'il comprend une matrice (21) en un premier matériau métallique et des particules (22) en un deuxième matériau métallique dispersées dans ladite matrice (21), le premier matériau métallique possédant une température de fusion supérieure à 900°C, le deuxième matériau métallique possédant une température de fusion inférieure d'au moins 50°C à la température de fusion du premier matériau métallique. 5. Revêtement abradable (2) selon la revendication 4, dans lequel le premier matériau métallique est un MCrAIY, avec M désignant Ni et/ou Co. 6. Revêtement abradable (2) selon l'une quelconque des revendications 4 à 5, dans lequel le deuxième matériau métallique est de l'aluminium ou un alliage d'aluminium, ou bien du cuivre ou alliage de cuivre, ou bien de l'argent ou un alliage d'argent. 11 7. Revêtement abradable (2) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel les particules (22) ont une taille moyenne comprise entre 45 pm et 90 pm. 5 8. Revêtement abradable (2) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel ledit revêtement abradable (2) comprend un taux de charge volumique de particules (22) compris entre 30% et 70%. 9. Revêtement abradable (2) selon l'une quelconque des revendications 10 1 à 8, dans lequel le revêtement abradable (2) comprend un taux de porosité compris entre 5% et 30%. 10. Turbomachine comprenant une turbine haute pression, la turbine haute pression (15) comprenant un revêtement abradable (2) selon l'une 15 quelconque des revendications 1 à 9.