Brevet FR3134824A1 — publié le 20231027

Procédé de fabrication d'une pièce comportant un substrat métallique recouvert d'une couche de protection et une pièce fabriquée selon ce procédé Un aspect de l’invention concerne un procédé de fabrication d'une pièce (1) comportant un substrat métallique (Sub) au moins partiellement recouvert d'une couche de protection fini (Rf), comprenant des étapes de : une première étape de préparation (A) d'une surface initiale en une surface brute, sans sablage, comprenant une sous étape de grenaillage d’une surface initiale du substrat pour obtenir une rugosité de la surface brute ayant une hauteur globale de profil de rugosité de la surface Rt comprise entre 10 µm et 15 µm et une sous étape de nettoyage de la surface brute (Sub), une deuxième étape de formation (B), par projection d'un mélange pulvérulent contenant des grains de carbure métallique submicroniques selon un procédé de projection thermique de type HVOF, sur la surface brute nettoyée (S2), d’une couche de revêtement brute (Rb), jusqu’à une épaisseur comprise entre 95μm et 120μm, une troisième étape de finition par polissage (D) sur la surface de ladite couche de revêtement brute (S2) constituée à partir du mélange pulvérulent de manière à former la couche de protection fini (Rf) ayant une épaisseur comprise entre 75 μm et 100 μm, formant une surface polie (S3) ayant une rugosité inférieure à 0.2μm. Figure à publier avec l’abrégé : Figure 1c Procédé de fabrication d'une pièce comportant un substrat métallique recouvert d'une couche de protection et une pièce fabriquée selon ce procédé DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION Le domaine technique de l’invention est celui de procédé de fabrication de pièces, telles que des pièces d'aéronautique, comportant un substrat au moins partiellement revêtu d'une couche de protection protégeant ce substrat. La présente invention concerne un procédé de fabrication d'une pièce comportant un substrat métallique au moins partiellement recouvert d'une couche de protection et une pièce fabriquée selon ce procédé. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L’INVENTION On connait par exemple des procédés de fabrication de pièces comportant l'application sur un substrat métallique, via un bain métallique, d'une couche de revêtement chrome dur, servant à la fois à protéger ce substrat et à lui conférer une rugosité fonctionnelle. Il est connu de réaliser la couche de revêtement chrome dur dans une cellule électrolytique en présence d’acide chromique à base de chrome hexavalent (Cr(VI)). Le chrome hexavalent est nuisible pour l’homme et l’environnement, et est classé CMR (Cancérigène, Mutagène et nuisible pour la Reproduction). On cherche donc à supprimer l'usage du chrome hexavalent qui est nocif pour la santé et l'environnement. Il est connu notamment du document EP2956564 B1 ou du document FR3002239 de la même famille de brevets, un procédé de fabrication d'une pièce ayant une couche de revêtement par projection thermique de type HVOF ( de l’anglais : High Velocity Oxygen Fuel ) sur un substrat comprenant une épaisseur entre 30µm et 50µm. Ce procédé comprend une première étape de préparation de la surface à recouvrir du substrat par sablage, de manière à augmenter sa rugosité de surface Ra de l’ordre de 0.6 à 1.6µm. Le procédé comprend ensuite une étape de formation de la couche de revêtement par projection de type HVOF, d'un mélange pulvérulent contenant des grains de carbure métallique de type WC et d'un liant de ce carbure en Co et Cr sur le substrat préparé. Ces grains de carbures ont des dimensions strictement inférieures à 1µm et préférentiellement de l’ordre de 450nm +/- 50nm et l'épaisseur de la couche de revêtement fini ainsi formée est inférieure à 50µm. Ensuite, le procédé comprend une étape de finition de la surface par polissage de ladite couche de revêtement de manière à assurer que sa rugosité Ra soit inférieure à 1.6µm .de manière à obtenir le dimensionnel et état de surface requis au plan. Ces dépôts permettent d’avoir une résistance à la corrosion d’environ 500h en brouillard salin et une réduction du risque de rupture / décrochage de la couche formée sur le substrat. Cependant cette solution est insuffisante car il nécessite dans le domaine de l’aviation un besoin d’une amélioration d’une résistance à la corrosion tout en ayant une résistance à l’écaillage par rapport à cet art antérieur. En effet, le test de corrosion dans le domaine de l’aviation actuellement est de 1000 heures en brouillard salin, et il a été démontré que la résistance à la corrosion n’était pas systématique, notamment sur un substrat cylindrique. En outre l’étape de sablage dans cette solution est coûteuse et a un impact sur l’environnement. L’étape de sablage permet