FR2463752A1 - Poudre pour la formation d'un enduit a proprietes thermiques - Google Patents
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Abstract
L'INVENTION CONCERNE UNE POUDRE CONTENANT DES PARTICULARITES DE VERRE AU SILICATE D'ALUMINIUM, CREUSES ET ENDUITES D'UN ALLIAGE DE NICKEL, D'ALUMINIUM, DE CHROME ET DE SILICIUM, SUSCEPTIBLE D'ETRE DEPOSEE, PAR EXEMPLE PAR NEBULISATION A LA FLAMME, SUR UNE SURFACE POUR Y FORMER UN ENDUIT CONSTITUANT UNE BARRIERE THERMIQUE EFFICACE MAIS ASSEZ DUCTILE POUR NE PAS TENDRE A S'ECAILLER ET A SE DETACHER DE CETTE SURFACE SOUS L'INFLUENCE DES DIFFERENCES DE TEMPERATURES AUXQUELLES SONT EXPOSES LA SURFACE ET L'ENDUIT.
Description
La présente invention concerne les matières destinées à réaliser des
revêtements et, en particulier, celles
de ces matières se présentant sous forme pulvérulente.
En vue d'augmenter l'efficacité et le rendement, les températures auxquelles doivent travailler les élé-
ments constitutifs des moteurs à turbine à gaz aug-
mentent constamment. Ceci mène à l'emploi de matiè-
res plus ou moins inhabituelles pour la construction
de ces éléments constitutifs ainsi qu'à l'installa-
tion de systèmes réfrigérants compliqués.
Pour éviter ces solutions coûteuses, on a proposé
d'enduire ces éléments constitutifs de matières cé-
ramiques afin de créer une barrière thermique assu-
rant le maintien, dans des limites acceptables, de la température de l'élément constitutif.Ces enduits céramiques peuvent, par exemple, être déposés par des
procédés tels que la nébulisation à la flamme.
Mais les matières céramiques sont très fragiles et
ont tendance à s'écailler et à se détacher des élé-
ments constitutifs lorsque ces derniers se dilatent et se rétractent sous l'action des variations de température. Cet inconvénient peut être restreint en diminuant l'épaisseur de l'enduit céramique mais, évidemment, ces enduits plus minces ont une moindre
efficacité comme barrières thermiques.
La présente invention a pour objet de réaliser une
matière enduotrice possédant, lorsqu'elle est appli-
quée sur une surface, une conductibilité thermique relativement basse de façon à constituer une barrière thermique efficace, mais étant néanmoins assez ductile pour résister à la tendance à se détacher de ladite
surface en s'écaillant sous l'influence des taux dif-
férents de dilatation thermique de ladite surface et de ladite matière enductrice Selon un aspect de l'invention, une poudre appropriée à la nébulisation à la flamme comprend des particules d'un certain verre, chacune desdites particules de
verre étant creuse et enduite d'une matière métalli-
que
Dans toute la présente description, le terme "nébuli-
sation à la flamme" désigne aussi bien la nébulisa-
tion sous une flamme produisant une combustion que la nébulisation au plasma
De préférence, ladite matière métallique sera un al-
liage à base de nickel ou de cobalt Ledit alliage pourra contenir de l'aluminium et du chrome. ledit alliage pourra en outre contenir un ou plusieurs
métaux de terres rares et/ou du silicium.
Ledit verre sera, de préférence, un verre au silicate d'aluminium. De préférence, ledit verre constituera de 5 à 90 % en poids de chaque particule De préférence,le diamètre desdites particules sera
compris entre 20 et 250 f.
Selon un autre aspect de l'invention, un procédé d'enduction d'une surface consiste à nébuliser à la flamme, sur ladite surface, une poudre conforme à l'une quelconque des définitions ci-dessus, jusqu'à une épaisseur comprise entre 0,2 et 7 mm. Ladite poudre pourra être mélangée à une autre poudre métallique ou céramique avant la nébulisation à la flamme L'enduit pourra constituer une couche d'un revêtement multi- couches dont les autres couches seront de nature
métallique ou céramique.
