Brevet FR3133625A1 — publié le 20230922

Le présent exposé concerne un procédé de fabrication d’un revêtement pour un substrat poreux, ainsi qu’une pièce mécanique munie d’un tel revêtement, le procédé comprenant les étapes suivantes : fourniture d’un substrat à protéger (31), le substrat (31) comprenant des porosités (34) ; fourniture d’une suspension liquide (15) comprenant au moins une première poudre (21) et une deuxième poudre (22), la première poudre (21) possédant un D50 strictement inférieur à celui de la deuxième poudre (22) et une mobilité électrophorétique strictement supérieure à celle de la deuxième poudre (22) ; fourniture d’un générateur électrique à courant continu (12) ; mise en place du substrat (31) dans la suspension (15), en tant que première électrode, et connexion du substrat (31) à une première borne du générateur électrique (12) ; mise en place d’une deuxième électrode (14) dans la suspension (15) et connexion de la deuxième électrode (14) à une deuxième borne du générateur électrique (12) ; et application d’une tension continuée ou pulsée d’au moins 10 V entre les deux électrodes (31, 14) durant au moins 1 minute. Fig. 5. Revêtement pour substrat poreux Le présent exposé concerne un procédé de fabrication d’un revêtement pour un substrat poreux, ainsi qu’une pièce mécanique munie d’un tel revêtement. Ce procédé est applicable pour n’importe quel type de substrat poreux. Il est toutefois particulièrement adapté pour les pièces en matériau composite C/C (carbone/carbone), notamment celles subissant un fort échauffement, telles que des freins, et exposées à des environnements particulièrement oxydants, notamment dans le domaine aéronautique. Grâce à leurs excellentes propriétés tribologiques et leur légèreté, les matériaux composites C/C se sont désormais imposés comme matériau de référence pour le freinage aéronautique. Toutefois, en raison de l’échauffement très important subit par les freins C/C, pouvant dépasser 1400 °C et même parfois atteindre 2000 °C, le carbone constitutif de ces freins est soumis à des phénomènes d’oxydation par l’air ambiant, ce qui réduit considérablement la durée de vie de ces freins C/C. Afin de lutter contre ces phénomènes d’oxydation, des revêtements de protection anti-oxydation sont classiquement appliqués sur les parties non frottantes des freins C/C, c’est-à-dire sur les parties exposées à l’oxygène de l’air. Toutefois, en raison de la grande variabilité des conditions oxydantes que peuvent rencontrer de tels freins C/C, selon les niveaux de température, les durées de fonctionnement, ou encore les éléments chimiques de l’environnement, notamment la présence d’eau, il est généralement nécessaire de cumuler deux mécanismes protecteurs. Le premier vise à piéger les catalyseurs d’oxydation du carbone, tels que l’acétate de potassium provenant en particulier des produits déverglaçants utilisés sur les pistes d’atterrissage. Le deuxième vise à réduire la vitesse de diffusion de l’oxygène vers le substrat carbone. Classiquement, ces deux mécanismes protecteurs font l’objet de couches distinctes. En effet, la protection anti-catalytique est généralement obtenue en appliquant sur les faces à protéger, à l’aide d’un pistolet, un précurseur qui doit ensuite subir une transformation nécessitant une température inférieure à 1000 °C. A l’inverse, la protection anti-diffusion est généralement obtenue par des procédés de dépôt à haute température, supérieure à 1000 °C. Toutefois, comme cela est représenté sur la , le procédé de dépôt classique de la protection anti-catalytique conduit à la formation d’îlots discontinus de principe actif 91, ici de l’alumino-phosphate Al(PO 3 ) 3 , laissant à nu des zones du substrat 92, le précurseur Al(H 2 PO 4 ) 3 comportant en effet une part d’eau qui s’évapore lors de sa transformation : la couche ainsi obtenue, discontinue, ne peut donc jouer le rôle de barrière à l’encontre de la diffusion de l’oxygène vers le substrat. Dès lors, il est généralement nécessaire de multiplier les étapes de dépôt et de stabilisation afin d’obtenir une protection anti-oxydation multicouche qui présente le niveau d’efficacité souhaité. Ce procédé classique présentait donc de nombreuses contraintes. En conséquence, il a été proposé dans la demande FR 21/11927 un nouveau procédé de dépôt mettant en œuvre la technique de l’électrophorèse. Ce nouveau procédé a montré de très bons résultats pour former un revêtement de protection monocouche : en effet, comme cela est représenté sur la , le revêtement 93 obtenu est dense et continu, ce qui permet de protéger efficacement le substrat 94, au moins tant que le revêtement est intact. Toutefois, comme cela est visible