INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
Le creuset 4 peut être en un matériau céramique. Le métal fondu 6 peut par exemple être du silicium ou un alliage de silicium. Le four 1 est ici muni d’un système de chauffage par induction 40 comprenant une bobine d’induction 42 et un suscepteur 44 qui sont disposés autour du creuset 4 et de la préforme 8 dans l’enceinte 2 du four 1. Le système de chauffage comprend en outre, de façon connue, un générateur haute fréquence 36 relié à la bobine 42 de façon à générer un champ magnétique variable à l’aide de la bobine. Le suscepteur 44 peut par exemple être un cylindre en graphite. Le four 1 peut en outre être muni d’une pompe à vide 38 en communication fluidique avec l’intérieur de l’enceinte 2, de façon à réaliser le procédé d’infiltration sous vide. On notera qu’un autre type de four que celui illustré peut être utilisé, en particulier le four peut comprendre un système de chauffage résistif au lieu d’un système inductif.
Le four 1 comprend un dispositif de mesure de la masse des préformes 100 correspondant ici à une balance 20 du type peson, à laquelle l’outillage de support 200 est suspendu par le biais de la tige d’interface 240. Dans cet exemple, la balance 20 est située à l’extérieur de l’enceinte 2 du four 1, au-dessus de l’enceinte 2. Bien entendu, d’autres dispositifs de mesure de masse peuvent être utilisés sans sortir du cadre de la présente invention.
Le four 1 comprend en outre un dispositif de déplacement comprenant ici un vérin 24 ayant une tige 26 sur laquelle est monté le creuset 4. Dans cet exemple, le vérin 24 est situé à l’extérieur de l’enceinte 2 du four 1, au-dessous de l’enceinte 2. De la sorte, le vérin 20 permet de déplacer le creuset 4 avec un mouvement de translation verticale à l’intérieur de l’enceinte 2 du four 1, notamment en direction des préformes 100 présentes sur l’outillage de support 200. Ainsi, le creuset 4 est mobile en translation verticale dans l’enceinte 2. Dans une variante non illustrée, le creuset peut être monté fixe dans le four, et la préforme peut être mobile en translation verticale.
Dans l’exemple illustré, le four 1 comprend également un système de contrôle 28 de la position relative entre les préformes et le creuset, qui est configuré pour commander le vérin 24 en fonction de l’évolution de la masse des préformes 100 telle que mesurée par la balance 20. Ce système de contrôle 28 peut être par exemple un automate ou un ordinateur équipé d’une carte d’acquisition à entrées/sorties. Le système de contrôle 28 peut recevoir en entrée des signaux électriques provenant de la balance 20, et envoyer des signaux de commande en sortie au vérin 24.
L’infiltration des préformes 100 est réalisée par mise en contact desdites préformes avec le métal fondu 6 qui peut par exemple être du silicium ou un alliage de silicium, le métal fondu infiltrant la porosité des préformes par capillarité. La mise en contact peut être directe, c’est-à-dire que les préformes sont directement trempées dans le bain de métal fondu, ou indirecte en mettant les préformes en contact avec un ou plusieurs drains (non représentés sur la ) eux-mêmes en contact avec le bain de métal fondu qui est alors acheminé jusqu’aux préformes par capillarité. La mise en contact ou non des préformes avec le métal fondu et, par conséquent, le contrôle de l’infiltration des préformes par le métal fondu sont réalisés par la commande du vérin 24. L’infiltration des préformes 100 par le métal fondu 6 se termine lorsque la balance 20 mesure une prise de masse prédéterminée correspondant au niveau de densification souhaité pour les préformes.
