Brevet FR3141701A1 — publié le 20240510

L’invention concerne un procédé de réparation d’une pièce (1) dans lequel on réalise une opération de dépôt chimique d’une couche de réparation (10) en trempant une portion à réparer (2) de la pièce (1) dans une solution aqueuse comprenant des ions d’un métal d’apport de réparation, des ions d’un métal de réparation et un agent réducteur de réparation. Figure pour l’abrégé : Figure 1 Procédé de réparation d’une pièce par dépôt chimique Domaine de la divulgation La divulgation concerne un procédé de réparation d’une pièce par dépôt chimique. La pièce est, en particulier, un composant d’une turbomachine ou d’un turboréacteur d’aéronef, notamment un élément d’une turbine. Etat de la technique Une turbine d’un turboréacteur est disposée en aval d’une chambre de combustion. La turbine récupère une partie de l'énergie issue de la combustion des gaz de combustion pour le fonctionnement d’une soufflante, d’un compresseur et des accessoires du turboréacteur. La turbine comprend plusieurs étages, chaque étage comportant un aubage fixe, dénommé distributeur, et un aubage mobile, dénommé rotor. Sortant de la chambre de combustion, les gaz de combustion vont se détendre dans le distributeur qui accélère l'écoulement et le dévie. Sous l'effet d’un tel écoulement, le rotor, ayant aussi des profils déviateurs, tourne, ayant pour fonction d’entrainer en rotation la soufflante ainsi que les étages du compresseur, notamment du compresseur basse pression. On observe sur un premier étage du distributeur de la turbine, au niveau de son maintien par un flasque, de l’usure par friction et de la corrosion par le souffre. L’usure et la corrosion réduisent localement une épaisseur d’une telle pièce. Il est alors nécessaire de réparer la pièce pour réduire le risque de rupture. Une solution consiste à recharger la pièce en métal par brasage. Un métal de rechargement est déposé sur la pièce dont la température de fusion est inférieure à la température de fusion du métal de rechargement. Une telle solution est satisfaisante à court terme. Toutefois, le temps nécessaire pour réparer toutes les pièces endommagées d’une turbomachine est élevé. Exposé de la divulgation La présente divulgation vise à proposer une solution robuste, pérenne et peu couteuse. Pour ce faire, conformément à la divulgation, on réalise une opération de dépôt chimique d’une couche de réparation en trempant au moins une portion à réparer de la pièce dans une solution aqueuse de réparation comprenant des ions d’un métal d’apport de réparation, des ions d’un métal de réparation et/ou un agent réducteur de réparation, en particulier le métal de réparation étant le même qu’un matériau de la portion à réparer. Ainsi, un opérateur peut traiter plusieurs pièces simultanément en les trempant dans la solution aqueuse. A nombre d’opérateurs égal, la divulgation permet de réparer plus de pièces qu’un rechargement en métal par brasage. Par ailleurs, le dépôt par voie chimique permet un dépôt plus uniforme que le dépôt par électrolyte. Par conséquent, il est nécessaire de déposer moins de métal de réparation pour obtenir une épaisseur souhaitée. Le dépôt chimique peut s’effectuer par une réaction autocatalytique ou être forcée, par exemple par un courant électrique. Selon une autre caractéristique conforme à la divulgation, on réalise de préférence une passe d’usinage après le dépôt de la couche de réparation pour éliminer les surépaisseurs. La pièce n’étant généralement pas usée et/ou corrodée de manière uniforme, l’usinage permet de donner à la pièce l’épaisseur qu’elle avait avant usage. Selon une caractéristique alternative conforme à la divulgation, on réalise de préférence une passe d’usinage avant le dépôt de la couche de réparation pour harmoniser la surface sur laquelle est déposée la couche de réparation. Ainsi, on supprime les inégalités de surfaces avant de déposer la couche de réparation. Selon une autre caractéristique conforme à l’invention, le métal de réparation est de préférence un alliage comprenant un métal