sur la , ce procédé permet uniquement de former une couche externe en surface du substrat : en particulier, on observe que le revêtement 93 ne pénètre pas du tout dans les porosités 95 du substrat 94. En conséquence, le substrat 94 est vulnérable en cas de rayure ou d’écaillage du revêtement 93 : en effet, dans un tel cas, les agents oxydants ou corrosifs de l’environnement peuvent pénétrer en profondeur dans le substrat 94 à travers le défaut du revêtement 93 puis à travers le réseau de porosités 95, ce qui peut entraîner une corrosion du substrat 94 sous le revêtement 93. Il existe donc un réel besoin pour un procédé de fabrication d’un revêtement pour substrat poreux, ainsi qu’une pièce mécanique munie d’un tel revêtement, qui soient dépourvus, au moins en partie, des inconvénients inhérents aux méthodes connues précitées. Le présent exposé concerne un procédé de fabrication d’un revêtement pour substrat poreux, comprenant les étapes suivantes : - fourniture d’un substrat à protéger, le substrat comprenant des porosités, - fourniture d’une suspension liquide comprenant au moins une première poudre et une deuxième poudre, la première poudre possédant un D50 strictement inférieur à celui de la deuxième poudre et une mobilité électrophorétique strictement supérieure à celle de la deuxième poudre, - fourniture d’un générateur électrique à courant continu, - mise en place du substrat dans la suspension, en tant que première électrode, et connexion du substrat à une première borne du générateur électrique, - mise en place d’une deuxième électrode dans la suspension et connexion de la deuxième électrode à une deuxième borne du générateur électrique, et - application d’une tension continue ou pulsée d’au moins 10 V entre les deux électrodes durant au moins 1 minute. En utilisant une suspension liquide de deux poudres présentant des tailles et des mobilités électrophorétiques différentes, il est possible, à l’aide d’une telle méthode d’électrophorèse, de former un revêtement double-couche dans lequel les particules de la poudre la plus fine pénètrent en profondeur dans les porosités du substrat, formant une couche interne, tandis que les particules de la poudre la plus grossière se déposent en surface du substrat, formant une couche externe. Grâce à une mobilité électrophorétique plus élevée, la première poudre atteint le substrat plus rapidement que la deuxième poudre, ce qui lui permet de pénétrer dans les porosités du substrat avant que ces dernières ne soient recouvertes en surface par les particules de la deuxième poudre. Cette méthode permet ainsi d’obtenir en une seule étape une double-couche de revêtement remplissant au moins deux fonctions. Il est ainsi possible de former, d’une part, une couche externe continue sur toute la surface du substrat plongée dans la suspension, avec une densité suffisante pour former une barrière efficace, par exemple contre la diffusion de l’oxygène, et, d’autre part, une couche interne comblant au moins en partie les porosités du substrat de manière à former une seconde barrière interdisant, en cas de rupture de la couche externe, la pénétration d’éléments de l’environnement au sein du réseau de porosités. Grâce à ce procédé, il est possible, le cas échéant, d’inclure dans la suspension plusieurs principes actifs différents afin de doter le revêtement de fonctions supplémentaires sans multiplier les couches et donc sans multiplier les coûts de fabrication et sans être limité par des problématiques de dilatation différentielle. Il est en particulier possible de choisir un ou plusieurs principes actifs différents pour chaque poudre afin de doter la couche externe et la couche interne de propriétés différentes. Cela dit, les deux poudres peuvent également comprendre la même composition chimique. De plus, l’usage de l’électrophorèse permet de former ce revêtement à partir d’une suspension liquide comprenant directement le ou les principes actifs, et non pas un précurseur comme cela était le cas dans certaines méthodes antérieures. De même, puisque le principe actif peut être déposé directement et de manière uniforme sur le substrat, il est possible de former une couche aussi épaisse que souhaité en une seule étape d’électrophorèse, sans recourir à des étapes de stabilisation intermédiaires. Cela permet également de réduire le temps de cycle. Dans certains modes de réalisation, le D90 de la première poudre est strictement inférieur au D10 de la deuxième poudre. On assure ainsi une différence de taille significative entre les deux poudres, ce qui réduit le risque que des particules de la première poudre restent bloquées en surface du substrat ou, à l’inverse, que des particules de la deuxième