Brevet FR3127147A1 — publié le 20230324

Procédé amélioré de fabrication de clinquant de bord d’attaque d’aube Procédé de fabrication d’un clinquant de bord d’attaque destiné à être fixé sur un bord d’attaque d’aube de turbomachine d’aéronef, comprenant la fourniture d’un moule d’électroformage (10) comprenant une surface de moulage (12) présentant une forme complémentaire de la forme du clinquant à fabriquer, l’impression d’un motif texturé (20) sur au moins une portion de la surface de moulage (12) du moule d’électroformage (20), la fabrication d’une ébauche de clinquant par électroformage métallique sur la surface de moulage (12), le démoulage de l’ébauche de clinquant. Figure pour l’abrégé : Fig. 6. Procédé amélioré de fabrication de clinquant de bord d’attaque d’aube Le présent exposé concerne le domaine des aubes en matériau composite, notamment les aubes directrices de sortie (appelées OGV pour « Outlet Guide Vane ») de turbomachine d’aéronef, mais pas uniquement. Le présent exposé concerne en particulier un procédé de fabrication d’un clinquant métallique fixé au bord d’attaque de ces aubes, et un clinquant obtenu par un tel procédé. Dans des domaines tels que l’aéronautique, l’allègement des appareils est une préoccupation constante des constructeurs. Par exemple, dans les moteurs d’avion, il est connu de remplacer certaines aubes métalliques par des aubes en matériau composite, qui ont l’avantage d’être plus légères. Bien que ces matériaux présentent des qualités mécaniques généralement très favorables, en particulier par rapport à leur masse, ils présentent une certaine sensibilité aux impacts ponctuels. Dans le cas des aubes directrices de sortie (OGV), ou de soufflante, en composite à matrice organique tissé 3D, un bord d’attaque en métal, permettant une résistance accrue aux impacts ponctuels auxquelles cette portion des aubes est soumise, est rapporté à l’extrémité de ces aubes. Ces bords d’attaques en métal, appelés clinquants, jouent le rôle de boucliers prenant par exemple la forme d'une fine ailette intrados et une fine ailette extrados jointes à une extrémité amont de l’aube, l'ensemble épousant la forme de l'aube sur le bord d'attaque et des sections adjacentes de l'intrados et de l'extrados. Une technique de fabrication, connue en soi, de ces clinquants de bord d’attaque repose sur un procédé d’électroformage sur un moule, ou mandrin d’électroformage, présentant une forme complémentaire de la forme du clinquant que l’on souhaite obtenir. Plus précisément, on entend par électroformage la fabrication ou la reproduction d’empreintes (ou d’électroformes) produites par un dépôt électrolytique d’un métal sur un mandrin. Ce procédé reproduit les dimensions et l’état de surface des mandrins. Le clinquant, après électroformage sur le moule, est ensuite retiré du mandrin, avant d’être fixé par collage par exemple sur le bord d’attaque de l’aube composite. A l’heure actuelle, la surface de collage des clinquants est lisse. Afin d’obtenir des assemblages collés performants, il est important de préparer les surfaces à coller. Les procédés actuels de préparation comprennent une abrasion mécanique (sablage ou laser par exemple) et/ou un décapage chimique. Néanmoins, ces procédés mécaniques ou chimiques sont chronophages, couteux, sources d’anomalies et impliquent de forte contraintes liées à la sécurité et à l’environnement. De plus la géométrie du bord d’attaque, avec une ouverture très fine, ne facilite pas la préparation de surface puisque les angles d’attaques (en sablage par exemple) sont très aigus. Il existe donc un besoin pour un procédé permettant de pallier au moins en partie les inconvénients mentionnés ci-dessus. Le présent exposé concerne un procédé de fabrication d’un clinquant de bord d’attaque destiné à être fixé sur un bord d’attaque d’aube de turbomachine d’aéronef, comprenant : - la fourniture d’un moule d’électroformage comprenant une surface de moulage présentant une forme complémentaire de la forme du clinquant à fabriquer, - l’impression d’un motif texturé sur au moins une portion de la surface de moulage du moule d’électroformage, - la fabrication d’une ébauche de clinquant par électroformage métallique sur la surface de moulage, - le démoulage de l’ébauche de clinquant. Par « motif texturé », on comprend que contrairement à une surface de moulage présentant un contour lisse et poli, la surface de moulage comprend des aspérités, sous la forme de zones creusées dans la surface de moulage. Lors de la fabrication