Brevet FR3101642A1 — publié le 20210409

L’invention concerne un procédé d’assemblage par mise en contact d’une pièce métallique 36 susceptible de réagir chimiquement à chaud avec une pièce en matériau CMC, le procédé étant caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes : a) dépôt sur une partie 48 de la surface externe de la pièce métallique d’une couche 46 de matériau apte à s’oxyder par traitement chimique, b) oxydation à haute température de ladite couche 46 de matériau, c) mise en contact de la pièce métallique 36 et de la pièce en matériau CMC Figure à publier avec l’abrégé : Figure n°3 Etanchéité d’une turbine Domaine technique de l’invention La présente invention concerne les interactions chimiques une pièce métallique et une pièce en composite à matrice céramique dite CMC, et plus particulièrement dans une turbomachine Etat de la technique antérieure Il est connu de remplacer les pièces métalliques, dans une turbine de turbomachine, par des pièces en matériau CMC. Ce remplacement tire avantage du fait que les matériaux CMC présentent à haute température de meilleures propriétés mécaniques que les matériaux métalliques. Il est connu de remplacer les pièces métalliques, dans une turbine de turbomachine, par des pièces en matériau CMC. Ce remplacement tire avantage du fait que les matériaux CMC présentent à haute température de meilleures propriétés mécaniques que les matériaux métalliques. Il est ainsi connu de réaliser des anneaux ou des distributeurs de turbine à l’aide de pièces en CMC sectorisées. Ces secteurs d’anneau sont destinés à être agencés autour d’une rangée annulaire d’aubes mobiles. Ils peuvent aussi former un secteur de plateforme d’un distributeur de turbine en CMC. Ces anneaux sont fixés à un carter de turbine métallique. Les secteurs d’anneaux sont agencés circonférentiellement bout à bout et des moyens d’étanchéité sont ajoutés entre lesdits secteurs d’anneaux pour limiter les fuites d’air. Ces moyens d’étanchéité comprennent des languettes métalliques insérées pour moitié dans un bord circonférentiel d’un premier secteur d’anneau et pour l’autre moitié dans un bord circonférentiel d’un second secteur d’anneau circonférentiellement adjacent au premier secteur d’anneau. Les languettes d’étanchéité assurent donc l’étanchéité au flux d’air chaud lorsque les secteurs d’anneau en CMC s’écartent radialement en conséquence de la dilatation du carter métallique, ce qui entraine une fuite circonférentielle. Le matériau CMC utilisé pour réaliser les secteurs d’anneau comprend des fibres à base de SiC, c’est à dire du carbure de silicium, et une matrice à base de SiC et contenant également du Silicium libre. C’est ce silicium libre qui lui permet de réagir avec d’autres matériaux. Les languettes d’étanchéité métalliques comprennent un alliage à base nickel ou cobalt, par exemple à base de HA 188 qui est une nuance d’alliage à base Cobalt. Ces alliages sont choisis pour leur tenue mécanique à haute température et leur résistance à l’oxydation. Egalement, la réalisation de languettes en CMC s’avère délicate du fait de la faible épaisseur des languettes (inférieure à 1 mm) en rapport de la dimension des torons et du volume élémentaire représentatif de ces matériaux de bases pour constituer un CMC. A haute température, le silicium des secteurs d’anneau en CMC peut réagir chimiquement avec des éléments de l’alliage métallique (le nickel ou le cobalt par exemple) de la languette d’étanchéité sous la forme d’une diffusion en phase solide, typiquement à partir d’une température supérieure à 700°C. En plus de cette diffusion, un eutectique, formé à partir du silicium et des éléments de l’alliage métallique, à bas point de fusion peut être formé. Cet eutectique dégrade fortement le matériau CMC du secteur d’anneau et le matériau métallique de la languette d’étanchéité. Cette dégradation peut être une modification de la composition et de la microstructure, une diminution des propriétés mécaniques du CMC, une baisse de la durabilité de la pièce finale du fait de phénomènes de corrosion interne à cause des porosités créées ou encore la formation de fissures. Ces réactions chimiques entre des éléments de l’alliage formant la pièce métallique avec le silicium des secteurs d’anneau en CMC sont appelées par la suite « interactions CMC/Métal ». L'invention vise à empêcher les interactions CMC/Métal, à haute température, des secteurs d’anneau en CMC avec les languettes métalliques d’étanchéité disposées entre ces derniers Brève description des figures est une vue en perspective d’un anneau de turbine. est une vue en coupe d’un échantillon comprenant une pièce en AM1 et une pièce en CMC après une période de chauffage; comprend trois parties A, B et C nommées respectivement figure 3A, figure 3B et figure 3C. La figure 3A est une vue en coupe d’une pièce en métal ; la figure 3B est une vue en coupe de la pièce en métal de la figure 3A sur laquelle une couche de matériaux apte à s’oxyder a été déposée ; La figure 3C est une vue en coup de la pièce en métal de la figure 3B où la couche déposée est oxydée ; La figure 4 est une vue en coupe de l’échantillon de la figure 2, ayant subi un traitement chimique selon l’invention, après la même période de chauffage Procédé d’assemblage par mise en contact d’une pièce métallique (36) susceptible de réagir chimiquement à chaud avec une pièce en matériau composite à matrice céramique (38), le procédé étant caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes : a) dépôt sur une partie (48) de la surface externe de la pièce métallique (36) d’une couche (46) de matériau apte à s’oxyder par traitement chimique, b) oxydation à haute température de ladite couche (46) de matériau, c) mise en contact de la pièce métallique (36) et de la pièce en matériau composite à matrice céramique (38). Procédé selon la revendication 1, dans lequel la pièce en matériau composite à matrice céramique (38) est un secteur d’anneau de turbomachine destiné à être agencé autour d’une rangée annulaire d’aubes mobiles ou à former un secteur de plateforme d’un distributeur de turbine, et la pièce métallique (36) est une languette d’étanchéité destinée à être engagée pour partie dans un bord circonférentiel dudit secteur d’anneau (10). Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel ladite couche (46) apte à s’oxyder comprend de l’aluminium Procédé selon l’une des revendications 1 à 3, le traitement chimique est un traitement en phase vapeur. Procédé selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel la pièce métallique (36) comprend un alliage à base nickel ou cobalt et la pièce en matériau composite à matrice céramique (38) comprend du carbure de silicium et une matrice comportant du carbure de silicium et du silicium libre. Procédé selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel la couche de matériau déposée (46), apte à s’oxyder, est composée d’un alliage de nickel-aluminium, tel que de l’aluminure de nickel. Procédé selon l’une des revendications 1 à 6, dans lequel la couche de matériau déposée à l’étape a) est, à l’issue de l’oxydation de l’étape b), une céramique. Procédé selon la revendication 7, dans lequel la céramique est de l’alumine. Procédé selon la revendication 7, dans lequel, la couche (46) de matériau apte à s’oxyder comprend du platine ou d’autres réactifs améliorant, après oxydation, l’adhérence de l’alumine sur la surface externe de la pièce métallique (36).