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FR3097562A1 - Procédé de fabrication d’une pièce abradable de turbomachine et pièce abradable - Google Patents

Procédé de fabrication d’une pièce abradable de turbomachine et pièce abradable Download PDF

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FR3097562A1
FR3097562A1 FR1906750A FR1906750A FR3097562A1 FR 3097562 A1 FR3097562 A1 FR 3097562A1 FR 1906750 A FR1906750 A FR 1906750A FR 1906750 A FR1906750 A FR 1906750A FR 3097562 A1 FR3097562 A1 FR 3097562A1
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abradable coating
aluminum
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Faouzi ALIOUAT
Paul DUDON Laurent
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Safran Aircraft Engines SAS
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Abstract

Procédé de fabrication d’une pièce abradable de turbomachine et pièce abradable Procédé de fabrication d’une pièce de turbomachine comprenant un support (10) et un revêtement abradable (11) à base d’aluminium, le procédé comprenant une étape de dépôt du revêtement abradable dans laquelle un revêtement abradable (11) est déposé sur le support (10) et une étape d’anodisation dans laquelle au moins une partie du revêtement abradable (11) est anodisé, l’étape d’anodisation s’effectuant après l’étape de dépôt du revêtement abradable. Pièce de turbomachine comprenant un support (10) et un revêtement abradable (11) à base d’aluminium. Figure pour l’abrégé : Fig. 1.