de l’ébauche de clinquant par électroformage, du métal est déposé sur la surface de moulage, en particulier sur le motif texturé. A la fin de cette étape, le démoulage de l’ébauche de clinquant, dans lequel cette ébauche est détachée du moule, permet d’obtenir le clinquant final, destiné à être collé sur un bord d’attaque d’aube. Or, l’électroformage ayant été effectuée sur le moule comprenant le motif texturé, la face interne de collage du clinquant n’est pas entièrement lisse, mais une portion de celle-ci comprend elle-même un motif texturé, de forme complémentaire à la forme du motif texturé du moule d’électroformage. On notera que d’autres techniques de dépôt métallique peuvent être applicable à l’invention, telle que l’électrodéposition par exemple. Ainsi, la face interne du clinquant obtenu, c’est-à-dire la surface de collage destinée à être collée sur un bord d’attaque, présente des aspérités, sous la forme de creux et/ou de surplus de matière faisant saillie depuis une surface de référence du clinquant. Au moins une partie de la surface de collage du clinquant obtenu présente ainsi une rugosité accrue par rapport à une surface lisse. En d’autres termes, la rugosité du motif obtenu sur la surface de collage du clinquant est supérieure à la rugosité naturelle du matériau. La présence de ce motif texturé permet d’améliorer l’efficacité du collage du clinquant sur un bord d’attaque et ainsi d’améliorer la tenue mécanique du collage. Plus précisément, ce motif texturé permet de compliquer le chemin d’une fracture dans le joint de colle, et donc d’améliorer la tenue du joint de colle. En effet, à chaque obstacle rencontré par la fracture, une concentration de contrainte apparait jusqu’à trouver un passage jusqu’au prochain obstacle. De plus la surface de collage est géométriquement agrandie, ce qui contribue à nécessiter une énergie plus grande pour le décollement. Par ailleurs, cette texturation peut être faite sur la totalité de la surface de moulage ou sur des zones clés. La fabrication par électroformage permet cette flexibilité. En effet, il serait difficile et coûteux de réaliser ces motifs par usinage sur le clinquant, du fait de la complexité géométrique des bords d’attaque. Dans certains modes de réalisation, l’impression du motif texturé est réalisée par usinage ou par abrasion laser. La texturation peut être obtenue par usinage du moule d’électroformage, abrasion laser ou tout autre procédé en fonction de la géométrie et de la finesse souhaitée. L’impression du motif texturé par abrasion laser permet notamment de réaliser ce motif sur des surfaces de formes complexes. Dans certains modes de réalisation, le motif texturé comprend une pluralité de cavités. Les cavités sont réalisées sur la surface de moulage du moule d’électroformage. Lors de l’électroformage, le métal électro déposé sur la surface de moulage remplie progressivement ces cavités. Par conséquent, le clinquant électro déposé sur cette surface comprend, après démoulage, une pluralité de picots de forme complémentaire à celle des cavités. Dans certains modes de réalisation, le motif texturé comprend une pluralité de premières cannelures parallèles entre elles. Les premières cannelures sont de préférence espacées à intervalles réguliers, et prennent la forme de sillons, réalisés dans la surface de moulage. Lors de l’électroformage, le métal électro déposé sur la surface de moulage remplie progressivement ces sillons. Par conséquent, le clinquant électro déposé sur cette surface comprend, après démoulage, une pluralité de rainures parallèles entre elles, de forme complémentaire à celle des sillons, et faisant saillies depuis la face interne du clinquant obtenu. Cette configuration permet d’augmenter géométriquement la surface de collage, par rapport à la présence de picots. Une énergie plus grande est donc nécessaire pour le décollement du clinquant, limitant ainsi les risques d’un tel décollement. Dans certains modes de réalisation, le motif texturé présente une structure maillée comprenant une pluralité de deuxièmes cannelures parallèles entre elles et sensiblement perpendiculaires aux premières cannelures. Les deuxièmes cannelures sont de préférence espacées à intervalles réguliers, et prennent la forme de sillons, réalisés dans la surface de moulage. Par « sensiblement perpendiculaires », on comprend que l’angle entre les deuxièmes et les premières cannelures peut être égal à 90°, ou être environ égal à 90°, par exemple 90° +/- 5°. Le motif texturé prend alors