Brevet FR3141187A1 — publié le 20240426

La présente invention porte sur un traitement de barreau d'aluminure de titane pour la production d'aubes mobiles, en particulier des aubes mobiles de turbines basse pression. Ce procédé comprend l’immersion d'un barreau d'aluminure de titane dans une composition acide pour obtenir un barreau traité, et l’usinage du barreau traité pour produire l'aube mobile ; la composition acide étant un mélange d'un agent oxydant acide et d'un acide halogéné différent de l'agent oxydant acide. Traitement chimique pour optimisation de l'usinage de barreau en TiAl La présente invention se rapporte au domaine général de la fabrication des aubes mobiles de turbines basse pression en aluminure de titane. L'aluminure de titane est couramment utilisé pour produire des aubes mobiles de turbines basse pression car il présente plusieurs intérêts dont : - une bonne tenue mécanique à chaud, et - une masse volumique très faible au regard de ses propriétés mécaniques (3985 kg/m 3 ). Les procédés de fonderie traditionnels ne permettent pas la réalisation des aubes mobiles de turbines basse pression en aluminure de titane. En conséquence, ces aubes sont entièrement usinées dans la masse de barreaux en aluminure de titane parallélépipédiques. En particulier, après avoir été produits, ces barreaux subissent une compaction isostatique à chaud ainsi qu’un traitement thermique avant d’être envoyés à l’usinage. À l’issue du traitement thermique, une couche peut se former à la surface extérieure du barreau. Cette couche, d'une épaisseur moyenne comprise entre 15 µm et 50 µm, présente une dureté supérieure à l'aluminure de titane. Du fait de cette dureté supérieure, cette couche impacte les gammes classiques de production des aubes mobiles par usinage et génère une usure importante des outils d'usinage. Pour répondre à cette problématique, il a été proposé d'utiliser des outils d'usinage plus résistants. Cependant, cette solution requière le changement des gammes classiques de production des aubes mobiles par usinage, elle n'est donc pas simple à mettre en œuvre. De plus, le cout économique de cette solution est tellement élevé qu'elle n'est pas viable industriellement. Il existe donc un besoin d'une solution efficace, simple et économique permettant de supprimer cette couche. Il est ainsi du mérite des inventeurs d’avoir trouvé qu’il était possible de répondre à ce besoin à l’aide d’un traitement chimique des barreaux avant leur usinage. Résumé Il est proposé un procédé de production d'une aube mobile, en particulier une aube mobile de turbine basse pression en aluminure de titane comprenant les étapes suivantes: a) immersion d'un barreau d'aluminure de titane dans une composition acide pour obtenir un barreau traité, b) usinage du barreau traité pour produire l'aube mobile, caractérisé en ce que la composition acide est un mélange d'un agent oxydant acide et d'un acide halogéné. De façon avantageuse, la composition acide du procédé de l'invention permet d'éliminer efficacement, simplement et de façon économique, la couche formée à la surface extérieure du barreau d'aluminure de titane. Sans vouloir être liés par aucune théorie, les inventeurs sont d'avis que la couche formée à la surface extérieure du barreau d'aluminure de titane est efficacement éliminée par la composition acide car l'affinité chimique entre la composition acide et la couche, principalement constituée d'oxyde de titane (TiO 2 ) et d'alumine (Al 2 O 3 ) est bonne. De plus, l'étape b) peut être mise en œuvre : - directement après l'étape a), ce qui minimise la durée du procédé de l'invention, et - sans modifier les gammes classiques de production des aubes mobiles par usinage, ce qui minimise le cout du procédé de l'invention. Il est proposé un procédé de production d'une aube mobile en aluminure de titane, en particulier une aube mobile de turbine basse pression, comprenant les étapes suivantes: a) immersion d'un barreau d'aluminure de titane dans une composition acide pour obtenir un barreau traité, et b) usinage du barreau traité pour produire l'aube mobile, caractérisé en ce que la composition acide est un mélange d'un agent oxydant acide et d'un acide halogéné différent de l'agent oxydant acide. Au sens de la présente demande, on entend par "agent oxydant acide" un composé qui reçoit un électron d'une autre espèce chimique lors d'une réaction d'oxydoréduction et qui accepte un doublet électronique au cours d'une réaction. L'agent oxydant acide peut, par exemple, être choisi parmi l'acide nitrique, l'acide sulfurique et leurs mélanges, en particulier peut être l'acide nitrique. Au sens de la présente demande, on entend par "acide halogéné" un composé halogéné qui accepte un doublet électronique au cours d'une réaction. Par exemple, l'acide halogéné peut être choisi parmi le fluorure d'hydrogène, le bifluorure d'ammonium, l'acide chlorhydrique, le chlorure de fer et leurs mélanges, en particulier parmi le fluorure d'hydrogène, le bifluorure d'ammonium, l'acide chlorhydrique et leurs mélanges. De façon avantageuse, la composition acide comprenant un agent oxydant acide de la liste ci-dessus et/ou un acide halogéné de la liste ci-dessus élimine efficacement la couche formée à la surface extérieure du barreau d'aluminure de titane. Selon un mode de réalisation particulier, l'agent oxydant acide peut être l'acide nitrique et l'acide halogéné peut être choisi parmi le fluorure d'hydrogène, le bifluorure d'ammonium, l'acide chlorhydrique et leurs mélanges, en particulier parmi le fluorure d'hydrogène, le bifluorure d'ammonium et l'acide chlorhydrique, plus particulièrement peut être le fluorure d'hydrogène. De façon avantageuse, la composition acide de ce mode de réalisation particulier est très efficace pour éliminer la couche formée à