Brevet FR3159922A1 — publié le 20250912

L’invention concerne un procédé de fabrication d’une aube de turbomachine, comprenant les étapes suivantes : -fabrication d’une aube (10) en matériau composite, -assemblage d’un bord d’attaque métallique (24) sur l’aube en matériau composite ainsi fabriquée, caractérisé en ce que le procédé comprend une étape de traitement de surface par application d’une précontrainte mécanique de surface sur au moins une partie du bord d’attaque métallique (24). Figure pour l’abrégé : Fig. 1. Procédé de fabrication d’une aube de turbomachine et aube de turbomachine ainsi fabriquée La présente invention concerne un procédé de fabrication d’une aube de turbomachine et une aube de turbomachine fabriquée par un tel procédé. La fabrication des aubes de turbomachine, en particulier des aubes de soufflante, est bien connue. Les aubes de soufflante des moteurs de nouvelle génération sont généralement en matériau composite avec un bord d’attaque en métal. Le bord d’attaque a pour fonction de protéger l’aube contre les chocs et les phénomènes d’érosion. Lorsqu’un aéronef vole dans un environnement sévère, par exemple au travers d’une étendue de sable ou d’un nuage d’éruption volcanique, les aubes de soufflante du moteur sont exposées à une érosion agressive de la part de cet environnement, voire à des chocs, et subissent des endommagements. Ces endommagements se traduisent par des dégradations importantes des performances aérodynamiques et donc par une réduction significative du rendement du moteur. On constate également des vibrations sur la structure mécanique qui peuvent être accompagnées d’un bruit intense. La réparation de ces dégradations va occasionner un temps d’indisponibilité du moteur important et des coûts de maintenance élevés. Au vu de ce qui précède, il serait donc utile d’apporter une solution au problème susvisé. Le présent exposé est le résultat de recherches technologiques visant à améliorer la tenue à l’érosion du bord d’attaque des aubes en vue d’augmenter leur durée de vie. Un premier aspect du présent exposé concerne un procédé de fabrication d’une aube de turbomachine, comprenant les étapes suivantes : -fabrication d’une aube en matériau composite, -assemblage d’un bord d’attaque métallique sur l’aube en matériau composite ainsi fabriquée, caractérisé en ce que le procédé comprend une étape de traitement de surface par application d’une précontrainte mécanique de surface sur au moins une partie du bord d’attaque métallique. L’introduction, de manière contrôlée, de contraintes résiduelles de compression à la surface de ladite au moins une partie du bord d’attaque métallique permet de modifier les propriétés mécaniques de surface dans cette zone. Ce traitement permet de renforcer mécaniquement ladite au moins une partie du bord d’attaque métallique et donc de lui permettre de lutter contre l’érosion et de supporter des micro-chocs sans subir de déformation. Selon d’autres caractéristiques possibles : - le traitement de surface est choisi parmi les traitements de surface suivants : grenaillage de précontrainte par choc de billes, grenaillage de précontrainte par ultrasons, grenaillage de précontrainte par choc laser ; -le grenaillage de précontrainte par choc de billes fait intervenir des billes (par exemple en verre ou en céramique) ayant un diamètre compris entre 0,18 et 2 mm qui sont projetées sur ladite au moins une partie du bord d’attaque métallique à une vitesse V1 supérieure ou égale à 100 m/s, pendant une durée comprise entre deux et cinq minutes ; -le grenaillage de précontrainte par ultrasons fait intervenir des billes (par exemple en verre ou en céramique) ayant un diamètre compris entre 0,6 et 2 mm qui sont projetées sur ladite au moins une partie du bord d’attaque métallique à une vitesse V2 -le grenaillage de précontrainte par choc laser fait intervenir un laser générant un faisceau laser dont la puissance est comprise entre 5 et 15 GW/cm 2 avec une longueur d’onde comprise entre 0,135 et 0,308 µm et ayant une durée d’impulsion comprise entre 5 et 20 ns, pendant une durée inférieure à 20s ; -l’étape de traitement de surface est appliquée sur le bord d’attaque métallique après l’assemblage du bord