la forme d’un treillis, ou grillage creusé dans la surface de moulage. Lors de l’électroformage, le métal électro déposé sur la surface de moulage remplie progressivement ce motif en grillage. Par conséquent, le clinquant électro déposé sur cette surface comprend, après démoulage, une pluralité de rainures parallèles et perpendiculaires entre elles, faisant saillies depuis la face interne du clinquant obtenu. Cette configuration permet d’augmenter encore géométriquement la surface de collage, par rapport à la présence de rainures simples, parallèles. Une énergie plus grande est donc nécessaire pour le décollement du clinquant, limitant ainsi davantage les risques d’un tel décollement. Il est en particulier possible d’augmenter d’un facteur 4 l’énergie nécessaire au décollement d’un clinquant présentant ce motif en grillage, collé à un bord d’attaque, par rapport à un clinquant présentant une surface de collage lisse. Dans certains modes de réalisation, les première et deuxième cannelures présentent une largeur inférieure à 20 µm, de préférence inférieure à 10 µm, de préférence encore inférieure à 1 µm . La largeur des cannelures correspond à la largeur des sillons réalisés dans la surface de moulage, et permettant d’obtenir des rainures du même ordre de grandeur, sur la surface de collage du clinquant ainsi obtenu. Ces valeurs correspondent à l’ordre de grandeur des abrasions mécaniques (par sablage par exemple) habituellement effectuées sur les surfaces à coller. L’amélioration de la tenue mécanique du collage peut ainsi être obtenue sans nécessiter une étape supplémentaire de sablage. Dans certains modes de réalisation, le motif texturé présente une structure aléatoire obtenue par sablage de la surface de moulage. La structure aléatoire peut comprendre une pluralité de pics et de creux de l’ordre de 10 µm de profondeurs et de largeur répartis aléatoirement. Dans certains modes de réalisation, les première et deuxième cannelures présentent une largeur comprise entre 0,1 mm et 1 mm. Ces motifs macroscopiques peuvent par exemple être obtenus par moletage. Ces valeurs permettent d’améliorer l’ancrage mécanique entre le bord d’attaque et le clinquant collé à ce bord d’attaque. Dans certains modes de réalisation, l’étape de fabrication de l’ébauche de clinquant par électroformage métallique sur la surface de moulage est effectuée jusqu’à obtenir une ébauche d’épaisseur comprise entre 0,3 et 3 mm, de préférence entre 0,3 et 0,6 mm. Le clinquant ainsi obtenu après le démoulage de l’ébauche de clinquant présente une épaisseur comprise entre 0,3 et 3 mm. Ces valeurs d’épaisseurs permettent de faciliter le démoulage de l’ébauche de clinquant du moule d’électroformage. En effet, des valeurs excessives compliqueraient le démoulage du fait de la présence du motif texturé, augmentant l’ancrage mécanique entre l’ébauche de clinquant et moule d’électroformage. Des valeurs inférieures à 0,3 mm fragiliseraient le clinquant obtenu, et nuiraient à la fonction de protection du bord d’attaque sur lequel est collé le clinquant. Dans certains modes de réalisation, lors de la fabrication de l’ébauche de clinquant par électroformage, le matériau déposé sur la surface de moulage est un alliage à base de nickel. Dans certains modes de réalisation, lors de la fabrication de l’ébauche de clinquant par électroformage, le matériau déposé sur la surface de moulage est un alliage de nickel et cobalt. Le taux de cobalt dans l’alliage est de préférence compris entre 8 et 25%. Le présent exposé concerne également un clinquant de bord d’attaque destiné à être fixé sur un bord d’attaque d’aube de turbomachine d’aéronef, obtenu par un procédé selon l’un quelconque des modes de réalisation précédents. Le présent exposé concerne également un procédé de fabrication d’une aube de turbomachine d’aéronef comprenant : - la fourniture d’un corps d’aube en matériau composite comprenant un bord d’attaque, - la fixation d’un clinquant obtenu par un procédé selon l’un quelconque des modes de réalisation précédents, sur le bord d’attaque. L’étape de fixation est de préférence effectuée par collage du clinquant sur le bord d’attaque. De manière alternative, elle peut être réalisée par co-injection de l’aube et du clinquant en une seule étape. L’étape de fixation peut être précédée d’une ou plusieurs étapes de dégraissage et/ou d’activation de la surface de collage du clinquant. Le clinquant est obtenu par électroformage sur la surface de moulage du moule d’électroformage, comprenant le motif