On obtient alors des pièces, ici des secteurs d’anneau brut, en matériau CMC comprenant un renfort fibreux densifié par une matrice et présentant une forme similaire à celle de la préforme 100 représentée sur la . Comme illustré sur la , chaque secteur d’anneau brut 300 comporte une base annulaire 330 avec des premier et deuxième bords latéraux 121 et 122 comportant respectivement les première et deuxième encoches 123 et 124, une première bride de fixation 310 avec une extrémité libre comportant la troisième encoche 145 et une deuxième bride de fixation 320 avec une extrémité libre comportant la quatrième encoche 146. Les encoches 123, 145, 146 et 124 sont respectivement présentes dans des zones sacrificielles 301 à 304 correspondant respectivement aux zones sacrificielles 101, 102, 103 et 104 de la préforme fibreuse 100.
Le secteur d’anneau brut 300 est usiné afin d’éliminer les zones sacrificielles 301, 302, 303 et 304. On obtient ainsi comme représenté sur la un secteur d’anneau 400 en matériau composite comprenant un renfort fibreux constitué par la préforme fibreuse 100 sans les zones sacrificielles, le secteur d’anneau 400 comprenant une base annulaire 430 dont la face interne est destinée à définir une veine d’écoulement de flux gazeux dans une turbine à gaz et des bides de fixation 410 et 420 s’étendant à partir de la face externe de la base annulaire 430.
Poudre métallique pour procédé de moulage par injection de métal DOMAINE DE L’INVENTION La présente invention concerne le domaine du moulage par injection de métal et plus particulièrement de la poudre métallique pour la mise en œuvre d’un procédé de moulage par injection de métal.
ETAT DE LA TECHNIQUE Le procédé de moulage par injection de métal consiste à réaliser des pièces métalliques plus ou moins complexes par injection d’un mélange de poudre métallique et d’un liant polymère. Ce procédé peut permettre de fabriquer des pièces pour turbomachines.
Il existe différents matériaux obtenus par procédé de moulage par injection de métal disponibles commercialement comme l’alliage Inconel 718. Cependant, ce matériau est limité en température à 650°C maximum, ce qui est une température trop faible pour pouvoir être utilisé par exemple dans une turbine ou une chambre de combustion d’une turbomachine. Il existe également l’alliage Hastelloy X qui résiste à des températures allant jusqu’à 950°C, mais qui est limité mécaniquement et ne peut donc servir que pour la réalisation de pièces soumises à de faibles charges mécaniques. Il existe en outre l’alliage IN738 qui présente une bonne tenue mécanique et une bonne moyenne en oxydation/corrosion jusqu’à 1000°C.
Tous ces alliages présentent malheureusement des températures d’utilisation maximales inférieures à 1050°C, voire à 1000°C. Ils ne peuvent donc pas être utilisés pour la fabrication de certaines pièces aéronautiques, notamment de pièces de turbomachine, soumises à de fortes contraintes mécaniques et à des températures supérieures à 1000°C comme des systèmes d’injections de carburant, des chambres de combustion, des chemises de distributeurs de turbine ou des secteurs étanches des aubes de turbines.
Il existe donc un besoin de solutions permettant d’obtenir des pièces, à partir d’un procédé de moulage par injection de métal, qui présentent une tenue moyenne en traction, fatigue, fluage et une très bonne tenue en oxydation/corrosion au moins jusqu’à 1000°C, voire jusqu’à 1050°C.
Un but de l’invention est donc de fournir une poudre métallique pour un procédé de moulage par injection de métal, qui permette d’obtenir une pièce présentant une tenue moyenne en traction, fatigue, fluage et une très bonne tenue en oxydation/corrosion au moins jusqu’à 1000°C, voire jusqu’à 1050°C.
Selon ces modes de réalisation, la partie restante du liquide non purifié distribué sous forme de gouttes qui n’a pas traversé la membrane sous forme de vapeur est récupérée pour être refroidie et réinjectée comme liquide réfrigérant.
En outre le procédé peut comprendre : chauffer le fluide réfrigérant en sortie du circuit de circulation du condenseur jusqu’à la première température ;
dans lequel le fluide réfrigérant réchauffé est utilisé, au moins partiellement, comme fluide à distribuer sous forme de gouttes par la buse.
