Brevet FR3164231A1 — publié le 20260109

Ce procédé de traitement de surface d’une aube métallique de turbomachine d’aéronef comprend des étapes successives de nickelage et d’aluminisation par dépôt en phase vapeur de l’aube. Figure pour l’abrégé : Figure 2 Procédé de traitement de surface d’une aube métallique de turbomachine d’aéronef La présente invention concerne un procédé de traitement de surface d’une aube métallique de turbomachine d’aéronef. Techniques antérieures Les métaux à l’état liquide sont susceptibles de dissoudre des gaz, phénomène connu sous le nom de gazage. Lors de la solidification, une partie des gaz dissous est rejetée brutalement par un dégazage, occasionnant la formation de porosités dans les pièces coulées. La présence de ces porosités a un effet néfaste sur l’aptitude aux traitements de surface. En particulier, la dilatation du gaz contenu dans les porosités peut générer des cloques d’un revêtement appliqué en surface. Or, le revêtement n’adhère plus au substrat au niveau de telles cloques et n’est donc plus en mesure de protéger efficacement les pièces revêtues. Des méthodes préventives ou curatives sont envisageables pour limiter le niveau de gazage. Par exemple, il est possible d’ajouter une étape de compactage isostatique à chaud afin de réduire les porosités, et/ou on peut avoir recours à des traitements thermiques pour provoquer le dégazage avant d’appliquer le revêtement. Cependant, ces méthodes peuvent être chronophages et ne sont pas toujours suffisantes pour maîtriser les problèmes de dégazage. Une autre solution pourrait consister à revoir la conception des pièces afin d’éliminer la formation de porosités. Cependant, cette solution n’est pas compatible avec une production de série en cours. Dans ce contexte, l’invention vise un procédé de traitement de surface d’aubes de turbomachine d’aéronef compatible avec les conceptions actuelles et permettant de garantir la fiabilité de protection apportée par un revêtement du substrat. L’invention a pour objet un procédé de traitement de surface d’une aube métallique de turbomachine d’aéronef. Le procédé comprend des étapes successives de nickelage de l’aube et d’aluminisation par dépôt en phase vapeur de l’aube. Un tel procédé de traitement de surface permet de créer une couche de nickel sur la surface de l’aube et ainsi de colmater les porosités en les refermant de manière efficace. On obtient ainsi une aube plus apte à recevoir un revêtement à base d’aluminium, le revêtement pouvant assurer pleinement son rôle protecteur, car il n’est plus soumis au risque de cloques par dégazage. De préférence, l’étape de nickelage est réalisée par un bain chimique. Par exemple, l’étape de nickelage est réalisée par électrolyse en bain. Selon une caractéristique, le bain chimique est composé d’une solution aqueuse comprenant des ions nickel et un agent réducteur. Selon une autre caractéristique, le bain chimique comprend en outre un métal d’apport choisi parmi du hafnium, du tantale, du molybdène ou du zirconium. Par exemple, le bain chimique comprend en outre un apport d’au moins un matériau résistant à la corrosion de manière à renforcer la tenue à la corrosion de l’aube. Avantageusement, le bain chimique peut comprendre un matériau permettant d’améliorer l’adhérence de la couche de liaison réalisée à l’étape d’aluminisation. Selon une autre caractéristique, l’étape d’aluminisation est effectuée par traitement d'aluminisation en phase vapeur, tel qu’un dépôt chimique en phase vapeur ou par un dépôt physique en phase vapeur. Avantageusement, le procédé comprend une étape de préparation de surface réalisée avant l’étape de nickelage. Par exemple, le procédé comprend une étape de post-traitement de lissage de surface réalisée après l’étape de nickelage et avant l’étape d’aluminisation. Selon un autre aspect, l’invention a pour objet une aube métallique de turbomachine traitée par un procédé tel que défini ci-dessus. D’autres buts, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : FIG. 1 est une vue partielle en coupe longitudinale d’une turbine à basse pression d’une turbomachine d’aéronef ; et FIG. 2 un organigramme d’un procédé de traitement de surface d’une aube selon un exemple de réalisation de l’invention. Exposé détaillé d’au moins un mode de réalisation La FIG. 1 représente partiellement en coupe longitudinale une turbine 1 à basse pression d’une turbomachine d’aéronef, représentative des architectures de