de base et des éléments d’alliage, le métal de base étant en particulier du nickel et l’élément d’alliage en plus forte proportion étant en particulier du cobalt. Le procédé de réparation est particulièrement adapté au dépôt chimique de ce type de métal de réparation. Selon une autre caractéristique conforme à l’invention, le métal d’apport de réparation peut être, de préférence, du nickel, du chrome, du phosphore et/ou de l’aluminium, considéré individuellement ou en combinaison. Le nickel, le chrome, le phosphore et l’aluminium présentent de bonnes propriétés de résistance à la corrosion et de réaction par oxydo-réduction. En particulier, le chrome présente de bonnes propriétés de résistance à la corrosion et l’aluminium présente de bonnes propriétés de résistance à l’oxydation, le phosphore présente de bonnes propriétés de résistance à l’usure. Selon les besoins de protection de la pièce, il pourra être préférable d’utiliser l’un ou l’autre. Selon une autre caractéristique conforme à l’invention, l’agent réducteur de réparation peut être, de préférence, l’argent, le cuivre et/ou l’or, considéré individuellement ou en combinaison. Dans divers modes de réalisation selon la divulgation, on peut éventuellement avoir recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes : la pièce est un composant d’une turbomachine d’aéronef ; la pièce est un élément de turbine. Selon une autre caractéristique conforme à la divulgation, de préférence, on réalise une opération de dépôt d’une surcouche de protection contre la corrosion ou l’oxydation sur la couche de réparation en trempant la portion à réparer dans un bain de protection contre la corrosion, composé d’une solution aqueuse de protection contre la corrosion comprenant des ions d’un métal d’apport de protection contre la corrosion, des ions de chrome et un agent réducteur. L’agent réducteur de protection contre la corrosion permet une réaction entre les ions du métal d’apport de réparation, les ions du métal de réparation et la portion à réparer de la pièce plongée dans la solution aqueuse. Ainsi, non seulement la pièce après réparation retrouve les caractéristiques qu’elle avait avant usage, de manière à effectuer une "seconde vie", mais en outre la pièce possède une meilleure résistance à la corrosion, de sorte que la "seconde vie" pourra être allongée. Selon une autre caractéristique conforme à la divulgation, de préférence, on réalise une opération de dépôt d’une surcouche de protection contre l’usure sur la couche de réparation en trempant la portion à réparer dans un bain de protection contre l’usure, composé d’une solution aqueuse de protection contre l’usure comprenant des ions d’un métal d’apport de protection contre l’usure, des ions de métal de protection contre l’usure et un agent réducteur. Ainsi, comme pour l’opération de de protection contre la corrosion, l’opération de protection contre l’usure permet à la pièce d’être plus résistante après réparation qu’avant usage. Dans divers modes de réalisation selon la divulgation, on peut éventuellement avoir recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes : le métal d’apport de protection contre la corrosion ou contre l’usure peut être, de préférence, du nickel, du chrome, du phosphore et/ou de l’aluminium, considéré individuellement ou en combinaison ; l’agent réducteur de protection contre la corrosion ou contre l’usure peut être, de préférence, de l’argent, du cuivre et/ou de l’or, considéré individuellement ou en combinaison. Brève description des figures D'autres caractéristiques et avantages de la présente divulgation apparaîtront dans la description détaillée suivante, se référant aux dessins annexés dans lesquels : représente schématiquement une vue en coupe d’une turbomachine comprenant une pièce comprenant une portion à réparer ; représente une portion à réparer de la pièce, à échelle agrandie, selon la flèche repérée II de la ; représente, en coupe selon la ligne repérée III de la , la portion à réparer ; représente la portion à réparer trempée dans un bain de