poudre ne pénètrent dans les porosités du substrat. Dans certains modes de réalisation, le D50 de la première poudre est strictement inférieur au diamètre moyen des porosités du substrat. De préférence, le D50 de la première poudre est inférieur ou égal à 50%, de préférence encore 10%, du diamètre moyen des porosités du substrat. Ceci permet une bonne pénétration des particules de la première poudre dans les porosités du substrat. Dans certains modes de réalisation, le D50 de la première poudre est inférieur ou égal à 0,5 µm, de préférence inférieur ou égal à 0,2 µm. Dans certains modes de réalisation, le D90 de la première poudre est inférieur ou égal à 1 µm, de préférence inférieur ou égal à 0,5 µm. Dans certains modes de réalisation, le D50 de la deuxième poudre est strictement supérieur au diamètre moyen des porosités du substrat. De préférence, le D50 de la deuxième poudre est supérieur ou égal à 150%, de préférence encore 200%, du diamètre moyen des porosités du substrat. Ceci réduit le risque que des particules de la deuxième poudre ne pénètrent dans les porosités du substrat. Dans certains modes de réalisation, le D50 de la deuxième poudre est supérieur ou égal à 0,5 µm, de préférence supérieur ou égal à 2 µm. Dans certains modes de réalisation, le D10 de la deuxième poudre est supérieur ou égal à 0,5 µm, de préférence supérieur ou égal à 1 µm. Dans certains modes de réalisation, le D50 de la deuxième poudre est inférieur ou égal à 5 µm. Dans certains modes de réalisation, la mobilité électrophorétique de la première poudre est au moins 25 % plus élevée, de préférence au moins 50 % plus élevée, que celle la deuxième poudre. Un tel écart permet de réduire le risque qu’une quantité trop importante de particules de la deuxième poudre n’atteigne le substrat avant les particules de la première poudre. Dans certains modes de réalisation, la mobilité électrophorétique de la première poudre est supérieure ou égale à 0,5 m²/V.s, de préférence supérieure ou égale à 0,7 m²/V.s. Dans certains modes de réalisation, la mobilité électrophorétique de la première poudre est inférieure ou égale à 2 m²/V.s. Dans certains modes de réalisation, la mobilité électrophorétique de la deuxième poudre est inférieure ou égale à 0,5 m²/V.s, de préférence inférieure ou égale à 0,3 m²/V.s. Dans certains modes de réalisation, la mobilité électrophorétique de la deuxième poudre est supérieure ou égale à 0,3 m²/V.s. Dans certains modes de réalisation, le procédé comprend, avant l’étape de fourniture de la suspension liquide, une étape de traitement de la première poudre entraînant l’ionisation de la surface des particules de la première poudre. Une telle ionisation permet d’augmenter artificiellement la mobilité électrophorétique de la première poudre. Dans certains modes de réalisation, la concentration, en masse, de la première poudre est supérieure à celle de la deuxième poudre. En effet, Comme la granulométrie de la première poudre est plus faible que la seconde, il est préférable de compenser cette différence de taille par une concentration plus élevée, par exemple environ deux fois plus élevée. Dans certains modes de réalisation, les particules de la première poudre pénètrent dans les porosités du substrat au moins sur 1 mm, de préférence au moins sur 2 mm, formant une couche de revêtement interne. Dans certains modes de réalisation, le procédé comprend en outre, après l’étape d’application de la tension, une étape de traitement thermique entraînant la cristallisation des particules de la première poudre. Une telle cristallisation entraîne une expansion du matériau de la première poudre, ce qui permet de colmater plus efficacement les porosités du substrat au sein de la couche interne du revêtement. Dans certains modes de réalisation, les particules de la deuxième poudre se déposent en surface du substrat, sans pénétrer dans les porosités du substrat, formant une couche de revêtement externe possédant une épaisseur supérieure ou égale à 10 µm, de préférence supérieure ou égale à 50 µm. Dans certains modes de réalisation, l’épaisseur de la couche de revêtement externe est comprise entre 10 et 300 µm, de préférence entre 50 et 150 µm. De telles plages d’épaisseur permettent en effet de restreindre efficacement la diffusion de l’oxygène au sein du revêtement. Dans certains modes de réalisation, le revêtement obtenu possède une masse surfacique comprise entre 10 et 50 mg/cm², de préférence entre 20 et 40 mg/cm². De telles plages de densité permettent en effet de restreindre efficacement la diffusion de l’oxygène au sein du revêtement. Dans certains modes de réalisation, le substrat est en matériau composite C/C. Dans certains modes de