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L'utilisation des barrières thermiques dans les moteurs aéronautiques s'est généralisée depuis une trentaine d'années et permet d'augmenter la température d'entrée des gaz dans les turbines, de réduire le flux d'air de refroidissement et ainsi d'améliorer le rendement des moteurs.
The use of thermal barriers in aeroengines has become widespread over the last thirty years, and it enables the temperature of the gas at the inlet to the turbines to be increased, the stream of cooling air to be reduced, and thus the efficiency of engines to be improved.
En effet, ce revêtement isolant permet de créer sur une pièce refroidie, en régime permanent de fonctionnement, un gradient thermique au travers du revêtement, dont l'amplitude totale peut dépasser 100°C pour un revêtement de 150 à 200 pm d'épaisseur environ présentant une conductivité de 1.1 W.m^.K"1.
Specifically, the insulating coating serves to establish a temperature gradient through the coating on a cooled part under steady operating conditions that has a total amplitude that may exceed 100° C. for a coating having a thickness of around 150 to 200 μm and that presents conductivity of 1.1 W·m−1·K−1.
La température de fonctionnement du métal sous-jacent formant le substrat pour le revêtement se trouve diminuée du même gradient, ce qui induit des gains important sur le volume d'air de refroidissement nécessaire, la durée de vie de la pièce et la consommation spécifique du moteur à turbine.
The operating temperature of the underlying metal forming the substrate for the coating is thus decreased by the same gradient, thereby giving rise to considerable savings in the volume of cooling air that is needed and to considerable increases both in the lifetime of the part and also in the specific consumption of the turbine engine.
Il est connu de recourir à l'utilisation d'une barrière thermique comprenant une couche de céramique à base de zircone stabilisée à l'oxyde d'yttrium, à savoir une zircone yttriée comprenant une teneur molaire d'oxyde d'yttrium entre 4 et 12% (notamment entre 6 et 8%), qui présente un coefficient de dilatation différent du superalliage constituant le substrat et une conductivité thermique assez faible.
It is known to have recourse to a thermal barrier comprising a layer of ceramic based on zirconia stabilized with yttrium oxide, i.e. yttria-stabilized zirconia having a molar content of yttrium oxide between 4% and 12% (especially between 6 and 8%), and that presents a coefficient of expansion that is different from that of the superalloy constituting the substrate, with thermal conductivity that is quite low.
Parmi les revêtements utilisés, on citera l'utilisation assez générale d'une couche de céramique à base de zircone partiellement stabilisée à l'oxyde d'yttrium, par exemple Zr0.92Y0.0sO1.96- Afin d'assurer l'ancrage de cette couche de céramique, une sous-couche métallique, avec un coefficient de dilatation idéalement proche du substrat, est généralement interposée entre le substrat de la pièce et la couche de céramique.
Among the coatings used, mention may be made of the fairly widespread use of a layer of ceramic based on zirconia that is partially stabilized with yttrium oxide, e.g. Zr0.92Y0.08O1.96.
De cette façon, la sous-couche métallique permet tout d'abord de réduire les contraintes dues à la différence entre les coefficients de dilatation thermique de la couche de céramique et du superalliage formant le substrat.
In this way, the metal undercoat serves firstly to reduce the stress due to the difference between the coefficients of thermal expansion of the ceramic layer and of the substrate-forming superalloy.
Cette sous-couche assure également l'adhérence entre le substrat de la pièce et la couche de céramique, sachant que l'adhérence entre la sous-couche et le substrat de la pièce se fait par inter-diffusion, et que l'adhérence entre la sous-couche et la couche de céramique se fait par ancrage mécanique et par la propension de la sous-couche à développer à haute température, à l'interface céramique/sous-couche, une couche d'oxyde mince qui assure le contact chimique avec la céramique.
This undercoat also provides adhesion between the substrate of the part and the ceramic layer, it being understood that adhesion between the undercoat and the substrate of the part takes place by interdiffusion, and adhesion between the undercoat and the ceramic layer takes place by mechanical anchoring and by the propensity of the undercoat to develop a thin oxide layer at high temperature at the ceramic/undercoat interface, which oxide layer provides chemical contact with the ceramic.
En outre, cette sous-couche métallique assure la protection du superalliage de la pièce contre les phénomènes de corrosion et d'oxydation (la couche de céramique est perméable à l'oxygène).