d’augmenter la rugosité du substrat et par conséquent augmente le profil de rugosité de la surface Rt (Rt > 20µm). La hauteur globale de profil de rugosité de la surface Rt correspond à la somme d’une hauteur Zp de la plus grande pointe de profil et d’une profondeur Zv de la plus grande vallée du profil, à l’intérieur d’une section d’une longueur L de mesure par rapport à une ligne moyenne du profil. Autrement dit le plus grand écart entre la pointe la plus haute et le creux le plus profond. En outre dans ce document, il est décrit que préalablement il était connu de déposer une couche de revêtement, obtenue avec des grains de plusieurs micromètres, ayant une épaisseur supérieure à 75 µm et de la rectifier ensuite (enlevant au moins 50 µm pour la rectification). Il existe un besoin de diminuer le coût de fabrication de ce procédé tout en gardant une tenue à la corrosion notamment pour des épaisseurs de revêtement de faibles épaisseurs ( L’invention présentée ici porte donc sur l’amélioration de ce procédé de réalisation des dépôts par HVOF. Il a été constaté en interne, sans publication, qu’en imprégnant une couche de revêtement avant d’être polie via un imprégnant organique, la couche de revêtement pouvait avoir une épaisseur finie inférieure à 80µm tout en respectant les critères de tenue à la corrosion et d’écaillage en s’abstenant de l’étape de sablage. Il a aussi été constaté en interne, sans publication, qu’en appliquant une couche de revêtement comme dans le document EP2956564 mais avec une épaisseur finie de 55 µm, il y avait toujours un problème de corrosion au test de corrosion sur 1000 heures. Cependant cette étape d’imprégnation est une étape additionnelle et donc une contrainte en terme de coût et temps, ainsi que d’un point de vue santé, sécurité et environnement. L’invention offre une solution améliorant le procédé décrit dans le document EP2956564 B1, puisqu’elle s’affranchi d’une étape de sablage de la surface avant le revêtement par projection thermique et sans ajouter d’étape d’imprégnation tout en ayant une résistance à la corrosion supérieure en réussissant le test de corrosion de 1000 heures. Un aspect de l’invention concerne un procédé de fabrication d'une pièce comportant un substrat métallique au moins partiellement recouvert d'une couche de protection finie, le procédé comprenant successivement : une première étape de préparation dépourvue de modification de la surface par sablage, comprenant une sous étape de grenaillage d’une surface initiale pour obtenir une rugosité de la surface brute ayant une hauteur globale de profil de rugosité de la surface Rt comprise entre 10 µm et 15 µm et une sous étape de nettoyage de la surface brute du substrat brut, une deuxième étape de formation par projection d'un mélange pulvérulent contenant des grains de carbure métallique submicroniques selon un procédé de projection thermique de type HVOF à haute pression liquide , sur la surface brute nettoyée ayant sa rugosité préparée, d’une couche de revêtement brute d’une épaisseur comprise entre 95μm et 125μm une troisième étape de finition par polissage sur la surface de ladite couche de revêtement brute constituée à partir du mélange pulvérulent de manière à former la couche de protection fini formant une surface polie ayant une rugosité Ra inférieure à 0.2μm, la couche de protection finie ayant une épaisseur comprise entre 75 μm et 100 μm. De façon étonnante, en déposant une couche de protection finie supérieure à 75 µm, sans ajouter d’imprégnation, sur une surface brute nettoyée ( préparée) du substrat une rugosité de la surface brute ayant une hauteur globale de profil de rugosité de la surface Rt comprise entre 10 µm et 15 µm par grenaillage seulement lors de la préparation, la couche de revêtement finie supérieure à 75 µm s’accroche et ne se décolle pas (contrairement à l’art antérieur du document FR3002239 impliquant une étape de sablage sur le substrat et une couche de plus petite épaisseur ). Autrement dit, l’invention est dépourvue d’étape de sablage mais comporte une étape de grenaillage. Le grenaillage est une technique consistant à projeter de la grenaille métallique sur la surface d’un objet pour réaliser un traitement des surfaces, qui a pour but d’améliorer l’aspect de la pièce. Le grenaillage permet en outre de refermer de microscopiques fissures (invisibles à l’œil nu) qui provoquent, à l’usage, des défauts d’étanchéité dus à la pression interne. C’est une garantie supplémentaire contre la corrosion. Le grenaillage, connu pour modifier la structure superficielle et donc l’aspect de l’objet ou de la pièce, permet d’obtenir une rugosité de surface plus importante (Ra ayant une valeur plus faible) et permet d’obtenir une hauteur globale de profil de rugosité de la surface Rt plus