d’attaque métallique sur l’aube en matériau composite ; -l’étape de traitement de surface est appliquée sur le bord d’attaque métallique avant l’assemblage du bord d’attaque métallique sur l’aube en matériau composite ; - l’assemblage du bord d’attaque métallique sur l’aube en matériau composite est effectué par collage ; -l’aube en matériau composite est fabriquée à partir d’une préforme fibreuse obtenue par tissage tridimensionnel ; -la préforme fibreuse comporte des fibres qui sont choisies parmi les fibres de carbone et les fibres de verre; -le métal du bord d’attaque métallique est choisi parmi les alliages de titane et les aciers; -ladite au moins une partie du bord d’attaque métallique comprend la partie du bord d’attaque qui est la plus exposée au phénomène d’érosion (aléatoire), à savoir la génératrice du bord d’attaque. L’invention a également pour objet une aube de turbomachine fabriquée par le procédé de fabrication tel que brièvement exposé ci-dessus. L’aube ainsi fabriquée présente les avantages de renforcement mécanique et d’augmentation de durée de vie déjà mentionnés ci-dessus. Le bord d’attaque métallique de l’aube peut présenter sur au moins une partie une précontrainte mécanique de surface résiduelle inférieure ou égale à 1100 MPa. La précontrainte mécanique de surface résiduelle est, par exemple, présente sur une profondeur prise à partir de la surface extérieure du bord d’attaque qui est comprise entre 100 et 300 µm. L'invention sera bien comprise et ses avantages apparaîtront mieux, à la lecture de la description détaillée qui suit, de modes de réalisation représentés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux dessins annexés qui sont schématiques et visent avant tout à illustrer les principes de l’exposé. Sur ces dessins, d’une figure à l’autre, des éléments (ou parties d’élément) identiques ou équivalents sont repérés par les mêmes signes de référence. Sur ces dessins annexés: FIG. 1 La FIG. 1 illustre de manière schématique une aube de turbomachine d’aéronef selon un mode de réalisation de l’invention. FIG. 2 La FIG. 2 illustre un premier exemple possible de réalisation du procédé selon l’invention. FIG. 3 La FIG. 3 illustre un deuxième exemple possible de réalisation du procédé selon l’invention. Afin de rendre plus concret l’exposé, des modes de réalisation sont décrits en détail ci-après, en référence aux dessins annexés. Il est rappelé toutefois que l'invention ne se limite pas à ces modes de réalisation. La description d’un exemple de réalisation de l’invention qui va suivre s’applique à une aube de soufflante d’une turbomachine d’aéronef de type connu. Toutefois, d’autres aubes présentes dans une turbomachine peuvent également être concernées par l’invention. La FIG. 1 représente de manière schématique une aube 10 de soufflante. De manière connue, l’aube 10 est réalisée en matériau composite, par exemple en fibres de carbone. Cette aube comprend, de manière connue, un pied 12, une pale 14, une surface formant extrados 16 disposée dans l’arrière-plan de la figure et une surface formant intrados 18 visible au premier plan de la figure. L’aube 10 comprend également un bord d’attaque 22 et un bord de fuite 24. Les détails de réalisation sont omis afin de mettre en avant les aspects principaux. Comme représenté à la FIG. 1 , un bord d’attaque métallique ou bord de consolidation 24 est destiné à être rapporté sur le bord d’attaque en matériau composite 22 afin de renforcer ce dernier. Le métal du bord d’attaque métallique est choisi parmi les alliages de titane tels que le titane Ta6V. On notera que le bord d’attaque métallique peut être fabriqué de différentes manières. A titre d’exemple, le bord d’attaque métallique peut être fabriqué par l’intermédiaire des étapes suivantes : fourniture d’un barreau de métal, forgeage du barreau par filage pour obtenir une pièce intermédiaire en U ou V (ex : cambrage), conformage dans un outil de forme approprié et étape de finition (polissage…). Plus d’informations sont disponibles dans le document WO2011161385. Alternativement, le bord d’attaque métallique peut être fabriqué par l’intermédiaire des étapes suivantes : fourniture de deux tôles métalliques, formage à chaud de chacune