Brevet FR3136191A1 — publié le 20231208

P rocédé de revêtement Procédé de revêtement, comprenant une étape de formation d’un revêtement d’accrochage (200) sur une surface d’un substrat (100), et une étape de formation d’un revêtement barrière (300) sur le revêtement d’accrochage (200). Le revêtement d’accrochage (200) est formé par dépôt chimique en phase vapeur, avec une pression de dépôt comprise entre 1 et 5 kPa et une température de dépôt comprise entre 964 et 1135°C, d’un précurseur comprenant du silicium, pour obtenir une rugosité moyenne Ra supérieure à 1 µm. Figure pour l’abrégé : Fig. 1. Procédé de revêtement Cette divulgation concerne le domaine des revêtements et plus particulièrement celui des procédés de revêtement, notamment pour protéger d’environnements agressifs les substrats à base céramique. Les matériaux composites à matrice céramique (CMC), et en particulier ceux à base carbure (généralement dénommés SiC/SiC) ont été proposés pour des nombreuses applications, et notamment pour la réalisation de pièces de turbines à gaz, telles que les aubes et les distributeurs. En effet, grâce à leurs propriétés de résistance à la chaleur, ces matériaux permettent de diminuer voire éliminer le refroidissement classiquement utilisé dans des pièces de turbine métalliques à base de nickel et/ou cobalt, tout en autorisant un accroissement des températures de fonctionnement. Cependant, dans l’environnement corrosif d’une turbine, les CMC SiC/SiC peuvent être soumis à oxydation donnant lieu à la formation d’oxyde de silicium, et la volatilisation de cet oxyde de silicium sous l’effet de la vapeur d’eau. Ainsi, pour des applications à haute température en environnement riche en oxygène et vapeur d’eau, l’application d’un revêtement de protection est préconisé sur les pièces en composite à matrice céramique. A cause de l’environnement thermomécanique et chimique particulièrement agressif auquel le revêtement de protection pourrait être soumis, celui-ci devrait présenter de préférence un coefficient de dilatation compatible avec celui du substrat, une faible perméabilité aux espèces corrosives (ce qui comprend à la fois une faible diffusion moléculaire liée directement au paramètre physique d’herméticité et une faible diffusion ionique des ions superoxyde et hydroxyde, caractéristiques intrinsèques des silicates de terres rares) et une stabilité thermomécanique aux hautes températures, comme par exemple celles régnant dans une turbine à gaz. Pour cela, le revêtement de protection peut comprendre typiquement un revêtement barrière ou revêtement barrière environnementale (en anglais : « Environmental Barrier Coating » ou EBC), généralement à base de silicate de terre rare et, entre le substrat et le revêtement barrière, un revêtement d’accrochage (en anglais : « bond coating »), généralement à base de silicium, pour assurer leur adhésion. L’oxydation du silicium du revêtement d’accrochage peut par ailleurs former une couche intermédiaire de silice, nommée oxyde de croissance thermique (en anglais : « Thermal Growth Oxide » ou TGO), entre le revêtement d’accrochage et le revêtement barrière. L’application de revêtements de protection sur des substrats ayant des formes complexes, comme les aubes de turbine, peut imposer aussi des contraintes géométriques, en particulier au niveau de fins bords d’attaque ou de fuite, ou de conduits ou cavités de refroidissement, avec des très faibles épaisseurs de revêtement pour ne pas affecter les performances aérodynamiques des aubes ou leur éventuel refroidissement. En outre, quoique la formation de la couche intermédiaire d’oxyde de croissance thermique peut contribuer à protéger de la corrosion les substrats contenant du carbure de silicium, elle peut aussi avoir des effets thermomécaniques induits, comme par exemple la génération de contraintes mécaniques entre le revêtement d’accrochage et le revêtement barrière, à cause de l’accroissement volumique du silicium en s’oxydant pour former de la silice et de la transformation allotropique de la silice également associée à un changement volumique. En conséquence, à partir d’une épaisseur critique de la couche intermédiaire d’oxyde de croissance thermique, les contraintes mécaniques peuvent donner lieu à une fissuration en dôme (en anglais : « dome cracking »), aboutissant, à terme, à l’écaillage partiel ou total du revêtement barrière et donc à la perte de la fonction anti-corrosion. Pour ces raisons, il convient donc de restreindre l’épaisseur des revêtements, et en particulier du revêtement d’accrochage. Généralement, les revêtements d’accrochage et barrière sont appliqués par projection thermique. Toutefois, pour assurer une couverture complète du substrat, ceci implique normalement des épaisseurs d’au moins 75 µm pour le revêtement d’accrochage et d’au moins 100 µm pour le revêtement barrière, épaisseurs qui peuvent être excessives pour les raisons susmentionnées. Afin d’offrir des alternatives, les publications de demandes de brevets US 2020/0039892 A1 et US 2020/0039886 A1 ont proposé des procédés de revêtement comprenant chacun une étape de formation d’un revêtement d’accrochage sur une surface d’un substrat et une étape de formation d’un revêtement barrière sur le revêtement d’accrochage, dans