petite (ici entre 10 µm et 15 µm ) que par une étape de sablage (Rt > 20µm) connue pour éliminer les impuretés afin d’être compatible avec l’accroche d’un revêtement ou d’une peinture poudre ou liquide. Ainsi, il est surprenant que l’utilisation seulement du grenaillage à la place ou sans sablage pour y ajouter une couche de revêtement permet d’avoir une couche de revêtement plus épaisse (couche finie supérieure à 75 µm) qui s’accroche et ne se décolle pas. En outre comme la couche est plus épaisse, cela permet d’améliorer contre la corrosion et ainsi permet de résister au test de corrosion de 1000 heures. Par surface initiale du substrat, on entend une surface sans modification de rugosité à la sortie de fabrication du substrat, que ce soit par moulage ou usinage (c’est-à-dire que la surface initiale n’a pas subi de traitement par exemple de sablage). Par surface brute nettoyée, on entend la surface initiale qui a subi l’étape de préparation c’est-à-dire le grenaillage de la surface initiale et le nettoyage. Par surface préparée, on entend ainsi dans la suite de description la surface brute nettoyée ( préparation par grenaillage de précontrainte selon PCS-2300 sur la surface initiale pour aboutir à Ra compris entre 0.6 et 1.6µm et nettoyage). Par couche de revêtement brute constituée à partir du mélange pulvérulent, on entend que la couche est uniquement constituée à 100% de matière provenant du mélange pulvérulent et donc ne comporte pas d’ajout de matière tel qu’un imprégnant organique. Par carbure métallique submicroniques on entend que les grains de carbure métallique ont chacun une dimension strictement inférieure à 1μm (carbures submicroniques). Par procédé thermique HVOF on entend, le procédé thermique connu sous l’appellation anglaise (High Velocity Oxygen-Fuel) qui est un procédé thermique à carburant liquide (kérosène) à haute vitesse. L’invention permet d’avoir un substrat ayant une optimisation de l’épaisseur de la couche de revêtement brute sans augmenter la rugosité de la surface du substrat par sablage tout en améliorant la résistance à la corrosion. Cela permet ainsi d’optimiser la quantité de mélange pulvérulent sans besoin d’avoir une étape de modification de rugosité ni d’étape d’imprégnation avec un imprégnant organique tout en améliorant le niveau de résistance à la corrosion par rapport aux solutions de l’art antérieur. Autrement dit la solution permet de se dispenser d’étapes supplémentaires couteuse que ce soit la préparation du substrat par sablage directement sur une surface initiale ou après une étape de grenaillage sur la surface initiale ou encore d’imprégnation. L’épaisseur brute comprise entre 95μm et 120μm est due notamment à une tolérance de fabrication par le procédé de projection thermique à carburant liquide (kérosène) à haute vitesse de type HVOF mais aussi liée à la quantité de retrait nécessaire lors du polissage pour obtenir une surface finie ayant une rugosité Ra L’étape de projection selon l’invention dépose une épaisseur de couche égale au dimensionnement selon une cote souhaitée plus une surcote retirée par polissage. En effet, l’étape de finition de la couche de revêtement par polissage permet d’enlever une épaisseur strictement inférieure à 30μm (notamment entre 20 et 25 μm) alors qu’une rectification enlève au minimum 50μm pour tenir compte de la rugosité mais également des défauts géométriques de la pièce. Ainsi l’épaisseur de couche de revêtement brute permet après une étape de polissage, en enlevant au maximum 30 μm d’épaisseur de couche de revêtement d’obtenir cette épaisseur comprise entre 75 μm et 100 μm et une rugosité inférieure à 0.2 μm. Bien entendu, on adaptera le dimensionnement et la tolérance de fabrication du substrat brute selon la tolérance de fabrication de la pièce fini (tolérance substrat + tolérance couche de protection finie). En conclusion, de façon surprenante, et contrairement à ce qui est indiqué dans le document FR3002239, il est possible d’avoir une épaisseur de couche de revêtement au-delà de 75 μm, tout en s’affranchissant de l’étape de sablage (le sablage ayant une rugosité dont la hauteur globale de profil de rugosité Rt de la surface brute est supérieure à 20 µm). Le fait d’avoir une rugosité finale inférieure à 0.2 μm, et une couche formée avec des grains de carbure métallique submicroniques, ayant une épaisseur finie comprise entre 75 μm et 100 μm, permet également de s’affranchir des problèmes de décollement du revêtement déposé. En outre en ajoutant soit uniquement 25 à 50 μm de plus de couche de revêtement que dans le document FR3002239 on double la résistance à la corrosion En outre, dans l’art antérieur, il était nécessaire de préparer la surface initiale ou brute (après grenaillage) du substrat par sablage pour augmenter