des tôles, soudage diffusion des deux tôles pour leur assemblage et compactage et finition-polissage. Plusieurs modes de réalisation différents permettant de renforcer mécaniquement le bord métallique 24 (après les étapes de fabrication de ce bord telles que décrites ci-dessus) afin d’améliorer sa tenue à l’érosion et à la fatigue (dans le but d’augmenter sa durée de vie) vont maintenant être décrits. De manière générale, le procédé de fabrication d’une aube en matériau composite selon un mode de réalisation de l’invention débute par la fabrication d’une aube telle que l’aube 10 de la FIG. 1 . Une telle aube en matériau composite peut être réalisée de manière connue à partir d’une préforme fibreuse où les fibres de renfort sont par exemple en fibres de carbone, obtenue par tissage tridimensionnel. On notera que d’autres fibres peuvent alternativement être utilisées pour réaliser une telle préforme fibreuse, par exemple des fibres de verre. L’injection d’une résine dans la préforme fibreuse est effectuée après la mise en forme de la préforme fibreuse, formage de cette préforme. L’injection de résine est par exemple effectuée au moyen d’un outillage comportant un moule, un contre-moule et des moyens d’injection de résine. La préforme imprégnée de résine est ainsi mise sous pression et chauffée dans l’outillage. Plus d’informations sont disponibles dans la demande de brevet FR3068640. Le procédé comporte ensuite une étape d’assemblage du bord d’attaque métallique 24 sur l’aube en matériau composite 10 ainsi fabriquée et une étape de traitement de surface par application d’une précontrainte mécanique de surface sur au moins une partie du bord d’attaque métallique. Toutefois, l’ordre des étapes entre l’étape d’assemblage et l’étape de traitement de surface peut différer selon les conditions opératoires et les applications envisagées. Ainsi, par exemple, le bord d’attaque métallique de renforcement 24 peut, dans un premier temps, être assemblé, par exemple par collage, sur le bord d’attaque en matériau composite 20 de la FIG. 1 . On notera que d’autres types d’assemblage peuvent également convenir tels que, par exemple, un soudage ou un assemblage mécanique. Ensuite, le bord d’attaque ainsi assemblé avec l’aube subit l’étape de traitement de surface mentionnée ci-dessus. Lorsque le traitement est fait après assemblage, des mesures sont généralement prises pour protéger la préforme (masquage par exemple…) durant le traitement. On notera que l’ordre inverse est également envisageable c’est-à-dire que le bord d’attaque subit préalablement l’étape de traitement de surface mentionnée ci-dessus et est ensuite assemblé avec l’aube comme décrit ci-dessus. Le traitement du bord d’attaque métallique avant assemblage sur l’aube permet d’éviter les risques d’endommagement de la préforme fibreuse, par exemple par le choc de billes ou autres selon le procédé utilisé. Les figures 2 et 3 illustrent respectivement les principales étapes (S1, S2, S3 ou S1, S3, S2) d’un procédé de traitement selon l’invention suivant les deux ordres possibles d’intervention des étapes mentionnées ci-dessus. Plus particulièrement, le traitement de surface est choisi parmi les traitements de surface suivants : grenaillage de précontrainte par choc de billes, grenaillage de précontrainte par ultrasons, grenaillage de précontrainte par choc laser. On notera qu’une étape de tribofinition par tonnage peut être réalisée après le grenaillage afin d’atteindre la rugosité souhaitée. Le traitement de surface est appliqué sur au moins une partie du bord d’attaque et, en particulier, sur la zone de celui-ci qui est la plus exposée au phénomène d’érosion, à savoir la zone 24a sur la FIG. 1 et qui correspond à la génératrice du bord d’attaque. Le traitement de surface ne dépend pas de la partie du bord d’attaque sur laquelle il s’applique et peut bien entendu s’appliquer sur toute la hauteur du bord d’attaque, notamment sur toute la longueur de la génératrice du bord d’attaque. Le traitement s’applique généralement sur une bande qui s’étend en largeur ou transversalement (perpendiculairement à la génératrice du bord d’attaque) sur les deux facettes extrados et intrados du bord d’attaque, en particulier sur une