lequel le revêtement d’accrochage comprend des grains colonnaires de silicium cristallin et est formé par dépôt chimique en phase vapeur d’un précurseur comprenant du silicium. Bien que ces procédés permettent d’obtenir des plus fines épaisseurs que la projection thermique, en particulier pour le revêtement d’accrochage, le revêtement d’accrochage obtenu ainsi est relativement lisse, ce qui limite l’adhésion du revêtement barrière. La présente divulgation concerne un procédé de revêtement, comprenant une étape de formation d’un revêtement d’accrochage sur une surface d’un substrat, par dépôt chimique en phase vapeur d’un précurseur comprenant du silicium, le revêtement d’accrochage comprenant des grains colonnaires de silicium cristallin, et une étape de formation d’un revêtement barrière sur le revêtement d’accrochage. Afin d’obtenir un revêtement d’accrochage particulièrement fin, mais avec une bonne adhésion au revêtement barrière, l’étape de formation du revêtement d’accrochage peut s’effectuer avec une pression de dépôt comprise entre 1 et 5 kPa et une température de dépôt comprise entre 964 et 1135°C, pour obtenir une rugosité moyenne Ra du revêtement d’accrochage supérieure à 1 µm. Par ailleurs, le précurseur pour l’étape de formation du revêtement d’accrochage peut comprendre un précurseur peu réactif, en particulier le trichlorosilane et/ou le tétrachlorure de silicium. Grâce à ces paramètres de dépôt, il est possible d’obtenir une microstructure particulière du revêtement d’accrochage, offrant une bonne adhésion du revêtement barrière même avec une épaisseur très fine. Ainsi, le revêtement d’accrochage peut présenter une épaisseur maximale inférieure à 20 µm, de préférence inférieure à 10 µm. Afin de protéger le substrat d’un environnement particulièrement agressif, le revêtement barrière peut comprendre un silicate de terre rare, en particulier du disilicate d’ytterbium. Afin d’obtenir une bonne couverture du substrat, même dans des cavités difficilement accessibles, avec une faible épaisseur de ce revêtement barrière, l’étape de formation du revêtement barrière peut s’effectuer par dépôt par voie liquide, par exemple par enduction par trempage (en anglais : « dip coating ») et/ou par électrophorèse. Le revêtement barrière peut présenter une épaisseur maximale inférieure à 40 µm, de préférence inférieure à 30 µm. Le procédé peut comprendre une étape supplémentaire de formation d’un revêtement de protection contre la dégradation par calcium–magnesium–alumino-silicates. Le substrat peut former une pièce de turbine, en particulier dans un moteur à turbine à gaz, et/ou comprendre un matériau au moins partiellement céramique, en particulier un matériau composite à matrice céramique. La présente divulgation concerne aussi un revêtement obtenu par le procédé susmentionné. La est une vue schématique en coupe d’un substrat recouvert d’un revêtement d’accrochage et d’un revêtement barrière appliqués suivant un procédé de revêtement suivant un mode de réalisation. La représente schématiquement un moteur à turbine à gaz. Procédé de revêtement, comprenant les étapes suivantes : formation d’un revêtement d’accrochage (200) sur une surface d’un substrat (100), par dépôt chimique en phase vapeur d’un précurseur comprenant du silicium, formation d’un revêtement barrière (300) sur le revêtement d’accrochage (200), le procédé étant caractérisé en ce que l’étape de formation du revêtement d’accrochage (200) s’effectue avec une pression de dépôt comprise entre 1 et 5 kPa et une température de dépôt comprise entre 964 et 1135°C, pour obtenir une rugosité moyenne Ra du revêtement d’accrochage (200) supérieure à 1 µm. Procédé de revêtement suivant la revendication 1, dans lequel le précurseur pour l’étape de formation du revêtement d’accrochage (200) comprend du trichlorosilane et/ou du tétrachlorure de silicium. Procédé de revêtement suivant l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’étape de formation du revêtement barrière (300) s’effectue par dépôt par voie liquide. Procédé de revêtement suivant l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le revêtement barrière (300) comprend un silicate de terre rare, en particulier du disilicate d’ytterbium. Procédé de revêtement suivant l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant une étape supplémentaire de formation d’un revêtement de protection contre la dégradation par calcium–magnesium–alumino-silicates. Procédé de revêtement suivant l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le revêtement d’accrochage (200) présente une épaisseur maximale inférieure à 20 µm, de préférence inférieure à 10 µm. Procédé de revêtement suivant l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le revêtement barrière (300) présente une épaisseur maximale inférieure à 40 µm, de préférence inférieure à 30 µm. Procédé de revêtement suivant l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le substrat (100) comprend un matériau au moins partiellement céramique, en particulier un matériau composite à matrice céramique. Procédé de revêtement suivant l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le substrat forme une pièce de turbine (6,7). Revêtement obtenu par le procédé suivant l’une quelconque des revendications 1 à 9.