la rugosité de la surface et ainsi augmenter la surface d’accroche de la couche de revêtement. Ici, grâce à l’invention, la couche de protection étant compacte, il a été constaté que le niveau d’accroche mécanique de la couche de protection sur la surface brute nettoyée du substrat à revêtir est suffisant sans augmenter le risque de décollement. Ainsi l’invention permet à un tel substrat de nettoyer seulement sa surface brute comprenant une hauteur globale de profil de rugosité de la surface Rt comprise entre 10 µm et 15 µm et non de modifier sa surface comme dans l’art antérieur, par sablage. Outre les caractéristiques qui viennent d’être évoquées dans le paragraphe précédent, le procédé selon un aspect de l’invention peut présenter une ou plusieurs caractéristiques complémentaires parmi les suivantes, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : Selon un mode de réalisation, le carburant liquide est du kérosène. Selon un mode de uniquement le procédé de projection thermique de type HVOF est à haute pression. Ce type d’HVOF permet d’avoir des vitesses de particules plus importantes, ce qui permet d’assurer un bon accrochage des particules de petites tailles sur le substrat. Selon un mode de réalisation le procédé de fabrication d'une pièce comprend une pré étape de fabrication du substrat, avant l‘étape de préparation consistant à l’usinage d’un substrat formant une surface initiale. Selon un autre mode de réalisation le procédé de fabrication d'une pièce comprend une pré étape de fabrication du substrat, avant l‘étape de préparation, comprenant le démoulage d’un substrat formant une surface initiale. Selon un mode de réalisation, le procédé est constitué d’une pré-étape de fabrication du substrat et successivement la première étape, la deuxième étape et la troisième étape. Par constitué de la pré étape et des trois étapes successives mentionnées préalablement on entend sans autres étapes, c’est-à-dire sans étape de rectification, ou de sablage, ou d’ajout de matière dans la couche, par exemple sans imprégnation d’imprégnant organique. Selon un mode de réalisation, la sous étape de nettoyage du substrat permet d’obtenir une surface brute exempte de souillures ou de graisse La sous étape de nettoyage, peut être un dégraissage simplifiant et diminuant le coût, le temps, d’un tel procédé. L’étape de préparation permet d’améliorer l’accrochage des grains submicroniques pour former la couche de dépôt de revêtement brute. Selon un exemple du mode de réalisation précédent, la sous étape de nettoyage est uniquement une étape de dégraissage pour obtenir une surface brute dégraissée et en ce que l’étape de préparation est constituée uniquement de la sous étape de grenaillage et de la sous étape de nettoyage. permet d’améliorer l’accrochage des grains submicroniques pour former la couche de dépôt de revêtement. Selon un mode de réalisation, les grains de carbure métallique ont chacun une dimension strictement inférieure à 1μm (carbures submicroniques) et sont majoritairement de l’ordre de 400 à 800nm en granulométrie moyenne. Les grains de cette dimension permettent de réaliser par le procédé de projection de type HVOF, une couche de revêtement compacte tout en s’accrochant à une surface d’un substrat ayant une rugosité préparée comprise entre 0.6 et 1.6µm. En outre le fait de polir la surface de la couche de revêtement formée par des grains de cette dimension dont le dépôt brut de projection a une rugosité Ra~ 3-5µm jusqu’à une rugosité de 0.2 µm permet de résister à la corrosion. En outre, cela permet une réduction du temps de projection nécessaire à la réalisation de la couche de protection finie et ainsi une réduction de la masse de la couche de revêtement brute ainsi formée. En outre l’épaisseur de la couche de revêtement à une tenue aux décollements sous sollicitations (appelés aussi « spalling ») nettement supérieure aux besoins dans le domaine de l’invention et le fait de ne pas avoir une épaisseur au-delà de 100 μm diminue les efforts transmis par l’interface revêtement-substrat. Un autre aspect de l’invention concerne une pièce comprenant un substrat métallique et une couche de protection finie, obtenue selon le procédé de fabrication du premier aspect de l’invention avec ou sans les différentes caractéristiques décrites dans les paragraphes précédents. Un autre aspect de l’invention concerne une pièce comprenant un substrat métallique et une couche de protection finie constituée de mélange pulvérulent contenant des grains de carbure métallique submicroniques déposés selon un procédé de projection de type HVOF, la couche de protection finie étant déposée sur une surface brute du substrat ayant une rugosité préparée par un grenaillage pour obtenir une surface brute ayant une rugosité préparée