turbine comprenant des aubes mobiles ou rotors, et des aubes fixes ou distributeurs. Le procédé selon l’invention propose un traitement de la surface des aubes comprenant un nickelage suivi d’une aluminisation. Il est entendu que la présente invention s’applique à tout autre ensemble de turbomachine d’aéronef munie d’aubes mobiles et/ou fixes. La FIG. 1 représente plus précisément cinq étages d’une turbine 1 à basse pression. Concernant l’orientation par rapport au sens général d’écoulement des gaz à travers la turbine, le premier étage de la turbine est situé en amont et le dernier étage de la turbine est situé en aval. Le premier étage comporte une roue mobile formée d’un disque de rotor 2 sur lequel sont montées radialement une pluralité d’aubes mobiles 3. Les autres étages comprennent chacun un distributeur formé d’une pluralité d’aubes fixes 4 et d’une roue mobile placée derrière le distributeur et formée d’un disque de rotor 2’ sur lequel sont montées radialement une pluralité d’aubes mobiles 3’. Les disques 2, 2’ sont fixés l’un à l’autre au moyen de liaisons boulonnées 5, rendant tous les disques solidaires en rotation autour de l’axe longitudinal X-X de la turbomachine. Chaque disque 2, 2’ comporte au moins une bride annulaire 6 qui s’étend vers les disques 2, 2’ des étages adjacents. On va maintenant décrire en référence à la FIG. 2 un procédé de traitement de surface d’une aube de turbomachine d’aéronef, selon un exemple de mise en oeuvre de l’invention. Ici, le procédé commence par une étape 7 de préparation de la surface de l’aube. Cette étape de préparation peut comprendre une phase de dégraissage et/ou une phase de décapage et/ou une phase de polissage. Par exemple, le dégraissage permet de débarrasser les surfaces à traiter de leur contamination en impuretés organiques ou minérales provenant des étapes préalables d’élaboration des pièces ou de leur stockage. Par exemple, dans le cas de la rénovation de pièces métalliques, le décapage permet d’éliminer les couches adhérentes de revêtements protecteurs mais dégradés. Enfin, le polissage permet notamment d’éliminer les imperfections géométriques de la surface. Le procédé se poursuit par une étape 8 de nickelage. De préférence, l’étape de nickelage est réalisée par un bain chimique, par exemple en trempant la pièce dans un bain liquide à l’origine d’un dépôt métallique apporté par procédé chimique autocatalytique. Le bain de nickelage chimique est composé d’une solution aqueuse comprenant des ions de nickel et un agent réducteur. Une couche de nickel se forme alors sur la surface de l’aube qui joue le rôle de catalyseur à l’origine de la réaction chimique. Par exemple, l’agent réducteur est l’hypophosphite ou un composé du bore. Dans le cas de bains à l’hypophosphite, on utilise un milieu basique, une température allant de 70°C à 100°C et des concentrations de sels allant de 10 à 25 g/L. Dans le cas de bains utilisant des composés du bore, on utilise soit des borohydrures en milieu alcalin, soit de la diméthylamine-borane en milieu neutre ou légèrement acide, avec une température allant de 70°C à 100°C. De préférence, le bain chimique comprend en outre un apport d’au moins un matériau résistant à la corrosion de manière à renforcer la tenue à la corrosion de l’aube. Par exemple, cet apport peut être du chrome ou du platine. En fonction des caractéristiques mécaniques requises de l’aube, le bain chimique peut comprendre en outre un métal d’apport tel que du hafnium, du tantale, du molybdène ou du zirconium. Un tel métal d’apport permet d’améliorer les caractéristiques mécaniques de la pièce. Par exemple, un tel métal d’apport se loge dans les dislocations de la pièce traitée et permet de retarder la propagation des fissures. En variante, il reste possible que l’étape de nickelage soit réalisée par électrolyse en bain. Par exemple, on peut utiliser des bains au sulfate de nickel ou bains de Watts, des bains au chlorure de nickel ou des bains au sulfamate de nickel. Dans le cas de bains au sulfate, la concentration en sulfate de nickel va de 225 g/L à 400 g/L et la concentration en chlorure de nickel va de 30 g/L à 60 g/L, pour une température entre 45°C et 55°C et une densité de courant de l’ordre de 1 A/dm². Le rendement varie entre 93%, valeur correspondant à un pH égal à 2, et 99%, valeur correspondant à un pH égal à 5. Dans le cas des bains au chlorure, on peut utiliser un bain tout chlorure ou, de préférence, un bain de