In addition, the metallic undercoat provides the superalloy of the part with protection against corrosion and oxidation phenomena (the ceramic layer is permeable to oxygen).
En particulier, il est connu d'utiliser une sous-couche constituée d'un aluminiure de nickel comprenant un métal choisi parmi le platine, le chrome, le palladium, le ruthénium, l'iridium, l'osmium, le rhodium, ou un mélange de ces métaux et/ou un élément réactif choisi parmi le zirconium (Zr), le cérium (Ce), le lanthane (La), le titane (Ti), le tantale (Ta), l'hafnium (Hf), le silicium (Si) et l'yttrium (Y).
Specifically, it is known to use an undercoat constituted by nickel aluminide including a metal selected from platinum, chromium, palladium, ruthenium, iridium, osmium, rhodium, or a mixture of those metals, and/or a reactive element selected from zirconium (Zr), cerium (Ce), lanthanum (La), titanium (Ti), tantalum (Ta), hafnium (Hf), silicon (Si), and yttrium (Y).
Par exemple, on utilise un revêtement de type Ni Pt Al, dans lequel le platine est en insertion dans le réseau du nickel.
For example, a coating of type Ni Pt Al is used, in which the platinum is inserted into the nickel lattice.
Le platine est déposé par voie électrolytique avant le traitement thermochimique d'aluminisation.
The platinum is electrolytically deposited prior to the thermochemical aluminization treatment.
Egalement, on utilise un revêtement de type (Ni,Pt)AI, dans lequel le platine est en insertion dans le réseau du nickel des composés intermétalliques β-ΝϊΑΙ.
Likewise, a coating of type (Ni,Pt)Al is used in which the platinum is inserted into the lattice of the nickel of the β-NiAl intermetallic compounds.
Lors de l'élaboration de barrières thermiques, le platine a un double rôle : c'est une barrière de diffusion pour éviter l'interdiffusion de l'aluminium de la couche vers le substrat.
When preparing thermal barriers, platinum performs two functions: it acts as a diffusion barrier to prevent interdiffusion of aluminium from the layer to the substrate.
De plus, l'aluminiure de platine augmente la résistance à la corrosion à haute température et l'adhérence de couches de protection.
Furthermore, platinum aluminide increases the resistance to corrosion at high temperature and the adhesion of protective layers.
En fait, les revêtements en aluminures de platine se dégradent vite à 1100°C : il existe des transformations de phases liées à Tinter-diffusion des éléments du revêtement et des substrats.
However, platinum aluminide coatings degrade quickly at 1100° C.: there exist phase transformations associated with interdiffusion of the elements of the coating and of the substrate.
Cette sous-couche métallique peut dans ce cas être constituée d'un aluminiure de nickel modifié platine NiPtAI, selon un procédé comprenant les étapes suivantes: la préparation de la surface de la pièce par décapage chimique et sablage; le dépôt sur la pièce, par électrolyse, d'un revêtement de platine (Pt); le traitement thermique éventuel de l'ensemble pour faire diffuser Pt dans la pièce; le dépôt d'aluminium (Al) par dépôt chimique en phase vapeur (CVD) ou par dépôt physique en phase vapeur (PVD); le traitement thermique éventuel de l'ensemble pour faire diffuser Pt et Al dans la pièce; la préparation de la surface de la sous- couche métallique formée; et le dépôt par évaporation sous faisceau d'électrons (EB-PVD) d'un revêtement en céramique.
Under such circumstances, the metallic undercoat may be constituted by a platinum modified nickel aluminide NiPtAl using a method that comprises the following steps: preparing the surface of the part by chemical cleaning and sand-blasting; electrolytically plating a coating of platinum (Pt) on the part; optionally heat-treating the result in order to cause Pt to diffuse into the part; depositing aluminium (Al) using chemical vapor deposition (CVD) or physical vapor deposition (PVD); optionally heat-treating the result to cause Pt and Al to diffuse into the part; preparing the surface of the metallic undercoat as formed in this way; and depositing a ceramic coating using electron beam physical vapor deposition (EB-PVD).
Ainsi, le platine est déposé par voie électrolytique avant le traitement thermochimique d'aluminisation en phase vapeur.
Platinum is thus electrolytically deposited before the thermochemical treatment of vapor phase aluminization.