bande de quelques millimètres. En d’autres termes, le traitement est établi ici sur une bande limitée qui s’étend de part et d’autre de la génératrice du bord d’attaque, sans nécessairement aller jusqu’au bord des facettes extrados et intrados du bord d’attaque. Dans un premier mode de réalisation, le bord d’attaque subit un grenaillage de précontrainte par choc de billes qui fait intervenir des billes ayant un diamètre compris entre 0,18 et 2mm. Il s’agit par exemple de billes réalisées dans un matériau tel que le 100C6 qui sont projetées sur ladite au moins une partie du bord d’attaque métallique à une vitesse V1 supérieure ou égale à 100m/s, pendant une durée comprise entre deux et cinq minutes. La direction de projection est d’environ 90°. Le taux de recouvrement, qui est défini comme étant le rapport de la surface soumise à une déformation plastique par effet de grenaillage sur la surface totale à traiter, est supérieur à 125 %. La température du bord d’attaque lors de ce grenaillage de précontrainte est généralement inférieure à 200°C, et est, par exemple, comprise entre la température ambiante et 150°C. On notera qu’un tel procédé permet d’induire dans le bord d’attaque ainsi traité des contraintes résiduelles maximales de l’ordre de 1000 à 1100MPa sur une profondeur (prise à partir de la surface extérieure du bord d’attaque et suivant la direction de projection des billes, c’est-à-dire perpendiculairement à la surface du bord d’attaque) d’environ 200 µm. Dans un deuxième mode de réalisation, le bord d’attaque subit un grenaillage de précontrainte par ultrasons qui fait intervenir des billes en verre ou en céramique, ayant un diamètre compris entre 0,6 et 2mm. Les billes sont projetées sur ladite au moins une partie du bord d’attaque métallique à une vitesse V2 On notera qu’un tel procédé permet d’induire dans le bord d’attaque ainsi traité des contraintes résiduelles maximales de l’ordre de 700 à 800MPa sur une profondeur (prise à partir de la surface extérieure du bord d’attaque et suivant la direction de projection des billes, c’est-à-dire perpendiculairement à la surface du bord d’attaque) d’environ 250 µm. Dans un troisième mode de réalisation, le bord d’attaque subit un grenaillage de précontrainte par choc laser qui fait intervenir un laser générant un faisceau laser dont la puissance est comprise entre 5 et 15 GW/cm 2 , par exemple égale à 1J à 1064nm. Le faisceau laser est émis avec une longueur d’onde comprise entre 0,135 et 0,308 µm, perpendiculairement à la surface à traiter du bord d’attaque et avec une durée d’impulsion comprise entre 5 et 20ns, pendant une durée inférieure à 20s, par exemple égale à 10 ns avec une durée minimale de 5s. Le taux de recouvrement est supérieur à 125 %. La température du bord d’attaque lors de ce grenaillage de précontrainte est généralement comprise entre la température ambiante et 200°C, par exemple égale à 150°C. On notera qu’un tel procédé permet d’induire dans le bord d’attaque ainsi traité des contraintes résiduelles maximales de l’ordre de 800 à 900MPa sur une profondeur (prise à partir de la surface extérieure du bord d’attaque et suivant la direction de projection des billes, c’est-à-dire perpendiculairement à la surface du bord d’attaque) d’environ 220 µm. L’efficacité de ce type de grenaillage contrôlé (écrouissage superficiel) provient à la fois de l’effet de durcissement et de l’introduction de contraintes résiduelles de compression superficielles sur les différentes zones du bord d’attaque. Ces deux effets jouent un rôle primordial sur les aubes ainsi traitées afin de lutter contre l’érosion et de supporter des micro-chocs sans induire de déformation. On notera que la profondeur d’écrouissage n’excède pas quelques centaines de microns. Le procédé décrit ci-dessus (quel que soit le mode de réalisation envisagé), impacte la surface du bord d’attaque en créant une déformation plastique dans cette surface sur une faible profondeur. Le bord d’attaque ainsi traitée offre une meilleure tenue à l’érosion et à la fatigue, ce qui permet d’augmenter sa durée de vie et donc celle de l’aube. Les performances aérodynamiques de l’aube ainsi équipée d’un tel bord d’attaque ne sont donc pas dégradées comme