Brevet FR3094990A1 — publié le 20201016

Description Titre de l'invention : PROCÉDÉ DE RÉCUPÉRATION DE MÉTAUX PRÉCIEUX DANS UNE COUCHE DE REVÊTEMENT MÉTALLIQUE DE PIÈCE DE TURBOMACHINE Domaine technique de l'invention 100011 La présente invention concerne le domaine de la récupération de métaux précieux, en particulier dans une couche de revêtement d'une pièce mécanique de turbomachine. Arrière-plan technique [0002] Il est connu que l'efficacité de certaines pièces mécaniques, notamment de tur- bomachine, telles qu'une turbine à gaz est fortement dépendante de sa température de fonctionnement. Cette température est limitée par la résistance aux températures élevées des matériaux qui composent ladite turbine à gaz. Les alliages métalliques et notamment les superalliages métalliques à base de nickel (Ni) sont actuellement les matériaux de choix pour former les substrats des parties chaudes des turbines à gaz. On appelle « parties chaudes » les pièces mécaniques situées notamment en sortie de la chambre de combustion. Ces superalliages ont pour principal avantage de combiner une résistance à un Iluage élevé à haute température avec une résistance satisfaisante à l'oxydation et la corrosion. Certaines nuances de superalliages à base de nickel (Ni) sont ainsi employées pour la fabrication de pièces monocristallines fixes (distributeurs, segments d'anneau) ou mobiles (aubes de turbine). La tenue aux températures élevées de ces pièces chaudes est principalement due à la microstructure particulière de ces matériaux. En effet, ces superalliages sont composés d'une matrice désordonnée « y - Ni » de structure dite CFC et de précipités durcissant ordonnés « y'-Ni3A1 » de structure dite L12. Cette microstructure est obtenue par un contrôle rigoureux des procédés de fonderie et. traitement thermiques successifs utilisés pour la fabrication de ces pièces en superalliages. [0003] Les pièces mécaniques sont recouvertes d'un système de protection thermique pour améliorer leur tenue. Elles sont notamment recouvertes de revêtements en particulier métalliques adaptés à ces superalliages. Ces revêtements métalliques ont été développés afin d'augmenter la résistance des pièces chaudes à l'environnement agressif dans lequel elles sont utilisés, notamment la résistance à l'oxydation et à la corrosion. De plus, un revêtement céramique de faible conductivité thermique, remplissant une fonction de barrière thermique, peut être ajouté pour réduire la température à la surface du revêtement métallique, et donc des pièces mécaniques. [0004] Typiquement, une pièce mécanique bénéficiant d'une « protection complète » comporte au moins deux couches par-dessus sa structure de coeur (ou substrat) en 2 matériau métallique (souvent en superalliage) : [0005] - une première couche interne appelée sous-couche ou couche de liaison; et [0006] - une deuxième couche externe appelée barrière thermique ou « TBC conformément à l'acronyme anglais pour « Thermal Barricr Coating ». [0007] La première couche est directement déposée sur la pièce mécanique en superalliage à protéger. Cette première couche présente une composition variant en fonction du substrat de la pièce mécanique à protéger. Toutefois, elle comporte généralement diverses quantités d'alliages métalliques alumino-forrneurs de type MCrAlY (généralement avec M=Ni (nickel) ou Co (cobalt) ou les deux. Cr pour chrome, Al pour aluminium et Y pour Yttrium) ou des alliages de type aluminiurc de nickel (NixAly), certains contenant en particulier du platine (NixAlyPtz), ou y(Ni)-Fy'-(Ni3A1) simples ou modifiés platine.. Cette première couche comporte ainsi très souvent du platine (Pt) [0008] La deuxième couche, est classiquement un revêtement céramique comprenant par exemple de la zircone yttriée, aussi appelée « YSZ » conformément à l'acronyme anglais pour « Yttria Stabilized Zirconia » ou « YPSZ » conformément à l'acronyme anglais pour « Yttria Partially Stabilized Zirconia ». Cette deuxième couche présente une structure poreuse. [0009] Cette deuxième couche peut être déposée par différents procédés, tels que l'évaporation sous faisceau d'électrons (« EB-PVD » conformément à l'acronyme anglais pour « Electron Beam Physical Vapor Deposition »), la projection thermique (« APS » conformément à l'acronyme anglais pour « Atmospheric Plasma Spraying » ou « SPS » conformément à l'acronyme anglais pour « Suspension Plasma Spraying »). [0010] Du fait de l'utilisation de ces matériaux dans des environnements présentant des tem- pératures élevées, par exemple de 650°C à 1150°C, il se produit des phénomènes d'inter-diffusion à l'échelle microscopique entre le matériau métallique (superalliage) formant le substrat de la pièce mécanique et le matériau métallique de la sous-couche. Ces phénomènes d'inter-diffusion, associés à l'oxydation de la sous-couche, modifient notamment la composition chimique, la microstructure. La modification de la composition chimique