Pour rappel, l'électrodéposition permet de réduire sur une pièce conductrice (la cathode) une entité métallique complexée présente initialement dans la solution grâce au passage d'un courant électrique entre une anode (électrode siège d'une réaction d'oxydation) et une cathode sur laquelle le dépôt a lieu (et sur laquelle d'autres réactions de réduction peuvent avoir lieu simultanément).
It should be recalled that electroplating serves to reduce onto a conductive part (the cathode) a metallic complex initially present in the solution by causing an electric current to flow from an anode (an electrode where an oxidation reaction takes place) to a cathode onto which deposition takes place (and at which other reduction reactions may take place simultaneously).
Il existe dans le commerce des solutions de platinage de différentes compositions.
In plating solutions there are different compositions commercially available.
Le pH de ces solutions peut être basique, acide ou neutre.
The pH of these solutions can be basic, acid or neutral.
Les composés obtenus au terme de l'extraction du platine sont l'hexachloroplatinate (IV) d'ammonium :(NH4)2PtCl6ou l'hexachloroplatinate (IV) de potassium : K2PtCI6.
Compounds obtained at the end of platinum extraction are ammonium hexachloroplatinate (IV): (NH4)2PtCl6 or potassium hexachloroplatinate (IV): K2PtCl6.
Les principaux composés du platine présents dans les bains de platinage sont issus de la transformation de ces composés.
The main compounds of platinum present in platinum plating baths are derived from transforming those compounds.
De façon traditionnelle, la sous-couche métallique est constituée d'un alliage apte à former une couche d'alumine protectrice par oxydation : en particulier, l'utilisation d'une sous-couche métallique comprenant de l'aluminium engendre par oxydation naturelle à l'air une couche d'alumine Al203qui recouvre toute la sous-couche.
Traditionally, the metallic undercoat comprises an alloy capable of forming a layer of protective alumina by oxidation: in particular, the use of a metallic undercoat comprising aluminium engenders by natural oxidation in air a layer of alumina Al2O3 which covers the entire undercoat.
Habituellement, la couche de céramique est déposée sur la pièce à revêtir soit par une technique de projection (en particulier projection plasma) ou de dépôt par voie physique en phase vapeur, c'est- à-dire par évaporation (par exemple par EB-PVD ou « Electron Beam Physical Vapour Déposition » formant un revêtement déposé dans une enceinte d'évaporation sous vide sous bombardement électronique).
Usually, the layer of ceramic is deposited on the part to be coated either by a projection technique (in particular plasma projection) or physical vapor deposition, that is, by evaporation (for example by EB-PVD or “Electron Beam Physical Vapor Deposition” forming a coating deposited in an evaporation container under vacuum under electron bombardment).
Classiquement, ces barrières thermiques créent donc une discontinuité de conductivité thermique entre le revêtement extérieur de la pièce mécanique, formant cette barrière thermique, et le substrat de ce revêtement formant le matériau constitutif de la pièce.
Conventionally, these thermal barriers therefore create discontinuity of thermal conductivity between the outer coating of the mechanical part, forming this thermal barrier, and the substrate of this coating forming the material constituting the part.
Ainsi, on obtient des pièces avec des durées de vie élevées en fatigue thermique à haute température.
This results in parts with long shelf lives with thermal fatigue at high temperature.
On comprend que ces techniques actuelles sont complexes, coûteuses et longues à mettre en œuvre du fait de la multiplicité de procédés de nature différente impliqués, à savoir généralement un dépôt électrolytique de platine, une aluminisation en phase vapeur et le dépôt par voie physique de zircone yttriée.
It is understood that these current techniques are complex, costly and time-consuming due to the multiplicity of different methods involved, specifically generally electrolyte deposition of platinum, vapor phase aluminization and physical deposition of yttria-stabilized zirconia.
On cherche donc à simplifier le procédé de fabrication des systèmes de barrières thermiques.
The aim therefore is to simplify the method for producing thermal barrier systems.
Des tentatives existent pour notamment réaliser une cible multi-éléments (Pt, Al, Ni...) susceptible de déposer en une seule étape une sous-couche métallique NiPtAI de type gamma- gamma prime.
There have been attempts especially to produce a multi-element target (Pt, Al, Ni... ) likely to deposit in a single step a metallic undercoat NiPtAl of prime gamma-gamma type.
Cependant ces recherches n'ont pas encore abouti à une solution viable.