Dans ce cas, le liquide réfrigérant, après avoir traversé le condenseur, est chauffé pour alimenter la buse.
Ces étapes additionnelles permettent avantageusement de mettre en œuvre un circuit fermé, dans lequel le fluide est réutilisé, tantôt comme liquide chaud alimentant la buse, tantôt comme liquide réfrigérant. Comme détaillé ci-après, le liquide réfrigérant se réchauffe lors de son passage dans le condenseur, tandis que la partie non évaporée du fluide distribué sous forme de gouttes par la buse se refroidit entre le moment où il est distribué sous forme de gouttes et le moment où il est collecté. Ainsi, le fluide à réchauffer a déjà été partiellement réchauffé, ce qui limite la consommation énergétique nécessaire pour chauffer le fluide sortant du condenseur à la première température. Autrement dit, la chaleur de condensation est avantageusement utilisée pour limiter les besoins en énergie pour faire fonctionner le dispositif.
La représente un exemple dispositif pour purifier un fluide en phase liquide, selon un mode de réalisation de l’invention.
DESCRIPTION DETAILLEE Dans ce qui suit, l’eau est utilisée comme exemple de fluide pour décrire les phénomènes, mais il est entendu que l’invention s’applique à tout fluide
Le dispositif de la comprend une pluralité de membranes 5 semi-perméables, i.e. perméables au fluide en phase gazeuse, mais imperméables au fluide en phase liquide. Plus précisément, les membranes 5 sont imperméables au fluide en phase liquide, lorsque celui-ci est, par exemple, projeté contre les membranes 5 sous forme de gouttes, le but étant que, dans le contexte de l’invention, seules des particules gazeuses du liquide puissent passer à travers les membranes 5. Le dispositif comprend aussi une pluralité de condenseurs (ou de pièges froids) 9. Par « condenseur », il est entendu un dispositif configuré pour condenser (ou liquéfier) de la vapeur. Par exemple, chaque condenseur peut être un condenseur plan comprenant deux parois 9a, 9b entre lesquelles se trouve un circuit de circulation d’un fluide réfrigérant. Les parois 9a, 9b du condenseur 9 sont avantageusement imperméables aux fluides (en phase liquide comme en phase gazeuse).
Les membranes 5 ne laissent pas traverser des gouttes du liquide distribué par les buses 3. Par exemple, les membranes 5 peuvent être imperméables aux gouttes de liquide. Les membranes 5 peuvent être, par exemple, des membranes dans un ou plusieurs des matériaux suivants : le téflon ou PTFE, le Fluorure de PolyVinyliDiène ou PVDF, le PolyPropylène ou PP et le PolyEthylène ou PE. L’épaisseur des pores des membranes 9 peut être déterminée par des essais de routine par un homme du métier, et notamment des tailles de pores allant de 60 micromètres à 60 nanomètres peuvent être utilisées. Dans certains modes de réalisation, les membranes 5 peuvent être composées d’un tissu recouvert d’un traitement pour le rendre imperméable.
Le matériau utilisé pour réaliser une paroi d’un condenseur ou d’un piège froid peut être un métal ou un matériau conducteur pour la chaleur. L’acier inoxydable par exemple, ou un plastique, peuvent être utilisés, notamment si le liquide froid qui circule dans le condenseur est de l’eau salée ou corrosive.
En faisant à nouveau référence à la , des couples de membranes 5 et des condenseurs 9 sont disposés de manière alternée, de sorte qu’exactement deux membranes 5 sont disposées entre deux condenseurs 9.
Deux membranes 5 disposées entre deux condenseurs 9 consécutifs délimitent un espace 4 surplombé d’une buse 3 configurée pour distribuer un fluide en phase liquide sous forme de gouttes ou de gouttelettes. Cet espace constitue un « premier canal fluidique » 4 dans lequel circule le fluide distribué par la buse 3. Par « canal fluidique », il est entendu un volume dans lequel un fluide peut s’écouler ou circuler, en phase liquide ou gazeuse. Un canal fluidique peut avantageusement être délimité par deux séparateurs (par exemple des membranes 5 et/ou des parois de condenseurs 9), ce qui permet de maximiser les surfaces d’échanges thermiques ou des échanges de matière, comme pour la traversée de vapeur.