dans l’art antérieur, ce qui permet de ne pas pénaliser les performances du moteur. Quoique la présente invention ait été décrite en se référant à des exemples de réalisation spécifiques, il est évident que des différentes modifications et changements peuvent être effectués sur ces exemples sans sortir de la portée générale de l'invention telle que définie par les revendications. En outre, des caractéristiques individuelles des différents modes de réalisation évoqués peuvent être combinées dans des modes de réalisation additionnels. Par conséquent, la description et les dessins doivent être considérés dans un sens illustratif plutôt que restrictif. Procédé de fabrication d’une aube de turbomachine, comprenant les étapes suivantes : -fabrication d’une aube (10) en matériau composite, -assemblage d’un bord d’attaque métallique (24) sur l’aube en matériau composite ainsi fabriquée, caractérisé en ce que le procédé comprend une étape de traitement de surface par application d’une précontrainte mécanique de surface sur au moins une partie du bord d’attaque métallique (24). Procédé selon la revendication 1, selon lequel le traitement de surface est choisi parmi les traitements de surface suivants : grenaillage de précontrainte par choc de billes, grenaillage de précontrainte par ultrasons, grenaillage de précontrainte par choc laser. Procédé selon la revendication 2, selon lequel le grenaillage de précontrainte par choc de billes fait intervenir des billes ayant un diamètre compris entre 0,18 et 2 mm qui sont projetées sur ladite au moins une partie du bord d’attaque métallique à une vitesse V1 supérieure ou égale à 100 m/s, pendant une durée comprise entre deux et cinq minutes. Procédé selon la revendication 2, selon lequel le grenaillage de précontrainte par ultrasons fait intervenir des billes ayant un diamètre compris entre 0,6 et 2 mm qui sont projetées sur ladite au moins une partie du bord d’attaque métallique à une vitesse V2 Procédé selon la revendication 2, selon lequel le grenaillage de précontrainte par choc laser fait intervenir un laser générant un faisceau laser dont la puissance est comprise entre 5 et 15 GW/cm 2 avec une longueur d’onde comprise entre 0,135 et 0,308 µm et ayant une durée d’impulsion comprise entre 5 et 20ns, pendant une durée inférieure à 20s. Procédé selon l’une des revendications précédentes, selon lequel l’étape de traitement de surface est appliquée sur le bord d’attaque métallique (24) après l’assemblage du bord d’attaque métallique sur l’aube en matériau composite (10). Procédé selon l’une des revendications 1 à 5, selon lequel l’étape de traitement de surface est appliquée sur le bord d’attaque métallique (24) avant l’assemblage du bord d’attaque métallique sur l’aube en matériau composite (10). Procédé selon la revendication 6 ou 7, selon lequel l’assemblage du bord d’attaque métallique (24) sur l’aube en matériau composite est effectué par collage. Procédé selon l’une des revendications précédentes, selon lequel l’aube en matériau composite (10) est fabriquée à partir d’une préforme fibreuse obtenue par tissage tridimensionnel. Procédé selon la revendication précédente, selon lequel la préforme fibreuse comporte des fibres qui sont choisies parmi les fibres de carbone et les fibres de verre. Procédé selon l’une des revendications précédentes, selon lequel le métal du bord d’attaque métallique est choisi parmi les alliages de titane et les aciers. Procédé selon l’une des revendications précédentes, selon lequel ladite au moins une partie du bord d’attaque métallique comprend la partie du bord d’attaque (24a) qui est la plus exposée au phénomène d’érosion. Aube de turbomachine fabriquée par le procédé de fabrication selon l’une des revendications précédentes. Aube de turbomachine selon la revendication précédente, dans laquelle le bord d’attaque métallique (24) présente sur au moins une partie une précontrainte mécanique de surface résiduelle inférieure ou égale à 1100 MPa. Aube de turbomachine selon la revendication précédente, dans laquelle la précontrainte mécanique de surface résiduelle est présente sur une profondeur prise à partir de la surface extérieure du bord d’attaque qui est comprise entre 100 et 300 µm.