Selon un troisième aspect de l'invention, le procédé d'enduction d'une surface consistera à appliquer à ladite surface une couche de pqudre conforme à l'une quelconque des définitions ci-dessus puis à chauffer cette poudre à une température assez élever pour la fritter. Ladite poudre pourra être en suspension dans un liant
liquide pour en faciliter l'application à ladite sur-
face.
Plusieurs essais comparatifs ont été effectués en
vue d'étudier la conductibilité thermique d'un re-
vêtement comprenant une matière enductrice conforme à la présente invention. Plus spécifiquement, on a comparé la conductibilité thermique d'une éprouvette faite d'une feuille de nickel sur laquelle on aura
nébulisé une poudre selon l'invention, avec les con-
ductibilités thermiques de deux éprouvettes semblables, l'une non enduite et l'autre enduite d'un revêtement céramique connu La poudre conforme à l'invention comprenait des sphères creuses en verre de silicate d'aluminium enduites d'un alliage contenant, en % en poids, 80 % de nickel, 2,5 % d'aluminium, 15,7 % de chrome et 1,8 % de silicium. Le verre contenait, en % en poids, 31,97 % de A120l, 60,75 % de SiO2, 4,18 % de Fe203, 1,91 % de K 20 et 0,81 % de Na. Le diamètre des sphères, non enduites, était compris entre 20 et 200 p environ, et l'épaisseur de leur coquille entre 2 et Dans cette poudre particulière, le verre représentait 10 % du poids de chaque particule enduite mais, en fait, le verre pourra constituer de 5 à 90 % du poids
de chaque particule.
Une analyse granulométrique a établi que les dimen-
sions des particules de cette poudre étaient les suivantes: Dimensions au tamis Tyler % de particules
-48+100 44,4
-100+150 38,8
-150+200 14,2
-200 2,6
Le poids spécifique de l. poudre était de 1,28 g/cm3.
Toutefois, le diamètre des particules de poudre pour-
ra être compris entre 20 et 250 À
Cette poudre a été nébulisée à la flamme, avec com-
bustion, utilisant un mélange d'oxygène et d'acéty-
lène, sur une éprouvette faite d'une plaque de nickel
de 2 mm d'épaisseur placée à 20 cm de la buse du pis-
tolet nébuliseur. L'enduit réalisé avait 2 mm d'é- paisseur et un poids spécifique de 2,7 g/cm3 Une éprouvett+emblable a ensuite été enduite d'une couche liante contenant 80 % en poids de nickel et % en poids de chrome avant d'être enduite de miroone par nébulisation à la flamme, avec combustion,
en utilisant un mélange d'oxygène et d'acétylène.
L'épaisseur totale de l'enduit réalisé était de 0,75 mm, épaisseur maximale recommandée pour les enduits
de ce genre.
La troisième éprouvette était un morceau de plaque de nickel, non enduit, semblable à celle utilisée pour la préparation des deux éprouvettes précédentes
son épaisseur était de 2 mm.
Les conductibilités thermiques de ces trois éprouvet-
tes ont été déterminées à l'aide de l'appareil repré-
senté schématiquement en coupe transversale sur la figure unique du dessin annexé. Cet appareil 10 se compose d'un récipient isolé 11, en cuivre et en acier, auquel est fixé un tube 12 en forme de C L'éprouvette 13 est placée sur la partie médiane du
tube 12 de façon à constituer une cible pour la flam-
me oxy-acétylénique d'un chalumean (non représenté) Le récipient 11 et le tube 12 renferment 8,2 litres
d'eau dont la température est indiquée par un ther-
momètre 14.
L'appareil est agencé de façon que, lorsque l'éprou-
vette 13 est chauffée par la flamme oxy-acétylénique, elle élève la température de l'eau contenue dans le
tube 12 et, par conséquent, dans le récipient 11.
En conséquence, plus la conductibilité thermique de l'éprouvette 13 sera grande, plus l'augmentation de
température de l'eau sera importante.
On chauffe, avec une flamme oxy-acétylénique placée à 20 cm de distance, une surface de huit centimètres
carrés de chaque éprouvette 13 et l'on note l'augmen-
tation de température de l'eau à partir de la temp6-
rature ambiante. La température moyenne de la flamme dans la zone de l'éprouvette est de 77520, mesurée
avec un pyromètre optique.