réparation, selon un premier mode de réalisation ; représente la portion à réparer sortie du bain de réparation, selon le premier mode de réalisation ; représente la portion à réparer après usinage, trempée dans un bain de protection contre la corrosion, selon le premier mode de réalisation ; représente la portion à réparer sortie du bain de protection contre la corrosion et trempée dans un bain de protection contre l’usure, selon le premier mode de réalisation ; représente la portion à réparer obtenue après sortie du bain de protection contre l’usure, selon le premier mode de réalisation ; représente la portion à réparer après usinage, trempée dans un bain de réparation, selon un deuxième mode de réalisation ; représente la portion à réparer sortie du bain de réparation et trempée dans un bain de protection contre la corrosion, selon le deuxième mode de réalisation ; représente la portion à réparer sortie du bain de protection contre la corrosion et trempée dans un bain de protection contre l’usure, selon le deuxième mode de réalisation ; et représente la portion à réparer obtenue après sortie du bain de protection contre l’usure, selon le deuxième mode de réalisation. Description détaillée de la divulgation La représente schématiquement une vue en coupe d’une turbomachine 50. Un flux d’air entrant dans la turbomachine 50 traverse une soufflante 62, puis se sépare en un flux primaire 52 et un flux secondaire 54. Le flux primaire 52 traverse successivement un ensemble de compresseurs, une chambre de combustion 60, puis un ensemble de turbines. Dans le mode de réalisation illustré, l’ensemble de compresseurs comprend un compresseur basse-pression 64 et un compresseur haute-pression 66. Par ailleurs, l’ensemble de turbine comprend une première turbine 82, une deuxième turbine 84 et une troisième turbine 86. La soufflante 62 est reliée à la troisième turbine 86 qui l’entraine en rotation, par l’intermédiaire d’un premier arbre de liaison 72. Le compresseur basse-pression 64 est relié à la deuxième turbine 84 qui l’entraine en rotation, par l’intermédiaire d’un deuxième arbre de liaison 74. Enfin, le compresseur haute-pression 66 est relié à la première turbine 82 qui l’entraine en rotation, par l’intermédiaire d’un troisième arbre de liaison 76. La chambre de combustion 60 est alimentée en carburant qui est brulé dans le flux primaire 52. Les gaz de combustion forment un flux de sortie 56 en aval de la chambre de combustion 60. Le flux de sortie 56 passe à travers la première turbine 82, la deuxième turbine 84 et la troisième turbine 86. Plus spécifiquement, la troisième turbine 86 comprend plusieurs étages comportant chacun un distributeur et un rotor. Le distributeur du premier étage, considéré selon le sens d’écoulement du flux de sortie 56, forme une pièce 1 comprenant une portion à réparer 2. Les figures 2 et 3 illustrent respectivement une portion à réparer 2 de la pièce 1, à échelle agrandie, selon la flèche repérée II de la et vue en coupe selon la ligne repérée III de la , la portion à réparer 2. Plus particulièrement, sur la , la pièce 1 est schématiquement représentée après usage. La portion à réparer 2 comprend une surface brute 4, pouvant comprendre des pustules de corrosion 5. Les pustules de corrosion 5 sont dues à une exposition de la portion à réparer au flux de sortie 56 et au frottement de la portion à réparer 2 contre un flasque maintenant la pièce 1. La température élevée du flux de sortie 56 et la présence de souffre dans les gaz de combustion favorisent la corrosion et donc l’apparition des pustules de corrosion 5 sur une surface extérieure de la pièce 1. Selon un premier mode de réparation, afin de réparer la portion à réparer 2 de la pièce 1, la surface brute 4 est tout d’abord nettoyée, désoxydée et/ou décalaminée par action mécanique et/ou chimique, afin de débarrasser la portion à réparer 2 des pustules de corrosion 5. Tel qu’illustré à la , la portion à réparer 2 présente alors une surface nettoyée 6. La pièce 1 est alors trempée dans un bain de réparation 15. Le bain