Brevet FR3156781A1 — publié le 20250620

La présente invention concerne un procédé de revêtement d’une pièce de turbomachine, comprenant : la fixation (S100) de la pièce de turbomachine sur un support à l’aide d’une colle céramique pour obtenir un assemblage solidaire de la pièce de turbomachine et du support, le support et/ou la colle céramique étant en graphite ; l’application (S300) d’un revêtement sur une surface de la pièce de turbomachine, la pièce de turbomachine étant maintenue par le support ; et le traitement thermique (S400) de l’assemblage sous atmosphère oxydante. Fig. 5 Procédé de revêtement d’une pièce de turbomachine La présente invention concerne le domaine technique des procédés d’application d’un revêtement sur une pièce de turbomachine. Plus particulièrement, la présente invention concerne le domaine technique des procédés d’application d’un revêtement sur une pièce de turbomachine soumise à de hautes températures et/ou à un environnement oxydant, telle qu’une turbine. État de la technique Les matériaux composites à matrice céramique (CMC) sont de plus en plus utilisés pour la fabrication de pièces de turbomachine. Ces matériaux supportent des températures élevées, potentiellement supérieures à 1200 °C. Les pièces de turbomachines en matériau CMC nécessitent moins de refroidissement. Ce refroidissement étant généralement issu d’un prélèvement dans le compresseur qui impacte le rendement de la turbomachine, les pièces de turbomachine en matériau CMC permettent donc d’améliorer le rendement moteur, ce qui réduit la consommation de carburant. Par ailleurs, la faible densité de ce matériau contribue à la diminution de la masse globale des turbomachines, conduisant encore à une diminution de la consommation de carburant et donc à la réduction significative des émissions polluantes. Afin d’améliorer la résistance à la corrosion des pièces de turbomachine, notamment aux températures les plus élevées, la surface de ces pièces peut être revêtue d’un revêtement de protection. Ce revêtement de protection peut former une couche barrière environnementale et/ou une couche barrière thermique. De manière générale, il est préférable de revêtir la totalité de la surface des pièces de turbomachine en CMC afin de protéger le CMC de l'environnement moteur et des contacts avec d'autres pièces en matériaux métalliques. Le procédé de revêtement comprend typiquement : - l’application d’une sous-couche d’accroche, par exemple par projection thermique (PT) ou dépôt chimique en phase vapeur (CVD) ; - l’application d’une couche de protection, par exemple par PT ou par voie liquide telle que l’électrophorèse ; et - le frittage de la sous-couche d’accroche et de la couche de protection en four sous air à une température supérieure à 1200 °C. Lors de l’application de la sous-couche d’accroche et de la couche de protection, la pièce en CMC doit être maintenue. Actuellement, ce maintien est obtenu par la réalisation préalable d’une ou de plusieurs sur-longueurs sur la pièce. Ces sur-longueurs doivent être supprimées préalablement au montage des pièces dans la turbomachine. Cette étape de suppression est généralement réalisée par usinage. Le matériau CMC étant difficile à usiner, l’étape de suppression est donc complexe et coûteuse. Par ailleurs, la face usinée se retrouve dépourvue de revêtement ; elle n’est donc pas protégée de l’environnement moteur. La présente invention vient améliorer la situation. Elle propose un procédé de revêtement d’une pièce de turbomachine comprenant : - la fixation de la pièce de turbomachine sur un support à l’aide d’une colle céramique pour obtenir un assemblage solidaire de la pièce de turbomachine et du support, le support et/ou la colle céramique étant en graphite ; - l’application d’un revêtement sur une surface de la pièce de turbomachine, la pièce de turbomachine étant maintenue par le support ; - le traitement thermique de l’assemblage sous atmosphère oxydante. Le support est destiné à soutenir la pièce de turbomachine par collage lors de l’application du revêtement. Il permet de manipuler la pièce de turbomachine pendant l’application du revêtement. Le support est de préférence collé sur des zones de sa surface peu exposées à l’environnement moteur lors de son utilisation. En particulier, dans le cas d’une aube de distributeur comportant une cavité, le support est de préférence collé sur une zone de la surface de la pièce située dans la cavité. Un des avantages du procédé est que le bridage chimique ne présente pas de risque d’endommagement mécanique, tel que rayures ou indentations, de la pièce de turbomachine, contrairement au bridage mécanique nécessitant un serrage sur celle-ci. En outre, il n’y a pas de nécessité de démontage de la pièce de turbomachine entre différentes opérations ; le support est solidaire de la pièce de turbomachine et la suit tout le long des