L’espace 13 entre un condenseur 9 et la membrane 3 la plus proche du condenseur 9 est appelé « deuxième canal fluidique » 13. Chaque deuxième canal fluidique 13 peut comprendre une gouttière 11 ou tout autre moyen de récupération d’un liquide formé par condensation sur le condenseur 9. La gouttière 11 peut être reliée à un collecteur d’eau purifiée ou pure 12.
Ainsi, sur la , le canal 4 et le condenseur 9 sont séparés par une petite cuve ou gouttière 11 permettant de collecter des gouttes d’eau en eau liquide depuis la surface de la paroi 9a, 9b du condenseur 9. Le premier canal 4, la buse 3, la gouttière 11 et le condenseur 9 forment un motif périodique répété sur la , entre un distributeur d’eau chaude 2 et un collecteur d’eau chaude 6 reliés via le canal 4 contenant la buse 3 et entre un distributeur d’eau froide 8 et un collecteur d’eau froide 10 reliés via le condenseur 9.
Etat de la technique De nombreux alliages sont connus pour la mise en œuvre de procédés de fabrication additive sur lit de poudre, notamment pour la fusion par faisceau laser (LBM, acronyme du terme anglo-saxon Laser Beam Melting). Par alliage pour la mise en œuvre d’un procédé de fabrication additive sur lit de poudre, il est entendu une poudre comprenant un alliage métallique. La poudre est destinée à être fondue par un laser puis solidifiée lors de la mise en œuvre d’un procédé de fabrication additive sur lit de poudre, pour former une pièce.
Actuellement, de nombreuses poudres comprenant des alliages métalliques existent. Néanmoins, la plupart des poudres existantes ne permettent pas d’obtenir – après fusion par un faisceau laser dans un procédé de fabrication additive – un matériau adapté à un usage dans des applications aéronautiques telles que l’utilisation dans une turbomachine. En particulier, de nombreuses poudres ne permettent pas d’obtenir un matériau résistant à une température de plus de 650°C. Or, une température de résistance maximale de 650°C est beaucoup trop faible pour un usage dans une turbomachine. D’autres matériaux, par exemple les alliages IN738 et IN939, sont résistants à une température plus élevée, mais présentent des propriétés mécaniques insuffisantes pour la fabrication de pièces aéronautiques. De plus, ces alliages sont également limités à une utilisation à des températures inférieures à 1000°C voire 950°C.
Cependant, les procédés de fabrication additive permettent de concevoir des pièces d’une géométrie complexe adaptée pour former des pièces optimisées, par exemple pour des systèmes d’injections de carburant, chambres de combustion, chemises de distributeurs de turbine, ou secteurs des aubes de turbine. Il est donc souhaitable de mettre à disposition une poudre permettant de fabriquer une telle pièce présentant une tenue à haute température et des propriétés mécaniques adaptées à une telle application.
Un but de l’invention est de mettre à disposition une poudre comprenant un alliage métallique pour un procédé de fabrication additive, en particulier un procédé par fusion laser sur lit de poudre, qui permette d’obtenir un matériau conservant ses caractéristiques de résistance en traction, de fluage et de présenter une haute résistance à l’oxydation et la corrosion, au moins jusqu’à une température de 1050°C, et qui soit soudable.
A cet objectif, l’invention propose une poudre métallique pour un procédé de fabrication additive, la poudre métallique comprenant un alliage base cobalt comprenant en poids entre 23% et 24,5% de chrome, entre 9% et 11% de nickel, entre 6,5% et 7,5% tungstène, entre 3% et 4% de tantale, entre 0,55% et 0,65% de carbone, entre 0,3% et 0,5% de zirconium, entre 0,15% et 0,25% de titane, au maximum 2% de fer, au maximum 0,3% de silicium, au maximum 0,1% de manganèse, au maximum 0,1% de cuivre, au maximum 0,015% de soufre, au maximum 0,015% de phosphore, au maximum 0,01% de bore, au maximum 0,025% d’oxygène, au maximum 0,020% d’azote et au maximum 0,010% d’hydrogène.