But this research has yet to find a viable solution.
La présente invention a pour objectif de fournir un procédé permettant de surmonter les inconvénients de l'art antérieur et en particulier offrant la possibilité de simplifier le procédé de fabrication d'un système de barrière thermique, et en particulier le procédé de fabrication de la sous-couche métallique d'un système de barrière thermique.
The aim of the present invention is to provide a method for overcoming the disadvantages of the prior art and in particular offering the possibility of simplifying the method for producing a thermal barrier system, and in particular the method for producing the metallic undercoat of a thermal barrier system.
A cet effet, selon la présente invention, le procédé est caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : a) on fournit une pièce métallique formant substrat, b) on fournit un bain électrolytique formé d'un milieu liquide ionique avec un ou plusieurs sels d'aluminium, c) on réalise le dépôt d'une première couche d'un premier métal sur le substrat de façon à obtenir un substrat revêtu de la première couche métallique, d) on réalise le dépôt d'une deuxième couche d'un deuxième métal sur la première couche, de façon à obtenir un substrat revêtu de la première couche métallique et de la deuxième couche métallique, dans lequel l'un parmi le premier métal et le deuxième métal est un métal de la mine du platine (platinoïde) et l'autre parmi le premier métal et le deuxième métal est de l'aluminium déposé par électrodéposition avec ledit bain électrolytique formé d'un milieu liquide ionique.
To this end, according to the present invention the method is characterized in that it includes the following steps:a) providing a metallic part forming a substrate,b) providing an electrolyte bath formed from an ionic liquid medium with one or more aluminium salts,c) depositing a first layer of a first metal on the substrate so as to obtain a substrate coated with the first metallic layer,d) depositing a second layer of a second metal on the first layer so as to obtain a substrate coated with the first metallic layer and the second metallic layer,wherein one of the first metal and the second metal is a metal of the platinum group (platinoid) and the other from the first metal and the second metal is aluminium deposited by electroplating with said electrolyte bath formed from an ionic liquid medium.
De cette manière, on comprend que par le fait que l'on dépose l'aluminium par voie liquide sur un substrat revêtu d'un métal de la mine du platine ou bien sur le substrat nu, le procédé de fabrication de la sous- couche métallique s'en trouve facilité par rapport aux techniques de l'art antérieur mettant en œuvre un dépôt chimique en phase vapeur (CVD) ou un dépôt physique en phase vapeur (PVD) de l'aluminium.
In this way, it is understood that because aluminium is deposited by liquid on a coated substrate of metal of the platinum group or else on the raw substrate, the method for producing the metallic undercoat is made easier relative to the techniques of the prior art performing chemical vapor deposition (CVD) or physical vapor deposition (PVD) of aluminium.
Un bain électrolytique formé d'un milieu liquide ionique, encore appelé bain de type « sels fondus » est intéressant car elle permet une pratique industrielle simplifiée Globalement, grâce à la solution selon la présente invention, il est possible de réduire le temps de fabrication et les coûts liés à la fabrication de la barrière thermique.
An electrolyte bath formed from an ionic liquid medium, known as bath of “molten salts” type is interesting since it allows simplified industrial practice.
De préférence, le procédé comporte en outre une étape de traitement thermique de diffusion du substrat revêtu, ladite étape de traitement thermique de diffusion s'appliquant sur le substrat revêtu de la première couche métallique et/ou sur le substrat revêtu de la première couche métallique de la deuxième couche métallique.
The method preferably further comprises a heat treatment step of diffusion of the coated substrate, said diffusion heat treatment step being applied on the substrate coated with the first metallic layer and/or on the substrate coated with the first metallic layer of the second metallic layer.
Ainsi, cette étape de traitement thermique de diffusion s'applique, soit entre le dépôt de la première couche de métal et le dépôt de la deuxième couche de métal, soit après le dépôt de la deuxième couche de métal, soit à la fois entre le dépôt de la première couche de métal et le dépôt de la deuxième couche de métal et après le dépôt de la deuxième couche de métal.
Therefore, this diffusion heat treatment step is applied either between the deposition of the first metallic layer and the deposition of the second metallic layer or after deposition of the second metallic layer, or both between the deposition of the first metallic layer and deposition of the second metallic layer and after deposition of the second metallic layer.
Avec une telle étape de traitement thermique, on obtient, selon l'invention, quatre modes de réalisation selon l'invention.