Ra comprise entre 0.6 et 1.6µm, et comprenant une surface polie ayant une rugosité inférieure à 0.2μm. Une telle pièce a un coût de production inférieur à une pièce selon le procédé décrit dans le document EP2956564 B1 tout en ayant une meilleure résistance à la corrosion. Selon un mode de réalisation, la surface polie est destinée à être soumise à du fretting et/ou du tourillonnement. (par tourillonnement on entend les forces soumises à une partie cylindrique d'un axe, généralement son extrémité, pivotant dans ou sur une pièce qui la maintient (chape, coussinet, flasque, palier)). Selon un exemple de ce mode de réalisation, la pièce est un axe d’articulation ou un essieu dans le domaine aéronautique. Selon un mode de réalisation, la surface polie est destinée à être soumise à des fonctions de tourillonnement (par exemple un essieu) ainsi que d’étanchéité dynamique (par exemple une tige coulissante). Selon un mode de réalisation, la surface polie est destinée à être soumise aux zones d’étanchéité statique et/ou dynamique. Par exemple la pièce est une tige coulissante. L’invention et ses différentes applications seront mieux comprises à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES Les figures sont présentées à titre indicatif et nullement limitatif de l’invention. représente une représentation schématique d’une coupe d’une pièce comprenant un substrat ayant une surface brute. représente une représentation schématique d’une coupe d’une pièce comprenant une couche de revêtement brute sur une surface brute nettoyée et préparée du substrat. représente une représentation schématique d’une coupe d’une pièce comprenant une couche de protection finie sur le substrat. montre une représentation schématique du procédé de fabrication. montre schématiquement un échantillon ayant subi un test de corrosion en atmosphère saline comprenant une surface polie selon l’invention et une surface de protection polie selon l’art antérieur. Procédé de fabrication d'une pièce (1) comportant un substrat métallique (Sub) au moins partiellement recouvert d'une couche de protection finie (Rf), le procédé comprenant successivement : une première étape de préparation (A) dépourvue de modification de la surface par sablage, comprenant une sous étape de grenaillage d’une surface initiale du substrat pour obtenir une rugosité de la surface brute ayant une hauteur globale de profil de rugosité de la surface Rt comprise entre 10 µm et 15 µm et une sous étape de nettoyage de la surface brute (Sub), une deuxième étape de formation (B), par projection d'un mélange pulvérulent contenant des grains de carbure métallique submicroniques selon un procédé de projection thermique de type HVOF à haute pression liquide, sur la surface brute nettoyée (S2) ayant sa rugosité préparée, d’une couche de revêtement brute (Rb), d’une épaisseur comprise entre 95μm et 125μm, une troisième étape de finition par polissage (D) sur la surface de ladite couche de revêtement brute (S2) constituée à partir du mélange pulvérulent de manière à former la couche de protection fini (Rf) formant une surface polie (S3) ayant une rugosité Ra inférieure à 0.2μm, la couche de protection finie (Rf) ayant une épaisseur comprise entre 75 μm et 100 μm. Procédé selon la revendication 1, comprenant une pré étape de fabrication du substrat (Sub), avant l‘étape de préparation (A), consistant à l’usinage d’un substrat formant une surface initiale (S1). Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la sous étape de nettoyage de l’étape de préparation (A) est uniquement une étape de dégraissage pour obtenir une surface brute (S2) dégraissée. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel les grains de carbure métallique sont majoritairement de l’ordre de 400 à 800nm en granulométrie moyenne. Pièce (1) comprenant un substrat métallique et une couche de protection finie (Rf) obtenue selon le procédé de fabrication selon l’une des revendications 1 à 4. Pièce (1) comprenant un substrat métallique (Sub) et une couche de protection finie (Rf) constituée de mélange pulvérulent contenant des grains de carbure métallique submicroniques déposés selon un procédé de projection de type HVOF, la couche de protection finie (Rf) étant déposée sur une surface brute (S2) du substrat (Sub) ayant une rugosité initiale, et comprenant une surface polie (S3) ayant une rugosité inférieure à 0.2μm. Pièce (1) selon la revendication 5 ou 6, dans laquelle la surface polie (S3) est frettée et/ou du tourillonnée. Pièce (1) selon l’une des revendications 5 à 7, dans laquelle la pièce (1) est un axe d’articulation ou un essieu dans le domaine aéronautique. Pièce (1) selon l’une des revendications 5 à 8, dans laquelle la surface polie (S3) est soumise aux zones d’étanchéité statique et/ou dynamique.