Brevet FR3088346A1 — publié le 20200515

DESCRIPTION TITRE : PROCEDE DE DECAPAGE D'UNE PIECE DE TURBOMACHINE DOMAINE TECHNIQUE GÉNÉRAL ET ART ANTÉRIEUR L'invention concerne le domaine général des procédés de traitements de surfaces, et plus particulièrement les procédés de décapage de surfaces de pièces de turbomachines. Une turbomachine comporte classiquement au moins une veine d'écoulement à travers laquelle circule un flux d'air qui est compressé par un ou plusieurs compresseurs avant d'entrer dans une chambre de combustion où l'air est mélangé avec un carburant puis mis à feu. Le mélange de gaz brutes entraîne ensuite en rotation une ou plusieurs turbines qui entraînent en rotation le ou tes compresseurs, le flux de gaz étant ensuite éjecté. Les pièces de turbines, exposées à de très hautes températures, sont généralement traitées ou revêtues au moyen de matériaux ou d'alliages réfractaires de manière à limiter leur dégradation. Il est par exemple connu de revêtir de telles pièces d'une ou plusieurs couches d'alliages d'aluminium, dits aluminures, par exemple des aluminures de titane, et/ou d'une ou plusieurs couches d'oxydes, par exemple des oxydes de molybdène, ou des céramiques, formant une barrière thermique en surface de ta pièce. Lorsqu'il est nécessaire de réparer de telles pièces, des opérations de décapages des revêtements sont nécessaires afin de réhabiliter te matériau de base composant la pièce, appelé substrat. Ces étapes de décapage comportent classiquement plusieurs étapes : - au moins une étape de sablage ou de bain chimique de manière à éliminer ta barrière thermique, - au moins une étape de bain chimique de manière à éliminer les revêtements en aluminures, - au moins une étape supplémentaire de sablage de la pièce à ta sortie du bain chimique de manière à éliminer les résidus restants. 2 Ces opérations n'éliminent toutefois pas les oxydes ou contaminants incorporés dans les criques ou les défauts sur les surfaces des pièces. Afin de nettoyer ces criques d'éventuels oxydes ou de corrosion, une étape supplémentaire au cours de laquelle une opération thermochimique est effectuée sur ta pièce, classiquement dans un four à haute température et sous atmosphère fluorée (appelée classiquement FIC, de l'anglais Fluorine Ion Cleaning). De telles opérations sont cependant source de risques pour tes pièces en raison du danger potentiel d'attaque chimique du matériau du substrat par les produits chimiques utilisés. Les opérations de sablage, qui sont des opérations d'abrasion mécanique, agressent naturellement le substrat. De plus, ta recherche de gain de poids afin de minimiser le poids total des turbomachines amène tes pièces de turbomachine à présenter des parois de plus en plus fines, ce qui limite la marge de consommation de substrat au cours de tels procédés de décapage. La succession de ces opérations génère également une difficulté dans la qualité du traitement. En effet si une étape n'est pas réalisée parfaitement et laisse des zones non décapées, les opérations de traitement suivantes s'en trouveront également dégradées et ta pièce peut alors être rendue inutilisable, car ta réitération du procédé de manière à éliminer tes zones de revêtement restantes attaquerait te substrat trop en profondeur. D'autre part, tes bains chimiques utilisés contiennent des substances ou composants dangereux pour tes opérateurs, tels des acides fluorhydriques utilisés classiquement dans les bains de décapage d'aluminures. PRÉSENTATION GÉNÉRALE DE L'INVENTION Un but de l'invention est de simplifier le procédé de décapage des surfaces des pièces de turbomachines. Un autre but de l'invention est de réduire le risque de dégradation du substrat au cours de procédé de décapage de pièces de turbomachines. Un autre but de l'invention est de limiter l'utilisation de produits dangereux pour les opérateurs. 