de réparation 15 est composé d’une solution aqueuse de réparation, pouvant contenir des ions d’un métal d’apport de réparation, des ions d’un métal de réparation et/ou un agent réducteur. Plus précisément, le métal de réparation est identique au matériau de la pièce 1 comprenant la portion à réparer 2. Le métal d’apport de la réparation peut résulter de différentes combinaisons correspondantes au besoin de la réparation, telle qu’une restauration de volume, une protection contre la corrosion, une protection contre l’oxydation, une protection contre l’usure… Enfin, l’agent réducteur est un agent de combinaison dépendant du métal d’apport de réparation utilisé. La portion à réparer 2 peut être constituée d’un superalliage comprenant du nickel en tant que métal de base et du cobalt en tant qu’élément d’alliage dont la teneur est la plus élevée. Le métal de réparation présent dans le bain de réparation 15 est le même matériau que la portion à réparer 2. Le métal de réparation est, de préférence, du nickel. En variante, du chrome, du phosphore et/ou de l’aluminium peuvent être utilisés en tant que métal de réparation. L’agent réducteur est, de préférence, de l’argent, du cuivre et/ou de l’or. Une couche de réparation 10 se dépose alors progressivement sur la surface nettoyée 6, en particulier par un procédé chimique autocatalytique, tel qu’illustré à la . La couche de réparation 10 présente une surface de réparation 12. Toutefois, la surface de réparation 12 présente des aspérités découlant de la présence inégalement répartie des pustules de corrosion 5. Afin de redonner à la portion à réparer 2 une forme initiale, un usinage est opéré sur la couche de réparation 10. La couche de réparation 10 présente alors une surface de réparation usinée 14 qui est uniforme, préférentiellement sensiblement plane dans le mode de réalisation illustré à la . Les dimensions de la pièce réparée 100 sont alors sensiblement conformes aux dimensions nominales, c’est-à-dire des dimensions de la pièce 1 avant usage. Par ailleurs, il est opéré de la sorte pour toutes les faces ou surfaces de la pièce 1 comportant des portions à réparer 2. De manière optionnelle, tel qu’illustré à la , la portion à réparer 2 de la pièce réparée 100 peut être ensuite trempée dans un bain de protection contre la corrosion 25. Le bain de protection contre la corrosion 25 est composé d’une solution aqueuse de protection contre la corrosion comprenant des ions du métal de base de la pièce à réparer 2, des ions d’un métal d’apport de protection contre la corrosion, tels que des ions de chrome, et/ou un agent réducteur de protection contre la corrosion permettant de réaliser une réaction entre la pièce à réparer 2 et les ions du bain de protection contre la corrosion 25. Le métal d’apport de protection contre la corrosion est, de préférence, du nickel. En variante, le métal d’apport de protection est du chrome et/ou de l’aluminium. L’agent réducteur de protection contre la corrosion est, de préférence, de l’argent, du cuivre et/ou de l’or. Tel qu’illustré à la , il se dépose ainsi progressivement une surcouche de protection contre la corrosion 20 sensiblement uniforme, c’est-à-dire d’une épaisseur sensiblement constante, sur la surface usinée de réparation 14 de la couche de réparation 10. Par ailleurs, la surcouche de protection contre la corrosion 20 est susceptible de se déposer sur l’ensemble des surfaces de la portion à réparer 2 de la pièce réparée 100. De manière optionnelle, tel qu’illustré à la , la portion à réparer 2 de la pièce réparée 100 peut être ensuite trempée dans un bain de protection contre l’usure 35. Le bain de protection contre l’usure 35 est composé d’une solution aqueuse de protection contre l’usure comprenant des ions du métal correspondant au métal de la pièce à réparer 2, des ions de métal de protection contre l’usure et/ou un agent réducteur de protection contre l’usure. Le métal de protection contre l’usure est, de préférence, le phosphore. En variante, le métal de protection contre l’usure peut être l’aluminium. Le