Avantageusement, la poudre comprend une pluralité de grains présentant une granulométrie selon laquelle au moins 10% des grains présentent un diamètre compris entre 10µm et 25µm.
De préférence, la poudre comprend une pluralité de grains présentant une granulométrie selon laquelle au moins 50% des grains présentent un diamètre compris entre 25µm et 40µm.
De manière avantageuse, la poudre comprend une pluralité de grains présentant une granulométrie selon laquelle au moins 90% des grains présentent un diamètre compris entre 40µm et 70µm.
L’invention se rapporte également à un procédé de fabrication d’une poudre métallique telle que décrite ci-dessus, le procédé comprenant successivement les étapes suivantes : mélange de matières premières élémentaires ou pré-alliées, fusion du mélange obtenu, atomisation du mélange en fusion par un gaz, de préférence par de l’argon ou de l’azote, tamisage de la poudre obtenue de sorte à obtenir une granulométrie prédéfinie, récupération de la poudre obtenue.
Avantageusement, le procédé comprend en alternance au moins une étape de formation d’une couche d’une poudre métallique selon l’une quelconque des revendications 1 à 4 et au moins une étape de fusion sélective d’une portion de ladite couche par balayage d’un faisceau laser.
De préférence, la fabrication additive est réalisée par fusion laser sur lit de poudre. Le faisceau laser peut présenter une puissance comprise entre 150 W et 300W, un diamètre compris entre 50µm et 200µm, et une vitesse de déplacement comprise entre 900 mm/s et 1300 mm/s. L’étape de balayage peut être réalisée selon des bandes de balayage présentant une largeur comprise entre 2 et 15mm, le recouvrement des bandes étant compris entre 0.05 et 0.15mm.
De manière avantageuse, les axes d’orientation des bandes respectives de deux couches adjacentes forment un angle de 67°±5°.
Avantageusement, l’épaisseur de chaque couche respective est comprise entre 20µm et 60µm.
De préférence, le procédé est réalisé sous atmosphère d’argon et/ou d’azote.
L’invention concerne également un procédé de fabrication d’une pièce métallique, comprenant un procédé de fabrication additive tel que décrit ci-dessus et une première étape de traitement thermique à une température comprise entre 1200 et 1240°C pendant une durée comprise entre 5h et 30 minutes et 6 heures et 30 minutes et une première étape de refroidissement jusqu’à une température ambiante.
De manière avantageuse, le procédé de fabrication d’une pièce métallique comprend en outre une seconde étape de traitement thermique à une température comprise entre 920°C et 960°C pendant une durée comprise entre 23 et 25 heures et une seconde étape de refroidissement jusqu’à une température ambiante.
- une zone de clipsage 411 en une deuxième extrémité.
L’élément de liaison 41 est insérée dans le module de réception 40 au sein d’un évidement. L’évidement est configuré pour recevoir ledit élément de liaison et est, de manière préféré, de forme complémentaire à la forme dudit élément de liaison 41. Selon la , l’élément de positionnement 410 correspond à une encoche. Tout autre moyen peut être utilisé en élément de positionnement 410. Par exemple, l’élément de positionnement peut correspondre à une languette dans un autre mode de réalisation ou à une cavité ayant une forme complémentaire à un outil particulier. L’élément de positionnement 410 doit être configuré pour pouvoir changer la position de l’élément de liaison 41. Selon la , la zone de clipsage 411 comprend un taquet 4111 permettant à l’utilisateur de savoir si l’élément de liaison 41 est correctement inséré dans la porte 3 via l’ouverture 31. L’élément de liaison 41 dans ce mode de réalisation comprend également une butée 4112. Cette butée permet d’arrêter le mouvement correspondant au changement de position de l’élément de liaison 41 dans l’organe de liaison 4A. La zone de clipsage 411 correspond à une zone souple sur l’élément de liaison 41 permettant au taquet 4111 de s’enfoncer lors du passage de l’élément de liaison 41 dans l’ouverture 31 de la porte jusqu’à ce que celui-ci se replace dans sa position d’origine au sein de ladite porte. Le taquet traverse l’ouverture 31 en force lors du mouvement de l’élément de liaison 41. Il en va de même dans le sens inverse. Le taquet 4111 permet à l’utilisateur de savoir si l’élément de liaison 41 est bien positionné dans la porte.