3 A cet effet, l'invention propose un procédé de décapage d'une pièce de turbomachine, comprenant tes étapes suivantes : - Positionnement de ta pièce dans une enceinte fermée, - Injection d'un mélange gazeux dans l'enceinte, le mélange gazeux comprenant un gaz halogéné, - Chauffage de l'enceinte, te procédé étant caractérisé en ce que : - te mélange gazeux comprend en outre du dihydrogène, - l'étape de chauffage est réalisée à une température supérieure à 1000`C et l'étape d'injection de mélange gazeux est réalisée en faisant circuler à travers l'enceinte un flux de mélange gazeux présentant un débit compris entre 6 et 15 fois te volume de l'enceinte par heure. Un tel procédé permet notamment d'éliminer en une phase de traitement thermochimique les couches du revêtement à base d'aluminures et les couches du revêtement à base d'oxydes métallique, ce qui permet de décaper la pièce et de révéler le substrat sans requérir à une étape de bain chimique ni de sablage pour éliminer ce type de couches. Le procédé de décapage est donc simplifié et rendu plus sûr, te substrat n'étant pas dégradé tors du procédé et les opérateurs n'étant pas mis en contact avec des produits dangereux. Un tel procédé est avantageusement complété par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison : - te mélange gazeux comporte du fluor ; élément halogéné permettant une vitesse de réaction plus élevée que lors de l'utilisation d'autre éléments halogénés ; - la température de l'étape de chauffage est supérieure à 1 030 ' C ; cela permet d'augmenter l'efficacité du procédé de décapage et nettoyage, notamment en augmentant ta cinétique de réaction ; - te mélange gazeux comporte en outre un gaz inerte, par exemple de l'argon ; cela permet de transporter les gaz réactifs et de contribuer à l'homogénéisation du mélange gazeux dans l'enceinte du four ; - une concentration du gaz halogéné dans le mélange gazeux est comprise entre 4% et 12%, préférentiellement entre 6% et 8% ; cela permet de contrôler la quantité du gaz réactif introduit dans l'enceinte ainsi contrôler la réaction en surface des pièces, notamment en maîtrisant la vitesse de diffusion des espèces ; 4 - te débit du flux de mélange gazeux est compris à entre 8 et 12 fois le volume de l'enceinte par heure ; cela permet d'apporter la quantité de gaz actif nécessaire et suffisante pour opérer une réaction efficace sur ta totalité de pièce dans l'enceinte ; - une pression totale dans l'enceinte est sensiblement égale à la pression atmosphérique ; - une pression totale dans l'enceinte est inférieure à ta pression atmosphérique ; cela permet un gain de temps, demande moins de gaz et est plus efficace car les gaz peuvent pénétrer plus rapidement et de façon très efficace dans des criques, fissures et cavités ; -le procédé consiste en une succession des étapes de : - Sablage de la pièce (1), - Positionnement de ta pièce (1) sablée dans t'enceinte (2) fermée, - Injection du mélange gazeux (3) dans l'enceinte (2) et - Chauffage de l'enceinte (2). PRÉSENTATION DES FIGURES [Fig. 1] La figure 1 est une représentation schématique représentant la réalisation d'un procédé de décapage d'une pièce selon l'invention. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de ta description qui suit, laquelle est purement illustrative et non limitative, et doit être tue en regard de la figure unique annexée qui est un schéma représentant un dispositif permettant de mettre en oeuvre un procédé de décapage d'une pièce selon l'invention. DESCRIPTION D'UN OU PLUSIEURS MODES DE MISE EN OEUVRE ET DE RÉALISATION L'invention concerne à un procédé de décapage d'une pièce 1 de turbomachine, caractérisé en ce qu'il comprend tes étapes suivantes : - Positionnement de ta pièce 1 dans une enceinte 2 fermée, - Injection d'un mélange gazeux 3 dans l'enceinte 2, te mélange gazeux 3 comportant au moins un gaz halogéné, - Chauffage de l'enceinte 2, Le procédé étant caractérisé en ce que : - te mélange gazeux comprend en outre du dihydrogène, - l'étape de chauffage est réalisée à une température supérieure à 1000°C, et - l'étape d'injection de mélange gazeux 3 est réalisée en faisant circuler à travers l'enceinte 2 un flux de mélange gazeux présentant un débit compris entre 6 et 15 fois te volume de l'enceinte 2 par heure. L'invention s'applique avantageusement à une pièce 1 comportant un revêtement 4 comportant au moins une couche aluminure 41 comprenant une ou plusieurs espèces d'aluminures, ou au moins une couche oxyde 42 comprenant une ou plusieurs espèces d'oxydes métalliques, ou une combinaison de telles couches. Au cours de ce procédé, te ou les gaz halogénés réagissent avec les couches aluminures 41 et les couches oxydes 42 selon tes réactions suivantes : Pour tes espèces atuminures : HX(g) + ScAl(s) -> AIX3(g) + H2 + Sc(s) Pour