traitements auxquels la pièce de turbomachine est soumise. Dans certains cas, une fonctionnalisation est obtenue à l’issue du procédé de revêtement grâce à la colle céramique dont la couche céramisée joue le rôle de protection, par exemple anti-diffusion des espèces chimiques. D’autres caractéristiques optionnelles sont les suivantes. La colle céramique peut être choisie parmi une colle à base alumine, une colle à base mullite et une colle à base graphite ; et le support est en graphite. La colle céramique peut être une colle à base graphite ; et le support en matériau composite à matrice céramique. La fixation peut comprendre la formation d’un espace intercalaire entre la pièce de turbomachine et le support, et l’injection de la colle céramique dans l’espace intercalaire. L’application du revêtement peut comprendre : - l’application d’une sous-couche d’accroche sur la pièce de turbomachine ; et - l’application d’une couche de protection sur la sous-couche d’accroche. L’application de la sous-couche d’accroche peut être réalisée par projection thermique ou dépôt chimique en phase vapeur. L’application de la couche de protection peut être réalisée par projection thermique, par dépôt chimique en phase vapeur ou par voie liquide. Le traitement thermique peut être réalisé à une température supérieure à 700 °C, voire à une température supérieure à 1200 °C. Le procédé peut comprendre en outre, antérieurement à l’application du revêtement, la consolidation de l’assemblage solidaire par cuisson de la colle céramique, de préférence à une température comprise entre 100 °C et 400 °C. Présentation des dessins D’autres objectifs, caractéristiques et avantages apparaitront à la lecture de la description donnée à titre d’exemple qui suit et exposée en référence aux dessins ci-dessous, donnés à titre illustratif et non limitatif, parmi lesquels : Fig. 1 FIG. 1 est un schéma illustrant un premier exemple de réalisation du procédé de revêtement selon une première variante de l'invention pour le revêtement d’une pièce de turbomachine présentant une cavité. Fig. 2 FIG. 2 est un schéma illustrant un deuxième exemple de réalisation du procédé de revêtement selon la première variante de l'invention pour le revêtement d’une pièce de turbomachine sans cavité. Fig. 3 FIG. 3 est un schéma illustrant un troisième exemple de réalisation du procédé de revêtement selon une deuxième variante de l'invention pour le revêtement d’une pièce de turbomachine présentant une cavité. Fig. 4 FIG. 4 est un schéma illustrant un quatrième exemple de réalisation du procédé de revêtement selon la deuxième variante de l'invention pour le revêtement d’une pièce de turbomachine sans cavité. Fig. 5 FIG. 5 est un organigramme représentant les étapes d'un exemple de réalisation du procédé de revêtement selon l'invention. Fig. 6 FIG. 6 est un organigramme représentant les étapes d'un autre exemple de réalisation du procédé de revêtement selon la première variante de l'invention. Fig. 7 FIG. 7 est un organigramme représentant les étapes d'un exemple de réalisation de l'étape de fixation des FIG. 5 et FIG. 6 . Fig. 8 FIG. 8 est un organigramme représentant les étapes d'un exemple de réalisation de l'étape de revêtement proprement dite des FIG. 5 et FIG. 6 . Fig. 9 FIG. 9 est un schéma représentant une coupe à travers l'épaisseur d'une pièce de turbomachine revêtue selon la première variante du procédé de revêtement selon l’invention. Fig. 10 FIG. 10 est un schéma représentant une coupe à travers l'épaisseur d'une pièce de turbomachine revêtue selon la deuxième variante du procédé de revêtement selon l’invention. Description détaillée Un procédé de revêtement d’une pièce de turbomachine sera décrit plus en détails ci-après en référence aux figures. Le procédé de revêtement comprend, comme illustré à la FIG. 5 , la fixation S100 de la pièce de turbomachine 1 sur un support 2 à l’aide d’une colle céramique 3 pour obtenir un assemblage solidaire de la pièce de turbomachine 1 et du support 2 , l’application S300 d’un revêtement 13 , et le traitement thermique S400 de l’assemblage sous atmosphère oxydante. Le support 2 et/ou la colle céramique 3 est en graphite. Au cours du traitement thermique S400 , le support 2 peut ainsi être retiré de la pièce de turbomachine 1 sans l’endommager, soit par désintégration de la colle céramique 3 , soit par désintégration du support 2 . Ce procédé est particulièrement avantageux pour des pièces de turbomachine nécessitant l’application d’un revêtement, notamment à haute température. Par exemple, les pièces de turbomachine en composite à matrice céramique destinées à être utilisées dans un environnement moteur et donc soumises au flux de gaz chaud, doivent être protégées de cet environnement par l’application d’un revêtement de protection formant une couche barrière environnementale, appelée Environmental Barrier Coating (EBC) en anglais, ou une couche barrière thermique, appelée Thermal Barrier Coating (TBC) en anglais. Cette application est suivie d’une étape de traitement thermique pour fritter le revêtement de protection. La pièce de turbomachine 1 peut notamment être un distributeur ou un secteur de distributeur, une aube, un anneau ou un secteur d’anneau, etc. Dans l’exemple de la FIG. 1 , la pièce de turbomachine 1 est une aube creuse de distributeur. Elle comporte un corps 11 dans lequel est formée une cavité 14 . La fixation S100 du support 2 sur la pièce de turbomachine 1 est de préférence réalisée sur une surface 19 de la pièce relativement peu soumise au flux de gaz chauds issus de la chambre de combustion. En l’occurrence, dans l’exemple de la FIG. 1 , le support 2 est fixé sur une zone de la surface de la pièce située dans la cavité 14 . L’épaisseur de la colle céramique 3 est de préférence inférieure à 500 µm. Au-delà de cette limite supérieure, la colle risque d’être excessivement poreuse. La fixation S100 peut comprendre la formation S110 d’un espace intercalaire 9 entre la pièce de turbomachine 1 et le support 2 ainsi que l’injection S120 de la colle céramique 3 dans cet espace intercalaire 9 ( FIG. 8 ). L’espace intercalaire 9 entre la pièce de turbomachine 1 et le support 2 correspond à l’épaisseur de colle à obtenir. Il présente donc de préférence une dimension inférieure à 500 µm. De préférence, l’injection S120 est réalisée à température ambiante, notamment entre 20 et 25°C. Le support 2 permet le maintien de la pièce de turbomachine 1 lors de l’application S300 du revêtement et du traitement thermique S400 . Le support 2 est typiquement une pièce présentant une surface de collage dont la forme est complémentaire à celle de la surface 19 de la pièce de turbomachine 1 , sur laquelle le support 2 est collé. Dans le cas d’une pièce de turbomachine 1 ayant une cavité 14 (voir FIG. 1 et FIG. 3 ) présentant une surface extérieure destinée à supporter l’environnement machine et une surface intérieure qui n’est pas soumise au flux de gaz chauds, le support 2 peut être une contreforme de la cavité 14 de la pièce de turbomachine 1 . Dans d’autres cas, le support peut être une pièce allongée (voir FIG. 2 et FIG. 4 ) présentant à une de ses extrémités une surface de collage relativement réduite, c’est-à-dire que son aire correspond à moins de 25% de la surface 18 totale à recouvrir de la pièce de turbomachine 1 . Le support 2 peut être en un matériau céramique, par exemple en graphite. Il peut également être en matériau composite à matrice céramique, notamment un composite dit oxyde/oxyde, dans lequel la composition des fibres du renfort fibreux et celle de la matrice comprennent une céramique à base d’un ou plusieurs oxydes, par exemple l’alumine. La colle céramique 3 peut être choisie parmi les colles à base alumine, les colles à base mullite et les colles à base graphite. Par ailleurs, la méthode de fixation ici décrite permet également l’attache d’un témoin représentatif de la pièce de turbomachine sur une surface de celle-ci non soumise au flux de gaz chauds. Ainsi, le témoin est solidaire de la pièce de turbomachine lors des traitements de celle-ci. Le suivi de la pièce peut donc être assuré tout au long de sa fabrication. Par ailleurs, le bridage du témoin sur la pièce de turbomachine 1 est résistant aux températures infligées à la pièce de turbomachine 1 . Cette fixation aboutit à un assemblage intermédiaire comprenant la pièce de turbomachine 1 , le témoin et la colle céramique 3 entre une surface 19 de la pièce de turbomachine 1 qui n’est pas destinée à être soumise au flux de gaz chauds, et le témoin. L’application S300 du revêtement peut comprendre l’application S310 d’une sous-couche d’accroche 131 sur la pièce de turbomachine 1 et l’application S320 d’une couche de protection 132 sur la sous-couche d’accroche 131 (voir FIG. 8 , FIG. 9 et FIG. 10 ). La sous-couche d’accroche 131 est par exemple en silicium. Elle permet de faciliter l’accroche de la couche de protection 132 sur la pièce de turbomachine 1 . L’application S310 de la sous-couche d’accroche 131 peut être réalisée par projection thermique ou dépôt chimique en phase vapeur. Dans le cas de la projection thermique, la température est de préférence supérieure à 500 °C. La couche de protection 132 peut être en un matériau choisi parmi les silicates de terre rare. Elle permet notamment de former une couche barrière environnementale et/ou une couche barrière thermique. L’application S320 de la couche de protection 132 peut être réalisée par projection thermique ou par voie liquide. Dans le cas de la projection thermique, la température est de préférence supérieure à 500 °C. Un exemple de voie liquide est l’électrophorèse. Le traitement thermique S400 est réalisé sous atmosphère oxydante, par exemple à l’air. Avantageusement, il est