la surface extérieure du barreau d'aluminure de titane. Typiquement, la composition peut être à base aqueuse et comprendre : - l'agent oxydant acide à une concentration comprise entre 50 g/L et 400 g/L, en particulier entre 75 g/L et 350 g/L, plus particulièrement entre 100 g/L et 325 g/L, et - l'acide halogéné à une concentration comprise entre 5 g/L et 100 g/L, en particulier entre 10 g/L et 80 g/L, plus particulièrement entre 20 g/L et 75 g/L. Selon un mode de réalisation particulier, la composition peut être à base aqueuse et comprendre de l'acide nitrique à une concentration comprise entre 100 g/L et 320 g/L et du fluorure d'hydrogène à une concentration comprise entre 20 g/L et 75 g/L. Selon un mode de réalisation très particulier, la composition peut être à base aqueuse et comprendre de l'acide nitrique à une concentration comprise entre 100 g/L et 125 g/L et du fluorure d'hydrogène à une concentration comprise entre 55 g/L et 65 g/L. Selon un mode de réalisation très particulier, la composition peut être à base aqueuse et comprendre de l'acide nitrique à une concentration comprise entre 300 g/L et 320 g/L et du fluorure d'hydrogène à une concentration comprise entre 20 g/L et 25 g/L. Au cours de l'étape a), le barreau d'aluminure de titane peut être immergé dans la composition acide pendant une durée comprise entre 5 min et 120 min, en particulier entre 10 min et 90 min, plus particulièrement entre 15 min et 60 min. La durée de l'étape a) est donc avantageusement courte. La durée peut également être adapté à la composition acide. Par exemple, une durée comprise entre 5 min et 90 min, en particulier entre 10 min et 65 min, plus particulièrement entre 15 min et 40 min est adaptée à une composition comprenant de l'acide nitrique et du fluorure d'hydrogène. Par exemple, une durée comprise entre 10 min et 120 min, en particulier entre 20 min et 90 min, plus particulièrement entre 40 min et 70 min est adaptée à une composition comprenant de l'acide nitrique et du bifluorure d'ammonium ou de l'acide nitrique et de l'acide chlorhydrique. Au cours de l'étape a), la température de la composition acide peut être la température ambiante, i.e. une température comprise entre 20°C et 25°C. Alternativement, au cours de l'étape a), la composition acide peut être chauffée et présentée une température comprise entre 30 C et 70 C, en particulier entre 30°C et 60°C, plus particulièrement comprise entre 30°C et 45°C. Selon un mode de réalisation, le procédé peut comprendre, avant l'étape a), une étape de prétraitement du barreau d'aluminure de titane pour obtenir un barreau d'aluminure de titane prétraité, ledit barreau d'aluminure de titane prétraité étant ensuite mis en œuvre dans l'étape a). Par exemple, l'étape de prétraitement du barreau d'aluminure de titane peut comprendre les sous-étapes suivantes: - compaction isostatique à chaud du barreau d'aluminure de titane pour obtenir un barreau d'aluminure de titane compacté, et - traitement thermique du barreau d'aluminure de titane compacté pour obtenir le barreau d'aluminure de titane prétraité. Ces sous-étapes de l'étape de prétraitement sont des étapes classiques connues de l'homme du métier. L'étape b) d'usinage est également une étape classique connue de l'homme du métier. Ainsi les sous-étapes de l'étape de prétraitement et l'étape b) ne modifient avantageusement pas les gammes classiques de production des aubes mobiles par usinage. Ainsi, le procédé de l'invention peut être mis en œuvre facilement et à faible cout par l'homme du métier. Procédé de production d'une aube mobile en aluminure de titane comprenant les étapes suivantes: a) immersion d'un barreau d'aluminure de titane dans une composition acide pour obtenir un barreau traité, et b) usinage du barreau traité pour produire l'aube mobile, caractérisé en ce que la composition acide est un mélange d'un agent oxydant acide et d'un acide halogéné différent de l'agent oxydant acide. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'agent oxydant acide est choisi parmi l'acide nitrique, l'acide sulfurique et leurs mélanges. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel l'acide halogéné est choisi parmi le fluorure d'hydrogène, le bifluorure d'ammonium, l'acide chlorhydrique, le chlorure de fer et leurs mélanges. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel l'agent oxydant acide est l'acide nitrique et l'acide halogéné est choisi parmi le fluorure d'hydrogène, le bifluorure d'ammonium, l'acide chlorhydrique et leurs mélanges. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la composition acide est à base aqueuse et comprend : - l'agent oxydant acide à une concentration comprise entre 50 g/L et 400 g/L, et - l'acide halogéné à une concentration comprise entre 5 g/L et 100 g/L. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel, au cours de l'étape a), le barreau d'aluminure de titane est immergé dans la composition acide pendant une durée comprise entre 5 min et 120 min. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel, au cours de l'étape a), la composition acide présente une température comprise entre 30 C et 70 C. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 comprenant, avant l'étape a), une étape de prétraitement du barreau d'aluminure de titane pour obtenir un barreau d'aluminure de titane prétraité, ledit barreau d'aluminure de titane prétraité étant ensuite mis en œuvre dans l'étape a). Procédé selon la revendication 8 dans lequel l'étape de prétraitement du barreau d'aluminure de titane comprend les sous-étapes suivantes: - compaction isostatique à chaud du barreau d'aluminure de titane pour obtenir un barreau d'aluminure de titane compacté, et - traitement thermique du barreau d'aluminure de titane compacté pour obtenir le barreau d'aluminure de titane prétraité.