On obtient les résultats suivants: éprouvette Nickel non enduit Nickel avec enduit de zircone Nickel recouvert de sphèree de verre enduites T9C/1 heure -. 12,8 Pour la surface constante de 8 cm de l'éprouvette, on trouve les valeurs de flux thermique ci-après:
éprouvette flux thermiq ue.
(cal/h - cm Nickel non enduit 35.000 Nickel avec enduit de zircone 26.000 Nickel recouvert de sphères de verre enduites 16.000 En calculant la conductibilité thermique k de chaque éprouvette, on a fait les suppositions suivantes:
a) la température de la face chaude de chaque 4prou-
vette était constamment de 7752C; b) la température de l'eau était constamment de
209C + la moitié de l'augmentation de tempé-
rature; c) des conditions de convexion libre existaient à la
limite entre la face froide et l'eau.
Les calculs ont donné les valeurs suivantes: éprouvette conductibilité thermique k en cal-cm/h-cm2 QC Nickel non enduit 245,0 Nickel avec enduit de sircone 1,2 Nickel recouvert de sphères de verre enduites 1,09 La conductibilité thermique de l'éprouvette recouverte de l'enduit selon l'invention est donc plus basse que celle de l'éprouvette enduite de zircone. L'épaisseur
de l'enduit de sircone est inférieure à celle de l'en-
duit selon l'invention mais on ne doit pas oublier que l'épaisseur de 0, 75 mm de l'enduit de zircone est
son épaisseur maximale recommandée tandis que l'épais-
seur de 2 mm de l'enduit selon l'invention n'est pas son épaisseur maximale. En fait, les auteurs de la
présente invention pensent que les enduits selon l'in-
vention peuvent avoir une épaisseur allant jusqu'à 7 mm tout en conservant un fonctionnement efficace et sans avoir tendance à se rompre et-à se détacher par morceaux de leur substrat. A l'autre extrémité de l'échelle, les enduits selon l'invention pourront avoir une épaisseur descendant jusqu'à 0,2 mm tout en
constituant une barrière thermique efficace.
Les conductibilités thermiques des surfaces peuvent être grandement influencées par leurs caractéristi- ques d'absorption ou de réflectivité. L'enduit selon l'invention est sombre et de faible poids spécifique
Dans certaines circonstances, il peut donc être sou-
haitable de lui appliquer un enduit supplémentaire
pour en augmenter sa réflectivité-. Un enduit sup-
plémentaire approprié pourrait être, par exemple, un enduit de zircone, mince et de poids spécifique élevé, déposé par nébulisation à la flamme, un tel
enduit étant généralement de couleur claire. D'au-
tres enduits pourront également être appliqués à
l'enduit selon l'invention pour en augmenter la ré-
sistance à l'érosion et à la corrosion. Ces derniers
enduits pourront être de nature céramique ou métalli-
que, selon l'usage particulier envisagé. En outre,
les enduits selon l'invention pourront être appli-
qués à des enduits existants, par exemple pour amé-
liorer la liaison entre l'enduit selon l'invention
et le substrat.
L'invention envisage également, dans certaines cir-
constances, de mélanger la poudre selon l'invention à une autre poudre métallique ou céramique avant
d'être nébulisée à la flamme.
Les poudres selon l'invention sont non seulement ap-
propriées à une nébulisation accompagnée de combustion mais peuvent également être nébulisées au plasma ou
appliquées à une surface sous forme d'une pâte com-
prenant un liant liquide approprié. Dans ce dernier cas, l'application de la pète devra être suivie de chauffage dèstiné.à élimine:r le liant par combustion et à fritter les particules. On pourra citer, comme liant approprié, une résine organique se consumant
en laissant peu de résidu telle qu'une résine d'es-
ter polyméthacrylique.
Outre que les revêtements réalisés par le procédé
d'application sous forme de pâte donnent des bar-
rièteA thermiques efficaces, leur degré de porosité
permet de les utiliser à la réalisation de joints d'é-
xânchéité.susceptibles d'abrasion. Par exemple, ces
revêtements pourront être appliqués aux surfaces ra-
dialement internes d'un compresseur axial pour moteur à turbine à gaz de façon à être soumis à l'abrasion provoquée, pendant le fonctionnement du moteur, par
les pointes des aubes mobiles du compresseur.