métal d’apport de protection contre l’usure est, de préférence, du nickel, du chrome et/ou de l’aluminium. L’agent réducteur de protection contre l’usure est de préférence de l’argent, du cuivre et/ou de l’or. Tel qu’illustré à la , il se dépose ainsi progressivement une surcouche de protection contre l’usure 30 sensiblement uniforme, c’est-à-dire d’une épaisseur sensiblement constante, sur la couche de réparation 10 et la surcouche de protection contre la corrosion 20 de la pièce réparée 100. Par ailleurs, il peut être difficile de n’avoir que la portion de la pièce à réparer 2 qui soit trempée dans le bain de réparation 15, dans le bain de protection contre la corrosion 25 et/ou dans le bain de protection contre l’usure 35. Ainsi, il peut être envisagé que la pièce 1 soit intégralement trempée dans le bain de réparation 15, le bain de protection contre la corrosion 25 et/ou le bain de protection contre l’usure 35. Par suite, le dépôt de la couche de réparation 10, de la surcouche de protection contre la corrosion 20 et/ou de la surcouche de protection contre l’usure 30 ne se limite donc pas à la portion à réparer 2. Par suite, puisque la pièce 1 a été entièrement trempée dans le bain de réparation 15, le bain de protection contre la corrosion 25 et/ou le bain de protection contre l’usure 30, la pièce 1 se trouve en toute ou partie recouverte par la couche de réparation 10, la surcouche de protection contre la corrosion 20 et/ou la surcouche de protection contre l’usure 30. Par conséquent, il peut être alors nécessaire de procéder à au moins une opération de retrait de matière, en particulier par usinage, non seulement au niveau de la portion à réparer 2, mais également plus généralement dans toutes zones de la pièce réparée 100 devant présenter des dimensions conformes à des valeurs nominales ou définies. Par ailleurs, l’opération de retrait de matière peut être réalisé avant de tremper la pièce 1 dans le bain de réparation 15, de préférence après avoir trempé la pièce 1 dans le bain de protection contre l’usure 35, mais il est également possible de le faire entre ces deux opérations. Les figures 9 à 12 illustrent un deuxième mode de réalisation se distinguant du premier mode de réalisation en ce qu’au lieu de tremper la portion à réparer 2 dans le bain de réparation 15 après avoir simplement nettoyé la surface brute 4, la portion à réparer 2 est préalablement usinée, afin de présenter une surface à réparer usinée 8 qui est harmonisée, c’est-à-dire dépourvue d’aspérités et correspondant à une forme générale de la pièce 1 avant usage, autrement dit sensiblement plane dans le mode de réalisation illustré. Ensuite, la portion à réparer 2 est trempée dans le bain de réparation 15, tel qu’illustré à la . Le bain de réparation 15 selon le deuxième mode de réalisation présente des caractéristiques similaires telles que décrites en relation avec le premier mode de réalisation. La couche de réparation 10 se dépose alors progressivement sur la surface à réparer usinée 8, en particulier par un procédé chimique autocatalytique, tel qu’illustré à la . La surface de réparation 12 de la couche de réparation 10 de la pièce réparée 100 obtenue est alors sensiblement uniforme. Les dimensions de la pièce réparée 100 sont alors sensiblement conformes aux dimensions nominales, c’est-à-dire des dimensions de la pièce 1 avant usage. De manière optionnelle, tel qu’illustré à la , la portion à réparer 2 de la pièce réparée 100 peut être ensuite trempée dans le bain de protection contre la corrosion 25. Le bain de protection contre la corrosion 25 selon le deuxième mode de réalisation présente des caractéristiques similaires telles que décrites en relation avec le premier mode de réalisation. Tel qu’illustré à la , il se dépose ainsi progressivement une surcouche de protection contre la corrosion 20 sensiblement uniforme, c’est-à-dire d’une épaisseur sensiblement constante, sur la surface de réparation 12 de la couche de réparation 10. De manière optionnelle, tel qu’illustré à la , la portion à réparer 2 de la