tes espèces oxydes : HX(g) + MxOy(s) -> MxX (g) + H20(g) Avec X une espèce halogène, H de l'hydrogène, M un métal, O de l'oxygène, At de l'aluminium, Sc un métal de transition. Par exemple, X peut être du fluor, du chrome, du brome ou de l'iode et Sc peut être du Nickel, du cobalt, du titane ou tout autre métal de transition. Préférentiellement, l'espèce halogène X comporte du fluor, par exemple sous forme d'acide fluorhydrique. Le fluor présente une réactivité importante et permet une réaction plus rapide qu'avec t'utilisation d'autres éléments halogénés. Il est entendu que ce type de réaction est un exemple à titre illustratif, et le procédé peut s'appliquer à tout composé aluminure ou aluminure modifié, et non uniquement l'aluminure de nickel. On peut citer notamment tes aluminures de nickel, les aluminures modifiés platine, tes aluminures de cobalt, tes aluminures de titane, ... Les couches du revêtement à base d'aluminures 41 et les couches du revêtement à base d'oxydes métallique 42 sont donc éliminées en une phase de traitement thermochimique, ce qui permet de décaper la pièce 1 et de révéler le substrat 5 sans requérir à une étape de bain chimique ni de sablage pour éliminer ce type de couches. Le procédé de décapage est donc simplifié et rendu plus sûr, le substrat 5 n'étant pas dégradé lors du procédé et tes opérateurs n'étant pas mis en contact avec des produits dangereux. 6 L'enceinte 2 est traversée en continu par un flux de mélange gazeux 3 qui présente un débit représentant entre 6 et 15 fois le volume de ('enceinte 2 par heure, préférentiellement entre 8 et 12 fois le volume de l'enceinte 2 par heure. Cela permet d'apporter ta quantité de gaz actif nécessaire et suffisante pour opérer une réaction efficace sur ta totalité de pièce dans l'enceinte (en termes de volume ou de surface). Le débit de mélange gazeux 3 peut être adapté en fonction de la quantité de pièces 1 à traiter, ou de la surface totale à décaper. A titre d'exempte, te débit en gaz halogéné peut être compris entre 6L/ min et 10L/min, et le débit en d'hydrogène peut être compris entre 130 L/min et 160 L/ min pour une enceinte ayant un volume de l'ordre d'1 m3 dans laquelle sont placées 45 pièces 1. La phase de chauffage comprend une montée en température, un palier de maintien en température et un refroidissement. Le palier de maintien en température peut durer entre 2 heures et 10 heures, préférentiellement entre 3,5 heures et 5,5 heures (comprendre 3 heures et 30 minutes ou 5 heures et 30 minutes). La température du palier de maintien est supérieure à 1000'C, préférentiellement supérieure à 1030`C, par exemple comprise entre 1035' C. et 1055'C. De tels intervalles de température ont pour effet d'augmenter l'efficacité du procédé de décapage et nettoyage par rapport à un nettoyage simple des oxydes, comme c'est le cas lors de procédés de FIC standard. En effet, ta cinétique des réactions mises en jeu, soit avec les oxydes soit avec les alliages NiAt ou NiAlPt du revêtement à décaper, est fonction de la température. Avantageusement, une étape de sablage peut être réalisée préalablement au traitement thermochimique. Cela permet d'éliminer des résidus de combustion, par exemple de calamine, formées en surface du revêtement 4 au cours du fonctionnement de la turbomachine, ainsi que d'éventuelles couches de barrières thermiques 43 en céramique et les couches passivantes 44 qui les recouvrent, par exemple des couches comprenant du calcium-magnésium-aluminosilicate. 7 L'étape de sablage permet ainsi de révéler tes couches aluminure 41 et les couches oxydes 42 du revêtement, qui seront éliminées en une phase de cycle thermochimique. L'étape de sablage réalisée en amont ne représente ainsi pas de danger pour te substrat 5. Après te sablage préalable, une ou plusieurs pièces 1 sont placées dans une enceinte 2 fermée, préférentiellement sur une grille, permettant une meilleure circulation du mélange gazeux 3 le long de toute ta surface de la ou les pièces 1, ce qui améliore le traitement. Le mélange gazeux 3 est ensuite injecté dans l'enceinte 2. Optionnellement, te mélange gazeux 3 comporte en outre un composant ou une combinaison de composants parmi tes composants suivants : - acide fluorhydrique HF, - acide chlorhydrique HO, - acide bromhydrique HBr, - acide iodhydrique HI. Le mélange