La présente invention a été décrite en se basant sur des particules comportant des sphères creuses en verre au silicate d'aluminium, enduites d'un alliage de nickel, d'aluminium, de chrome et de silicium,
mais il doit être entendu qu'il est possible d'uti-
liser d'autres alliages et verres appropriés: l'al-
liage pourra, par exemple, être à base de nickel ou de cobalt, contenir de l'aluminium et du chrome et, facultativement, un ou plusieurs métaux de terres
rares et/ou du silicium.
Il ressort de ce qui précède que, du fait que la pou-
dre selon l'invention contient des matières métalli-
ques, l'enduit obtenu par nébulisation à la flamme de cette poudre sur un substrat sera plus ductile qu'un enduit céramique et possédera donc une plus grande résistance à la tendance à se fendiller et à se détacher en s'écaillant sous l'action des varia- tions de température se produisant dans le substrat et entre ce dernier et l'enduit 1 1
Claims (13)
1. Poudre appropriée à la nébulisation à la flamme, caractérisée en ce qu'elle comprend des particules d'un certain verre, chacune desdites particules de verre étant creuse et enduite d'une matière métallique X
2. Poudre selon la Revendication 1,
ce que ladite matière métallique
à base de nickel ou de cobalt.
3. Poudre selon la Revendication 2, ce que ledit alliage contient de
du chrome.
caractérisée en est un-alliage caractérisée en l'aluminium et
4. Poudre selon la Revendication 3, caractérisée en
ce que ledit alliage contient un ou plusieurs mé-
taux de terres rares et/ou du silicium
5. Poudre selon une quelconque des Revendications 1,
2, 3 ou 4, caractérisée en ce que ledit verre-
constitue de 5 à 90 % en poids de chaque particule.
6. Poudre selon une quelconque des Revendications 1,
2, 3, 4 ou 5, caractérisée en ce que ledit verre
est un verre au silicate d'aluminium.
7. Poudre selon une quelconque des Revendications 1,
2, 3, 4, 5 ou 6, caractérisée en ce que le dia-
mètre desdites particules est compris entre 20 et 250 ii
8. Poudre appropriée à la nébulisation à la flamme, caractérisée en ce qu'elle comprend des particules d'un certain verre, chacune desdites particules étant creuse et enduite d'un alliage contenant, en % en poids, 80 % de nickel, 2,5 % d'aluminium, ,7 % de chrome et 1,8 % de silicium, ledit verre contenant, en % en poids, 31,97 % de A1 203, 60,75 % de Si02, 4,18 % de Fe203, 1,91 % de K20 et
0,81 % de Na20, et formant 10 % en poids de cha-
cune desdites particules.
9. Procédé d'enduction d'une surface, caractérisé en
ce qu'il consiste à nébuliser à la flamme, sur la-
dite surface, une poudre selon une quelconque des
Revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 ou 8 jusqu'à
une épaisseur comprise entre 0,2 et 7 mm.
10. Procédé d'enduction d'une surface selon la Reven-
dication 9, caractérisé en ce qu'un second enduit, de nature métallique ou céramique, est appliqué
subséquemment au premier enduit.
11. Procédé d'enductien d'une surface selon une quel-
conque des Revendications 9 ou 10, caractérisé en
ce que ladite poudre est mélangée à une autre pou-
dre métallique ou céramique avant la nébulisation
à la flamme.
1 3
12. Procédé d'enduction d'une surface, caractérisé en ce qu'il consiste à appliquer à ladite surface une
couche d'une poudre selon une quelconque des Reven-
dications 1, 2, 3, 4, 5, 6 ou 7, puis à chauffer ladite poudre à une température assez élevée pour en provoquer le frittage
13. Procédé d'enduction d'une surface selon la Reven-
dication 12, caractérisé en ce que ladite poudre est mise en suspension dans un liant liquide en vue d'en faciliter l'application à ladite surface
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