pièce réparée 100 peut être ensuite trempée dans le bain de protection contre l’usure 35. Le bain de protection contre l’usure 35 selon le deuxième mode de réalisation présente des caractéristiques similaires telles que décrites en relation avec le premier mode de réalisation. Tel qu’illustré à la , il se dépose ainsi progressivement une surcouche de protection contre l’usure 30 sensiblement uniforme, c’est-à-dire d’une épaisseur constante, sur la couche de réparation 10 et la surcouche de protection contre la corrosion 20 de la pièce réparée 100. Par ailleurs, la surcouche de protection contre la corrosion 20 est susceptible de se déposer sur l’ensemble des surfaces de la portion à réparer 2 de la pièce réparée 100. Selon un mode particulier de réalisation, le procédé de réparation est effectué dans une solution aqueuse unique, pouvant contenir des ions du métal d’apport de réparation, des ions du métal de réparation, de l’agent réducteur et/ou tous les ions de tous les métaux souhaités pour la réparation la portion à réparer 2 de la pièce 1. Les dépôts de la couche de réparation 10, de la surcouche de protection contre la corrosion 20 et/ou de la surcouche de protection contre l’usure 30 s’effectueront de façon successive en fonction des éléments en solution. La pièce 1 peut être éventuellement sortie avant l’un des dépôts pour être usinée, avant d’être replongée dans la solution aqueuse. Ainsi, il peut être envisagé que le bain de réparation 15, le bain de protection contre la corrosion 25 et le bain de protection contre l’usure 35 peuvent constituer des bains différents dédiés, utilisés de manière successive en fonction du besoin et des propriétés recherchées, ou un bain unique contenant tous les ions de tous les métaux souhaités pour la réparation la portion à réparer 2 de la pièce 1. Par ailleurs, le métal de réparation n’est pas nécessairement identique au matériau de la portion à réparer 2 de la pièce 1. Il pourrait ainsi, par exemple, être déposé un autre matériau sur une aube en alliage de nickel dans le but de la réparer. Toutefois, afin de faciliter une pose du métal de réparation, il est préférable d’avoir au moins en partie une présence du matériau de la portion à réparer 2 de la pièce 1. Par suite, d’autres métaux peuvent être ajoutés à la solution aqueuse en fonction du besoin de réparation. Procédé de réparation d’une pièce (1), dans lequel on réalise une opération de dépôt chimique d’une couche de réparation (10) en trempant au moins une portion à réparer (2) de la pièce (1) dans une solution aqueuse comprenant : des ions d’un métal d’apport de réparation, des ions d’un métal de réparation et/ou un agent réducteur de réparation, en particulier le métal de réparation étant le même qu’un matériau de la portion à réparer (2). Procédé de réparation selon la revendication 1, dans lequel on réalise une passe d’usinage (14) après le dépôt de la couche de réparation (10) pour éliminer les surépaisseurs. Procédé de réparation selon la revendication 1 ou 2, dans lequel on réalise une passe d’usinage (8) avant le dépôt de la couche de réparation (10) pour harmoniser la surface sur laquelle est déposée la couche de réparation (10). Procédé de réparation selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le métal de réparation est un alliage comprenant un métal de base et des éléments d’alliage, le métal de base étant en particulier du nickel et l’élément d’alliage en plus forte proportion étant en particulier du cobalt. Procédé de réparation selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le métal d’apport de réparation est du nickel, du chrome, du phosphore. et/ou de l’aluminium. Procédé de réparation selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’agent réducteur de réparation est l’argent, le cuivre et/ou l’or. Procédé de réparation selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la pièce (1) est un composant d’une turbomachine (50) d’aéronef. Procédé de réparation selon la revendication précédente, dans lequel la pièce (1) est un élément de turbine (86).