et de la microstructure ont deux conséquences : [0011] - la modification des propriétés mécaniques du matériau métallique (superalliage) de la pièce mécanique sous le revêtement et la réduction ou limitation ainsi la durée de vie, [0012] - la diminution de la quantité de métal précieux présent dans la sous-couche. [0013] Dans le cas de l'utilisation d'une sous-couche contenant du platine (Pt), par exemple de type NiAlPt, la quantité de platine (Pt) déposée sur la pièce mécanique telle qu'une aube de turbine haute pression (HP) d'une turbomachine (classiquement présentant une 3 masse de 130 g) est d'environ 1 g. Ceci correspond à une épaisseur de dépôt de 5pm. Malgré les phénomènes d'inter-diffusion, après une utilisation de 1000 cycles en service, la quantité de platine (Pt) présente dans la sous-couche reste toutefois supérieure à 0,5 g. [0014] Aucun procédé n'est mis en oeuvre actuellement pour réutiliser et valoriser cc métal précieux. [0015] Le présent déposant s'est donc fixé notamment comme objectif de proposer une méthode de récupération des métaux précieux utilisés dans l'élaboration des revêtements pour pièces mécaniques de turbomachine. Résumé de l'invention [0016] On parvient à cet objectif conformément à l'invention grâce à un procédé de récu- pération de métaux précieux sur une pièce mécanique dont une surface est revêtue d'une couche de revêtement métallique qui comporte des particules d'au moins un métal précieux, caractérisé en ce que ledit procédé comporte les étapes suivantes : [0017] - décapage de la surface de la pièce mécanique de manière à séparer la couche de re- vêtement de la pièce mécanique, [0018] - extraction du métal précieux par un procédé de recyclage. [0019] Ainsi, cette solution permet d'atteindre l'objectif susmentionné. En particulier, les métaux précieux de la couche de revêtement qui n'étaient, jusqu'ici, pas considérés comme aptes à être recyclés, peuvent être récupérés, recyclés et valorisés. [0020] Le dispositif de mesure comprend également l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison : [0021] - l'étape de décapage est un décapage mécanique te qu'un sablage ou un grenaillage, [0022] - une poudre est obtenue à l'issue de l'étape de décapage mécanique, que cette poudre comporte des poussières de métal précieux et que ces poussières de métal précieux sont récupérées par le procédé de recyclage, [0023] - l'étape de décapage est un décapage chimique, [0024] - le décapage chimique est un décapage dans un bain de solution d'acide phos- phorique à 70-75%, à une température de bain fixée entre 45 et 55°C, pendant une durée de 20 à 40 min, de préférence 30 min, [0025] - une solution est obtenue à l'issue de l'étape de décapage chimique, que cette solution comporte des particules de métal précieux et que ces particules de métal précieux sont récupérées par le procédé de recyclage, [0026] - le procédé de recyclage est du type hydrométallurgique ou pyrométallurgique. Brève description des figures 100271 L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ex- plicative détaillée qui va suivre, de modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples purement illustratifs et non limitatifs, en référence au dessin schématique annexé : [0028] [fig.1] La figure 1 représente une coupe partielle d'une pièce mécanique notamment de turbomachine comprenant un substrat métallique et un revêtement métallique protégeant ce substrat ; [0029] [fig.2] La figure 2 est un schéma illustratif du procédé selon l'invention. Description détaillée de l'invention [0030] La figure 1 montre une vue partielle et en coupe d'une pièce mécanique 10 de tur- bomachine qui comprend un revêtement destiné à la protéger d'un environnement agressif [0031] Cette pièce mécanique 10 peut être une aube 10 de turbomachine constitué d'un substrat 11 formant le corps de la pièce 10 et réalisé dans un matériau en superalliage à base de nickel (Ni). L'aube 10 présente au-moins une surface revêtue d'une première couche de revêtement métallique 12 (dite sous-couche métallique 12). Cette sous-couche 12 comporte classiquement du métal précieux, en particulier du platine (Pt). L'aube 10 peut être également revêtue d'une deuxième couche en matériau céramique 14 servant de barrière thermique. Cette deuxième couche 14 est généralement très dégradée durant le service et il n'en reste, en fin de vie de l'aube 10, que des résidus. Ces résidus sont éliminés lors d'une l'étape de décapage chimique et ou mécanique (voir plus bas). [0032] Néanmoins, même si la deuxième couche 14 était en parfait état, comme il s'agit d'une couche poreuse, l'étape de décapage chimique ou mécanique serait suffisante à l'éliminer. [0033] Bien entendu, l'invention s'applique à toute pièce mécanique 10 dont le substrat 11 est métallique ou en alliage métallique tel que du cobalt (Co), du fer (Fe) ou du titane (Ti) et dont le revêtement comprend d'autres types de métaux précieux comme par