réalisé à une température supérieure à 1200 °C, permettant l’oxydation du graphite. La colle céramique 3 et/ou le support 2 étant en graphite, le traitement thermique S400 conduit à l’élimination de cet élément en graphite, ce qui entraîne une désolidarisation entre le support 2 et la pièce de turbomachine 1 . Le traitement thermique S400 peut également permettre le frittage de la couche de protection 132 . Le procédé de revêtement décrit ici présente principalement deux variantes de mise en œuvre. Dans une première variante de l’invention, le support 2 est réalisé en graphite. Ainsi, le support 2 est éliminé lors de l’étape de traitement thermique S400 et forme un élément sacrificiel. Dans cette variante, la colle céramique 3 peut être choisie parmi les colles à base alumine, les colles à base mullite et les colles à base graphite. Si la colle céramique choisie est à base alumine ou à base mullite, elle est céramisée lors du traitement thermique S400 et forme une couche de protection 12 (voir FIG. 1 , FIG. 2 et FIG. 9 ), notamment une couche de protection anti-diffusion, qui restera sur la pièce de turbomachine finie. En effet, lors de leur utilisation, les pièces de turbomachine peuvent entrer en contact avec des pièces métalliques. Ce contact entraine une diffusion d’éléments entre le métal et la céramique. Ainsi, le procédé a pour avantage, non seulement de simplifier le procédé de revêtement de la pièce de turbomachine 1 , et notamment de sa surface destinée à être soumise à l’environnement moteur, mais permet en outre d’appliquer une couche de protection 12 sur une autre surface. Si la colle céramique 3 est à base graphite, elle est également éliminée lors du traitement thermique S400 (voir FIG. 10 ). Dans un mode de réalisation illustré à la FIG. 6 , le procédé peut comprendre en outre, antérieurement à l’application S300 du revêtement, la consolidation S200 de l’assemblage solidaire par cuisson de la colle, de préférence entre 100 °C et 400 °C, pendant une durée comprise entre 1 heure et 3 heures. Dans une deuxième variante de l’invention, le support 2 n’est pas sacrificiel et est récupéré à la fin du procédé pour un usage ultérieur. Dans ce cas, le support 2 peut être constitué d’un matériau composite à matrice céramique, par exemple oxyde/oxyde. La colle céramique 3 est alors une colle à base graphite. Dans chacune des deux variantes de l’invention, l’élimination du support 2 et/ou de la colle céramique 3 lors du traitement thermique S400 évite une étape d’usinage pour supprimer le lien entre la pièce de turbomachine 1 et le support 2 . Procédé de revêtement d’une pièce de turbomachine (1), comprenant : - la fixation (S100) de la pièce de turbomachine sur un support (2) à l’aide d’une colle céramique (3) pour obtenir un assemblage solidaire de la pièce de turbomachine et du support, le support et/ou la colle céramique étant en graphite ; - l’application (S300) d’un revêtement (13) sur une surface de la pièce de turbomachine, la pièce de turbomachine étant maintenue par le support (2) ; - le traitement thermique (S400) de l’assemblage sous atmosphère oxydante. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la colle céramique est choisie parmi une colle à base alumine, une colle à base mullite et une colle à base graphite ; et le support est en graphite. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la colle céramique est une colle à base graphite ; et le support est en matériau composite à matrice céramique. Procédé selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel la fixation comprend la formation (S110) d’un espace intercalaire (9) entre la pièce de turbomachine et le support, et l’injection (S120) de la colle céramique dans l’espace intercalaire. Procédé selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel l’application du revêtement comprend : - l’application (S310) d’une sous-couche d’accroche sur la pièce de turbomachine ; et - l’application (S320) d’une couche de protection sur la sous-couche d’accroche. Procédé selon la revendication 5, dans lequel l’application de la sous-couche d’accroche est réalisée par projection thermique ou dépôt chimique en phase vapeur. Procédé selon la revendication 5 ou la revendication 6, dans lequel l’application de la couche de protection est réalisée par projection thermique, par dépôt chimique en phase vapeur ou par voie liquide. Procédé selon l’une des revendications 1 à 7, dans lequel le traitement thermique est réalisé à une température supérieure à 700 °C, voire à une température supérieure à 1200 °C. Procédé selon l’une des revendications 1 à 8, comprenant en outre, antérieurement à l’application du revêtement, la consolidation (S200) de l’assemblage solidaire par cuisson de la colle céramique, de préférence à une température comprise entre 100 °C et 400 °C. Titre : Procédé de revêtement d’une pièce de turbomachine