réalisation, au moins la première poudre ou la deuxième poudre comprend un principe actif de la famille des phosphates. Les phosphates permettent en effet de piéger les catalyseurs d’oxydation du carbone. On peut ainsi obtenir une protection anti-oxydation duale, possédant à la fois une fonction anti-catalytique et une fonction de barrière de diffusion. Dans certains modes de réalisation, la première poudre comprend un précurseur de monoaluminium phosphate, de la silice, de l’alumine ou de l’aluminophosphate. En particulier, l’aluminophosphate de formule Al(PO 3 ) 3 offre de très bonnes propriétés anti-catalytiques. Dans certains modes de réalisation, la deuxième poudre comprend des borosilicates avec des agents fondants tels que du bore. Ceci permet lors du traitement thermique de former une couche verrière protectrice. Cette deuxième poudre peut également contenir un précurseur de monoaluminium phosphate, de la silice, de l’alumine ou de l’aluminophosphate, e particulier, l’aluminophosphate de formule Al(PO 3 ) 3 . Dans certains modes de réalisation, la phase liquide de la suspension comprend du 1-propanol et/ou du 2-propanol. L’ensemble de ces deux espèces peut notamment constituer au moins 90% de la phase liquide, voire 100% de la phase liquide. En particulier, le 1-propanol et le 2-propanol peuvent être présents à parts égales dans la phase liquide. Dans certains modes de réalisation, la phase liquide de la suspension est constituée par un mélange à 50/50 de 1-propanol et/ou de 2-propanol. Dans certains modes de réalisation, la suspension comprend un stabilisant. Ce stabilisant permet de réduire la vitesse de sédimentation des particules mises en suspension, par effet de répulsion stérique ou électrostatique entre les particules. Dans certains modes de réalisation, le stabilisant comprend de l’acide phosphorique. De préférence, le stabilisant est exclusivement de l’acide phosphorique. Dans certains modes de réalisation, la concentration en stabilisant, dans la suspension, est comprise entre 1 et 10 g/L, de préférence entre 2 et 8 g/L, de préférence encore entre 3 et 5 g/L. Dans certains modes de réalisation, la distance séparant les électrodes est comprise entre 5 et 50 mm. Dans certains modes de réalisation, la tension appliquée entre les électrodes est comprise entre 10 et 200 V, de préférence entre 30 et 80 V, de préférence encore entre 40 et 60 V. Dans certains modes de réalisation, la tension appliquée entre les électrodes est une tension continue. Dans d’autres modes de réalisation, la tension appliquée entre les électrodes est une tension pulsée. Les inventrices ont découvert qu’une tension pulsée permet une meilleure infiltration de la suspension pour une même durée globale. La fréquence de pulsation est par exemple comprise entre 1 Hz et 10 kHz, de préférence entre 1 Hz et 100 Hz. Dans certains modes de réalisation, la phase durant laquelle la tension est appliquée (état haut et état bas pour une tension pulsée) présente une durée comprise entre 1 et 30 minutes, de préférence entre 1 et 10 minutes. Le présent exposé concerne également une pièce mécanique, comprenant un substrat, comprenant des porosités et possédant une surface à protéger, et un revêtement, continu et étanche, incluant - une couche de revêtement interne, s’étendant sous la surface à protéger et colmatant les porosités du substrat sur au moins 2 mm, et - une couche de revêtement externe, s’étendant sur la surface à protéger sur au moins 10 µm. Cette pièce mécanique bénéficie donc d’un revêtement double-couche capable de protéger la pièce en surface et en profondeur. Ce revêtement peut notamment être obtenu à l’aide d’un procédé de fabrication selon l’un quelconque des modes de réalisation précédents. Il en découle donc tous les avantages mentionnés ci-dessus au sujet du procédé. En particulier, toutes les caractéristiques facultatives du procédé, et tous les avantages qui y sont associés, peuvent être transposés directement à la pièce mécanique. Dans certains modes de réalisation, le substrat est en matériau composite C/C et le revêtement est une protection anti-oxydation comprenant un principe actif de la famille des phosphates. La pièce bénéficie ainsi d’une protection anti-oxydation possédant à la fois la fonction anti-catalytique et la fonction de barrière de diffusion. Le présent exposé concerne également un frein pour aéronef, comprenant une pièce mécanique selon l’un quelconque des modes de réalisations précédents. Le frein peut alors présenter à la fois une masse relativement faible et une bonne résistance à l’oxydation, y compris aux hautes températures. Les caractéristiques et avantages précités, ainsi que