Dans ce mode de réalisation, pour changer l’élément de liaison 41 d’une position ouverte à une position fermée, l’utilisateur doit se munir d’un outil. L’outil peut correspondre par exemple à un tournevis ou à un outil particulier ayant une forme complémentaire à celle de l’élément de positionnement 410. L’utilisateur vient positionner l’outils dans l’élément de positionnement 410 via l’ouverture 412 et appuyer en force afin de coulisser celui-ci le long de son axe. Lors du mouvement, le taquet 4111 entre en force dans l’ouverture 31 de la porte. L’utilisateur coulisse l’élément de liaison 41 jusqu’à ce que la butée 4112 vient en appui contre l’ouverture 412 du module de réception 40 et que le taquet 4111 se soit clipsé dans la porte 3. Dans cette position fermée, la porte 3 est solidaire du coffre 2 et l’organe de liaison 4 autorise le pivotement de la porte par rapport au coffre 2.
A l’inverse, pour passer l’élément de liaison 41 d’une position fermée à une position ouverte, l’utilisateur utilise à nouveau son outil. L’utilisateur vient positionner son outil dans l’élément de positionnement 410 et appuyer en force afin de coulisser l’élément de liaison 41 dans le sens inverse, soit en le faisant remonter dans le module de réception 40. De la même manière, le taquet 4111 de la zone de clipsage entre à nouveau en force dans l’ouverture 31 de la porte. L’utilisateur coulisse l’élément de liaison 41 jusqu’à ce que la butée 4112 vient en appui contre l’ouverture 412 à l’extrémité opposée de l’ouverture 412 du module de réception 40 et que le taquet 4111 soit clipsé dans l’ouverture 412. Le taquet 4111 est alors à nouveau visible par l’utilisateur à travers l’ouverture 412. Dans cette position ouverte, la porte 3 est désolidarisée du coffre 2.
Lorsque l’élément de liaison 41 est dans une position ouverte, comme sur la , il est positionné dans le module de réception 40. La zone de clipsage 411 est visible depuis l’ouverture 412. Lorsque l’élément de liaison 41 est dans une position fermée, comme sur la , l’élément de liaison 41 est positionné entre le module de liaison 40 et la porte 3. Seul l’élément de positionnement 410 est visible par l’utilisateur dans l’ouverture 412, la zone de clipsage n’est plus visible par l’utilisateur.
Pour faciliter la compréhension, une vue éclatée d’une partie du coffret est illustrée . La porte 3, l’élément de liaison 41 et l’organe de liaison 4A ont été séparées. L’élément de liaison 41 vient se positionner dans l’organe de liaison 4A et est visible par l’utilisateur via l’ouverture 412. La première partie de la porte 3A vient ensuite se positionner sur le coffre de façon à ce que l’évidement présent sur cette partie vienne en appui contre l’organe de liaison 4A. l’élément de liaison 41 venant en force dans l’ouverture 31 lorsque celui-ci est changé de position.
Les organes de liaison 4A et 4B permettent alors un positionnement multiple de la porte 3 sur le coffre 2 selon le besoin de l’utilisateur et/ou de l’environnement externe du coffret. Sur la la porte 3 est relié au coffre 2, les organes de liaison 4A et 4B sont en position fermée (troisième position). Le coffret est alors fermé.