prénickelage au chlorure dit bain de Wood. Par exemple, dans un bain de prénickelage, la concentration en chlorure de nickel va de 30 g/L à 250 g/L, pour une température entre 20°C et 30°C et une densité de courant entre 1 et 2 A/dm². Le rendement varie entre 99%, valeur correspondant à un pH égal à 2, et 99,5%, valeur correspondant à un pH égal à 5. Dans le cas des bains au sulfamate, la concentration en sulfamate de nickel est de l’ordre de 650 g/L, pour une température entre 40°C et 60°C et une densité de courant entre 1 et 20 A/dm². Le rendement varie entre 95,5%, valeur correspondant à un pH égal à 2,5, et 99,5%, valeur correspondant à un pH égal à 4. Il est à noter que le pH et la température du bain utilisé influencent le rendement du procédé. Pour un bain électrolytique, il est possible d’abaisser la valeur du pH en utilisant de l’acide borique. Pour un bain chimique, il est possible de relever la valeur du pH en utilisant de la soude. Après l’étape 8 de nickelage, le procédé se poursuit par une étape 9 de post-traitement de lissage de surface, de manière à obtenir une surface d’aube ayant une rugosité maximale prédéterminée. Par exemple, le post-traitement de lissage de surface est mécanique, comprenant un sablage ou un toilage. Par exemple, la rugosité maximale prédéterminée est de l’ordre de 3,2 µm. En variante, il reste possible de ne pas effectuer d’étape de post-traitement de surface. Le procédé prend fin par une étape 10 d’aluminisation par dépôt en phase vapeur de l’aube, dans laquelle on réalise un dépôt d’un revêtement d’aluminium sur l’aube. Autrement dit, on réalise le dépôt d’une couche de liaison aluminoformeuse. Par exemple, la couche de liaison est réalisée par un dépôt d’aluminium en phase vapeur, selon le traitement d'aluminisation en phase vapeur connu sous la dénomination APVS pour "Aluminisation Phase Vapeur Snecma". Ce traitement APVS est décrit, en particulier, dans le brevet français FR 1433497. Plus généralement, ce dépôt peut être réalisé par toute méthode à la portée de l’homme du métier telle qu’un dépôt chimique en phase vapeur (connu sous l’acronyme CVD pour « Chemical Vapor Deposition » en anglais) ou un dépôt physique en phase vapeur (connu sous l’acronyme PVD pour « Physical Vapor Deposition » en anglais). Selon un mode de réalisation, il reste possible de prévoir une étape supplémentaire de traitement thermique réalisée entre l’étape 8 de nickelage et avant l’étape 10 d’aluminisation. A titre indicatif, le traitement thermique peut comprendre un revenu de l’aube pendant une heure à 1000°C suivi d’un revenu de l’aube d’une heure à 1100°C. En variante, il est possible de prévoir une étape de revenu réalisée après l’étape d’aluminisation. A titre indicatif, on peut prévoir un revenu de 10 minutes à 1050°C. Procédé de traitement de surface d’une aube (3, 3’, 4) métallique de turbomachine d’aéronef caractérisé en ce qu’il comprend des étapes successives de nickelage de ladite aube (3, 3’, 4) et d’aluminisation par dépôt en phase vapeur de ladite aube (3, 3’, 4). Procédé selon la revendication 1, dans lequel l’étape de nickelage est réalisée par un bain chimique. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l’étape de nickelage est réalisée par électrolyse en bain. Procédé selon la revendication 2, dans lequel le bain chimique est composé d’une solution aqueuse comprenant des ions nickel et un agent réducteur. Procédé selon la revendication 4, dans lequel le bain chimique comprend en outre un métal d’apport choisi parmi du hafnium, du tantale, du molybdène ou du zirconium. Procédé selon la revendication 4 ou 5, dans lequel le bain chimique comprend en outre un apport d’au moins un matériau résistant à la corrosion de manière à renforcer la tenue à la corrosion de l’aube (3, 3’, 4). Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel l’étape d’aluminisation est effectuée par traitement d'aluminisation en phase vapeur, tel qu’un dépôt chimique en phase vapeur ou par un dépôt physique en phase vapeur. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, comprenant une étape de préparation de surface réalisée avant l’étape de nickelage. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, comprenant une étape de post-traitement de lissage de surface réalisée après l’étape de nickelage et avant l’étape d’aluminisation. Aube (3, 3’, 4) métallique de turbomachine d’aéronef traitée par un procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 9.