d'autres, apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit, d'exemples du procédé et de la pièce mécanique proposés. Cette description détaillée fait référence aux dessins annexés. Les dessins annexés sont schématiques et visent avant tout à illustrer les principes de l’exposé. Sur ces dessins, d’une figure à l’autre, des éléments (ou parties d’élément) identiques sont repérés par les mêmes signes de référence. La est une micrographie d’un revêtement anticorrosion selon un premier art antérieur. La est une micrographie d’un revêtement anticorrosion selon un deuxième art antérieur. La est un schéma de principe de l’étape d’électrophorèse. La représente une suspension liquide dans le cadre d’un exemple de réalisation. La représente une installation d’électrophorèse selon le cadre de l’exemple de réalisation. La représente la même installation d’électrophorèse à l’issue de l’étape d’électrophorèse. Procédé de fabrication d’un revêtement pour substrat poreux, comprenant les étapes suivantes : - fourniture d’un substrat à protéger (31), le substrat (31) comprenant des porosités (34), - fourniture d’une suspension liquide (15) comprenant au moins une première poudre (21) et une deuxième poudre (22), la première poudre (21) possédant un D50 strictement inférieur à celui de la deuxième poudre (22) et une mobilité électrophorétique strictement supérieure à celle de la deuxième poudre (22), - fourniture d’un générateur électrique à courant continu (12), - mise en place du substrat (31) dans la suspension (15), en tant que première électrode (13), et connexion du substrat (31) à une première borne du générateur électrique (12), - mise en place d’une deuxième électrode (14) dans la suspension (15) et connexion de la deuxième électrode (14) à une deuxième borne du générateur électrique (12), et - application d’une tension (U) continue ou pulsée d’au moins 10 V entre les deux électrodes (13, 14) durant au moins 1 minute. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le D90 de la première poudre (21) est strictement inférieur au D10 de la deuxième poudre (22). Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le D50 de la première poudre (21) est inférieur ou égal à 0,5 µm, de préférence inférieur ou égal à 0,2 µm, et dans lequel le D50 de la deuxième poudre (22) est supérieur ou égal à 0,5 µm, de préférence supérieur ou égal à 2 µm. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la mobilité électrophorétique de la première poudre (21) est au moins 25% plus élevée, de préférence au moins 50% plus élevée, que celle la deuxième poudre (22). Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la mobilité électrophorétique de la première poudre (21) est supérieure ou égale à 0,5 m²/V.s, de préférence supérieure ou égale à 0,7 m²/V.s, et dans lequel la mobilité électrophorétique de la deuxième poudre (22) est inférieure ou égale à 0,5 m²/V.s, de préférence inférieure ou égale à 0,3 m²/V.s. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel la concentration, en masse, de la première poudre (21) est supérieure à celle de la deuxième poudre (22). Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel les particules de la première poudre (21) pénètrent dans les porosités (34) du substrat (31) au moins sur 1 mm, de préférence au moins sur 2 mm, formant une couche de revêtement interne (41), et dans lequel les particules de la deuxième poudre (22) se déposent en surface (32) du substrat (31), sans pénétrer dans les porosités (34) du substrat (31), formant une couche de revêtement externe (42) possédant une épaisseur supérieure ou égale à 10 µm, de préférence supérieure ou égale à 50 µm. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel le substrat (31) est un substrat composite C/C. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel la première poudre (21) comprend un précurseur de monoaluminium phosphate, de la silice, de l’alumine ou de l’aluminophosphate, et dans lequel la deuxième poudre (22) comprend des borosilicates avec des agents fondants tels que du bore. Pièce mécanique, comprenant un substrat (31), comprenant des porosités (34) et possédant une surface à protéger (32), et un revêtement (40), continu et étanche, incluant - une couche de revêtement interne (41), s’étendant sous la surface à protéger (32) et colmatant les porosités (34) du substrat (31) sur au moins 2 mm, et - une couche de revêtement externe (42), s’étendant sur la surface à protéger (32) sur au moins 10 µm. Pièce mécanique selon la revendication 10, dans laquelle le revêtement (40) est une protection anti-oxydation comprenant un principe actif de la famille des phosphates. Frein pour aéronef, comprenant une pièce mécanique selon la revendication 10 ou 11.