exemple du ruthénium (Ru) ou du rhénium (Re). [0034] La figure 2 illustre donc schématiquement le procédé selon les deux modes de réa- lisations possibles appliqué à cette aube 10 de turbomachine en superalliage à base de nickel (Ni). [0035] Le procédé de récupération est constituée des étapes suivantes : [0036] - décapage de la surface de l'aube 10 de manière à extraire/séparer la couche de re- vêtement métallique 12, [0037] - extraction du métal précieux de la couche de revêtement métallique 12 décapée (et donc extraite/séparée de l'aube 10). [0038] Le décapage de la surface de l'aube 10 permet ainsi de réduire en poussières ou mettre en solution la sous-couche métallique 12. [0039] Ce décapage peut consister en : [0040] - un décapage mécanique (par exemple par un processus de sablage ou de grenaillage ou encore une meule. [0041] - un décapage chimique (par exemple au moyen d'une solution d'acide concentrée). [0042] Dans le cas d'un décapage mécanique, des éléments abrasifs sont projetés sur la surface de la pièce mécanique 10 pour enlever la couche de revêtement métallique 12. On obtient ainsi une poussière qui est ensuite récupérée pour en extraire le platine (Pt) via, par exemple, un procédé de recyclage de type hydrométallurgique ou pyrométallurgique décrit plus loin. [0043] Par exemple, un sablage automatique (d'une durée de 30s, à une pression de sablage : 2.5 bar +/- 0.2 bars) avec, par exemple, du sable comme éléments abrasifs, « Corindon 220 mcsh » permet d'enlever quelques microns de sous-couche 12 de la surface de l'aube 10 et ainsi de récupérer la poussière comportant le platine (Pt) à récupérer. [0044] La pyrornétallurgic est un procédé métallurgique thermique connu en soi et clas- siquement utilisé pour séparer et récupérer des métaux. De même pour l'hydrométallurgie qui est un procédé de traitement des métaux par voie liquide et qui consiste à mettre en solution les différents métaux contenus dans un minerai ou un concentré afin de les séparer pour, notamment, les valoriser. [0045] Dans le cas d'un décapage chimique, on utilise typiquement une solution d'acide concentrée, par exemple de l'acide phosphorique (H3PO4), pour dissoudre le platine (Pt) présent dans la sous-couche 12. Ce décapage chimique peut notamment être un décapage dans un bain de solution d'acide phosphorique (solution concentrée à 70-75% en masse). Le bain peut être maintenu à une température de bain comprise entre 45 et 55°C. La durée (lu décapage chimique peut être comprise entre 20 et 40 min de préférence 30 min. Ceci permet de dissoudre la sous-couche 12 d'une aube de turbine 10 sur environ 5 pm. [0046] Cette solution est ensuite récupérée afin d'en extraire le platine (Pt) via un procédé de recyclage métallurgique ou pyrométallurgique. [0047] A l'issu de cette étape de décapage, l'aube 10 dont la sous-couche 12 a été extraite, peut subir les opérations de traitements habituels suivantes : [0048] - revente au prix du métal ; [0049] - refonte par un élaborateur de matière pour élaborer un nouveau lingot d'alliage [0050] - recyclage du substrat 11 de l'aube 10 afin de récupérer des métaux rares éven- tuellement présents celui-ci (et non dans la sous-couche 12), tels que le rhénium (Re), le ruthénium (Ru), le platine (Pt), ou autre métal d'intérêt pour le recyclage. [0051] Le présent procédé permet ainsi d'améliorer sensiblement le recyclage d'une pièce mécanique 10 en fin de vie. Il permet également une meilleure valorisation des pièces 6 en fin de vie. La séparation entre la sous-couche 12 et le superalliage constitutif de la pièce mécanique 10 permet ensuite d'envisager une utilisation distincte dc ces deux éléments et de les valoriser/recycler de manière spécifique, diminuant de fait les pertes et le gaspillage. 7 REVENDICATIONS[Revendication 1] Procédé de récupération de métaux précieux sur une pièce mécanique (10) dont une surface est revêtue d'une couche de revêtement métallique (12) qui comporte des particules d'au moins un métal précieux, caractérisé en ce que ledit procédé comporte les étapes suivantes : - décapage de la surface de la pièce mécanique (10) de manière à séparer la couche de revêtement (12) de la pièce mécanique (10), - extraction du métal précieux par un procédé de recyclage. [Revendication 2] Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'étape de décapage est un décapage mécanique tel qu'un sablage ou un grenaillage. [Revendication 3] Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape de décapage est un décapage chimique. [Revendication 4] Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le décapage chimique est un décapage dans un bain de solution d'acide phosphorique à 70-75%, à une température de bain fixée entre 45 et 55°C, pendant une durée de 20 à 40 min, de préférence 30 min. [Revendication 5] Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le procédé de recyclage est du type hydrométallurgique ou pyrométallurgique.