gazeux 3 peut en outre avantageusement comporter du dihydrogène. Optionnellement mais avantageusement, te mélange gazeux 3 comporte en outre un gaz inerte, par exemple de l'hélium, du néon, de l'Argon, du krypton, du xénon ou du radon, ou une combinaison de ces éléments. Cela permet de transporter tes gaz réactifs et de contribuer à l'homogénéisation du mélange gazeux 3 dans l'enceinte 2 du four. La concentration de gaz halogéné dans te mélange gazeux 3 est avantageusement compris entre 4% et 12%, préférentiellement entre 6% et 8%. Cela permet de contrôler ta quantité du gaz réactif introduit dans l'enceinte ainsi optimiser ta réaction en surface des pièces. Cela permet d'optimiser le processus de manière à éviter que tes réactions ne deviennent trop lentes si tes concentrations sont faibles, ou au contraire éviter que des concentrations fortes n'entraînent une saturation de l'atmosphère qui nuirait à l'efficacité des réactions et entraînerait un risque de contamination du matériau de base (fluor, chlore ,...). 8 La concentration en gaz halogénés a notamment une influence sur la vitesse de diffusion des espèces réactifs, avec ta température. Optionnellement, l'alimentation de l'enceinte 2 en mélange gazeux 3 suit un cycle séquentiel, et présente : - une phase d'injection, au cours de laquelle le mélange gazeux 3 est injecté dans l'enceinte 2, - une phase de traitement au cours de laquelle le mélange gazeux 3 est maintenu dans l'enceinte 2 au cours du chauffage de manière à réagir avec le revêtement 4, et - une phase de purge au cours de laquelle tes réactifs de traitement sont évacués avec le mélange gazeux 3 contenu dans l'enceinte 2. Consécutivement à ta phase de purge, une nouvelle phase d'injection est réalisée et un cycle d'alimentation recommence tant que le traitement thermochimique n'est pas terminé. Le traitement thermochimique peut être réalisé à pression atmosphérique, ou préférentiellement sous pression réduite (ou basse pression, c'est-à-dire inférieure à 300 mbar). Le traitement sous pression réduite permet un gain de temps, demande moins de gaz et est plus efficace car les gaz peuvent pénétrer plus rapidement et de façon très efficace dans des criques, REVENDICATIONS1. Procédé de décapage d'une pièce (1) de turbomachine, comprenant les étapes suivantes : - Positionnement de ta pièce dans une enceinte (2) fermée, - Injection d'un mélange gazeux (3) dans l'enceinte (2), le mélange gazeux (3) comprenant un gaz halogéné, - Chauffage de l'enceinte (2), le procédé étant caractérisé en ce que : - te mélange gazeux comprend en outre du dihydrogène, - l'étape de chauffage est réalisée à une température supérieure à 1000°C et - l'étape d'injection de mélange gazeux (3) est réalisée en faisant circuler à travers l'enceinte (2) un flux de mélange gazeux (3) présentant un débit compris entre 6 et 15 fois le volume de l'enceinte (2) par heure. 2. Procédé de décapage selon la revendication 1, dans lequel le mélange gazeux comporte du fluor. 3. Procédé de décapage selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel la température de l'étape de chauffage est supérieure à 1030'C. 4. Procédé de décapage selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel te mélange gazeux (3) comporte en outre un gaz inerte, par exemple de l'argon. 5. Procédé de décapage selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel une concentration du gaz halogéné dans le mélange gazeux (3) est comprise entre 4% et 12%, préférentiellement entre 6% et 8%. 6. Procédé de décapage selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel te débit du flux de mélange gazeux (3) est compris à entre 8 et 12 fois te volume de l'enceinte (2) par heure. 7. Procédé de décapage selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel une pression totale dans t'enceinte (2) est sensiblement égale à ta pression atmosphérique. 8. Procédé de décapage selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel une pression totale dans ('enceinte (2) est inférieure à ta pression atmosphérique. 10 9. Procédé de décapage selon l'une des revendications 1 à 8, ledit procédé comprenant uniquement les étapes de : - Sablage de la pièce (1), - Positionnement de ta pièce (1) sablée dans l'enceinte (2) fermée, - Injection du mélange gazeux (3) dans l'enceinte (2) et - Chauffage de l'enceinte (2).