texturé. La surface de collage du clinquant présente ainsi également un motif texturé. Lors du collage sur le bord d’attaque, un joint de colle est ainsi appliqué entre la surface de collage du clinquant, comprenant le motif texturé, et le bord d’attaque. La présence de ce motif texturé permet de compliquer le chemin d’une fracture dans le joint de colle, et donc d’améliorer la tenue du joint de colle. Dans certains modes de réalisation, l’aube de turbomachine est une aube directrice de sortie ou une aube directrice d’entrée. De manière alternative, l’aube de turbomachine peut être une aube de stator à calage variable. L’invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description détaillée faite ci-après de différents modes de réalisation de l’invention donnés à titre d’exemples non limitatifs. Cette description fait référence aux pages de figures annexées, sur lesquelles : La est une vue en perspective d’une aube de turbomachine comprenant un clinquant selon le présent exposé, La est une vue schématique en perspective d’un clinquant pour bord d’attaque d’aube de turbomachine, La représente le démoulage d’un clinquant d’un moule d’électroformage selon l’art antérieur, la est une vue en coupe transversale d’une aube obtenue par un procédé selon l’art antérieur, la représente les différentes étapes d’un procédé de fabrication d’un clinquant et d’une aube selon le présent exposé, la est une vue en perspective d’un moule d’électroformage utilisé dans le procédé de fabrication du clinquant selon le présent exposé, la représente schématiquement différents motifs texturés pouvant être imprimés sur la surface de moulage du moule de la , la est une vue en coupe transversale, suivant le plan III-III, de l’aube de la obtenue par un procédé selon le présent exposé, la figure 9A est une vue détaillée du joint de colle de l’aube de la , et la figure 9B est une vue détaillée du joint de colle de l’aube de la . Procédé de fabrication d’un clinquant (5) de bord d’attaque destiné à être fixé sur un bord d’attaque d’aube de turbomachine d’aéronef, comprenant : - la fourniture d’un moule d’électroformage (10) comprenant une surface de moulage (12) présentant une forme complémentaire de la forme du clinquant (5) à fabriquer, - l’impression d’un motif texturé (20) sur au moins une portion de la surface de moulage (12) du moule d’électroformage (20), - la fabrication d’une ébauche de clinquant par électroformage métallique sur la surface de moulage (12), - le démoulage de l’ébauche de clinquant. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l’impression du motif texturé (20) est réalisée par usinage ou par abrasion laser. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le motif texturé (20) comprend une pluralité de premières cannelures (21) parallèles entre elles. Procédé selon la revendication 3, dans lequel le motif texturé (20) présente une structure maillée comprenant une pluralité de deuxièmes cannelures (22) parallèles entre elles et sensiblement perpendiculaires aux premières cannelures (21). Procédé selon la revendication 4, dans lequel les première et deuxième cannelures (21, 22) présentent une largeur (E) inférieure à 20 µm, de préférence inférieure à 10 µm, de préférence encore inférieure à 1 µm. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le motif texturé (20) présente une structure aléatoire obtenue par sablage de la surface de moulage (12). Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel l’étape de fabrication de l’ébauche de clinquant par électroformage métallique sur la surface de moulage (12) est effectuée jusqu’à obtenir une ébauche d’épaisseur comprise entre 0,3 et 3 mm, de préférence entre 0,3 et 0,6 mm. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel, lors de la fabrication de l’ébauche de clinquant par électroformage, le matériau déposé sur la surface de moulage est un alliage de nickel et cobalt. Clinquant (5) de bord d’attaque destiné à être fixé sur un bord d’attaque d’aube de turbomachine d’aéronef, obtenu par un procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 8. Procédé de fabrication d’une aube de turbomachine d’aéronef comprenant : - la fourniture d’un corps d’aube (4) en matériau composite comprenant un bord d’attaque, - la fixation d’un clinquant (5) obtenu par un procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, sur le bord d’attaque. Procédé selon la revendication 10, dans lequel l’aube de turbomachine est une aube directrice de sortie ou une aube directrice d’entrée.