According to the invention such a heat treatment step produces four embodiments as per the invention.
Selon un premier mode de réalisation, on effectue dans l'ordre, les étapes suivantes : a) Dépôt sur le substrat, de préférence par voie électrolytique, d'une couche d'un métal de la mine du platine, b) Dépôt sur la couche de métal de la mine du platine, d'une couche d'aluminium par voie électrolytique en milieu ionique, et c) Traitement thermique de diffusion.
According to a first embodiment the following steps are conducted in order:a) Depositing on the substrate, preferably electrolytically, a layer of a metal of the platinum group,b) Depositing on the metallic layer of the platinum group, an aluminium layer electrolytically in ionic medium, andc) Diffusion heat treatment.
Selon un deuxième mode de réalisation, on effectue dans l'ordre, les étapes suivantes : a) Dépôt sur le substrat, de préférence par voie électrolytique, d'une couche d'un métal de la mine du platine, b) Traitement thermique de diffusion, c) Dépôt sur la couche de métal de la mine du platine, d'une couche d'aluminium par voie électrolytique en milieu ionique, et d) Traitement thermique de diffusion.
According to a second embodiment the following steps are conducted in order:a) Depositing on the substrate, preferably electrolytically, a layer of a metal of the platinum group,b) Diffusion heat treatment,c) Depositing on the metallic layer of the platinum group, an aluminium layer electrolytically in ionic medium, andd) Diffusion heat treatment.
Selon un troisième mode de réalisation, on effectue dans l'ordre, les étapes suivantes : a) Dépôt sur le substrat d'une couche d'aluminium par voie électrolytique en milieu ionique, b) Dépôt sur la couche d'aluminium, de préférence par voie électrolytique, d'une couche d'un métal de la mine du platine, et c) Traitement thermique de diffusion.
According to a third embodiment, the following steps are conducted in order:a) Depositing on the substrate an aluminium layer electrolytically in ionic medium,b) Depositing on the aluminium layer, preferably electrolytically, a layer of a metal of the platinum group, andc) Diffusion heat treatment.
Selon un quatrième mode de réalisation, on effectue dans l'ordre, les étapes suivantes : a) Dépôt sur le substrat d'une couche d'aluminium par voie électrolytique en milieu ionique, b) Traitement thermique de diffusion, c) Dépôt sur la couche d'aluminium, de préférence par voie électrolytique, d'une couche d'un métal de la mine du platine, et d) Traitement thermique de diffusion.
According to a fourth embodiment, the following steps are conducted in order:a) Depositing on the substrate an aluminium layer electrolytically in ionic medium,b) Diffusion heat treatment,c) Depositing on the aluminium layer, preferably electrolytically, a layer of a metal of the platinum group, andd) Diffusion heat treatment.
Avantageusement, ledit substrat métallique est en superalliage.
Advantageously, said metallic substrate is made of superalloy.
De préférence, ledit substrat métallique est en superalliage à base de nickel.
Said metallic substrate is preferably made of superalloy based on nickel.
Alternativement ledit substrat métallique est en superalliage à base de cobalt.
Alternatively said metallic substrate is made of superalloy based on cobalt.
Dans certaines variantes de réalisation préférentielles, lors de l'étape de dépôt de la couche de platinoïde, on réalise les sous-étapes suivantes : - on fournit un bain électrolytique à base aqueuse ou en milieu liquide ionique comportant un métal de la mine du platine en solution, et - on réalise l'électrodéposition d'une couche dudit métal de la mine du platine avec ledit bain électrolytique de façon à obtenir ledit substrat revêtu.
In some preferred variant embodiments, during the deposition step of the platinoid layer, the following sub-steps are performed: providing an ionic liquid medium or water-based electrolyte bath comprising a metal of the platinum group in solution, and performing the electroplating of a layer of said metal of the platinum group with said electrolyte bath so as to obtain said coated substrate.
La réalisation de la couche de métal, à savoir le platinoïde, par un procédé électrochimique, en l'occurrence une électrolyse, permet de combiner les deux dépôts successifs par des techniques analogues (voie liquide et plus précisément voie électrochimique).
Forming the metallic layer, specifically the platinoid, by an electrochemical method, in this case electrolysis, combines two successive depositions by similar techniques (liquid and more precisely electrochemical method).