Description

Procédé de fabrication d’une pièce abradable de turbomachine et pièce abradable
Le présent exposé concerne un procédé de fabrication d’une pièce abradable, notamment d’une pièce abradable de turbomachine pour aéronef.
Au sein d’une turbomachine d’un aéronef, plusieurs pièces sont amenées à être en contact avec d’autres pièces dites « abradables ». Les pièces abradables ont la particularité de s’user préférentiellement lors d’un contact avec une autre pièce, limitant ainsi l’usure de cette dernière. Notamment, les anneaux intérieurs du compresseur haute pression peuvent comprendre des pièces abradables amenées à être en contact avec un rotor.
Par exemple, des pièces abradables peuvent être mises en vis-à-vis de sommet d’aubes de turbomachine, et ainsi être sujettes au sillonnage.
Le sillonage provient du contact local entre l’abradable et le sommet d’aube. Une goutte d’abradable semi-fondu se forme et se fixe sur un sommet d’aube ce qui rainure la piste sur toute sa circonférence. Le plus souvent cette goutte se détache après quelques tours. La rainure peut s’enfoncer sur quelques millimètres de profondeur. Ce sillonnage dégrade à la fois l’étanchéité et les performances du moteur.
Les pièces abradables comprennent un support et un revêtement abradable. Le support des pièces actuelles peut être réalisé en alliage à base d’aluminium, de titane, de fer ou de nickel.
D’autre part, la pièce abradable comprend un revêtement abradable qui peut par exemple être un alliage d’aluminium et de silicium ou d’aluminium et de nickel. Ce revêtement peut également être chargé par un polymère, par exemple par un polyester. De plus, la pièce abradable peut comprendre une sous couche disposée entre le revêtement abradable et le support. La sous couche peut par exemple être un alliage à base d’aluminium et/ou de nickel, par exemple NiAl, NiCrAl.
L’environnement du compresseur haute pression est exposé à la corrosion, si bien que les pièces abradables présentent généralement une protection contre ce phénomène. Les techniques actuelles préconisent de fabriquer une pièce abradable pour turbomachine de la façon suivante. Le support d’une pièce est anodisé puis un revêtement abradable est déposé sur le support, par exemple par projection thermique. Le revêtement abradable est ensuite usiné ce qui forme des zones d’usinage à la frontière entre le revêtement abradable et le support où le support anodisé est partiellement remis à nu. Enfin, le support est retouché à l’aide d’une conversion chimique locale, telle que l’Alodine 1132 ou 1200, sur les parties de jonction entre le revêtement abradable et le support pour restaurer une couche anticorrosion sur les parties du support mises à nu par l’usinage du revêtement abradable.
Les pièces obtenues par ce procédé présentent plusieurs inconvénients. Tout d’abord, la sous couche nickel-aluminium et l’aluminium mis à nu forment une pile galvanique, ce qui corrode prématurément le revêtement abradable, et peut induire un décollement de ce dernier.
De plus, ce procédé nécessite l’utilisation d’une retouche, qui possède une moins bonne tenue en corrosion que l’anodisation initiale du support. En effet, sa température maximale d’emploi est d’environ 80°C, ce qui est bien inférieur à la température de fonctionnement des éléments de la turbomachine comprenant des pièces abradables. De plus, les surfaces à retoucher sont importantes : cette retouche est donc coûteuse en temps. Également, certaines substances contenues dans les conversions chimiques locales, telles que l’Alodine 1132 ou 1200, sont impactées par la liste REACH, qui liste les produits dangereux pour l’homme et/ou l’environnement et seront donc interdites à moyen terme.
Il existe donc un besoin d’améliorer le procédé de fabrication des pièces abradables.
A cet effet, le présent exposé concerne de fabrication d’une pièce de turbomachine comprenant un support et un revêtement abradable à base d’aluminium, le procédé comprenant une étape de dépôt de la sous couche dans laquelle une sous couche métallique est déposée sur le support, une étape de dépôt du revêtement abradable prévue après l’étape de dépôt de la sous couche dans laquelle un revêtement abradable est déposé sur la sous couche, et une étape d’anodisation dans laquelle le revêtement abradable est anodisé, l’étape d’anodisation s’effectuant après l’étape de dépôt du revêtement abradable.
Dans le présent exposé le revêtement abradable est un revêtement apte à être en contact avec une autre pièce de la turbomachine et qui est configuré pour que le contact entre le revêtement abradable et l’autre pièce de la turbomachine use préférentiellement le revêtement abradable.
Dans le présent exposé, les expressions « pièce » et « pièce abradable » réfère à un élément identique, qui est la pièce abradable fabriquée par le procédé.
Dans le présent exposé, on entend par revêtement abradable à base d’aluminium, des revêtements abradables dont la teneur massique en aluminium est majoritaire. On comprend que l’aluminium est donc l’élément dont la teneur massique du revêtement abradable est la plus élevée. Le revêtement abradable à base d’aluminium a par exemple une teneur massique d’au moins 50% d’aluminium, de préférence d’au moins 60% d’aluminium, encore plus préférentiellement d’au moins 95% d’aluminium.
Ainsi, puisque l’étape d’anodisation s’effectue après l’usinage du revêtement abradable, aucune partie du support de la pièce n’est remis à nu. Il n’est donc pas nécessaire d’effectuer de retouche lors de la fabrication d’une pièce abradable, ce qui permet de contourner tous les désavantages listés précédemment et liés à l’emploi de cette substance.
Plus particulièrement, la protection contre la corrosion est plus efficace. De plus, les performances aéronautiques de la pièce sont améliorées puisque la variation brusque de profil engendrée par la marche créée à l’étape de retouche disparait.
Dans le présent exposé, les performances des abradables sont évaluées à l’aide du rapport A/S (abradabilité sur surpénétration) qui est mesuré de la façon suivante. Trois aubes simulacres sont disposées en saillie sur le périmètre d’une roue tournante. Un échantillon abradable à tester est placé en dessous de la roue tournante. La roue tournante avance à vitesse constante vers l’échantillon abradable et le pénètre jusqu’à une profondeur consigne. On mesure ensuite la profondeur effectivement creusée dans l’abradable et on calcule le rapport profondeur consigne/profondeur creusée. Ce rapport est appelé rapport A/S et s’exprime en pourcentage. Les paramètres de test sont les suivants. La vitesse de rotation au bout des aubes simulacre est de 210 m/s, la vitesse d’avance de la roue tournante vers l’échantillon est de 150 µm/s et la profondeur de consigne est de 1 mm.
Les pièces abradables obtenues par le procédé décrit ci-dessus présentent également de meilleurs rapports A/S que des pièces obtenues par des techniques antérieures. La performance des pièces abradables sont donc améliorées.
Comme exemple non limitatif de revêtement abradable à base d’aluminium, on peut citer un alliage d’aluminium et de silicium, chargé avec des particules de polyester, de nitrure de bore, de graphite ou d’argile.
Dans certains modes de réalisation, le teneur volumique de la charge est d’environ 50 vol%.
Dans certains modes de réalisation, le procédé comprend une étape d’usinage prévue entre l’étape de dépôt du revêtement abradable et l’étape d’anodisation, dans laquelle le revêtement abradable est mis en forme.
Ainsi, le revêtement abradable peut être usiné selon les besoins et contraintes géométriques que la pièce abradable doit respecter.
Dans certains modes de réalisation, le procédé comprend une étape de sablage prévue avant l’étape de dépôt de la sous couche et dans laquelle le support est nettoyé.
Ainsi, les impuretés qui pourraient gêner ou fragiliser la fabrication de la pièce abradable peuvent enlevées. De plus, cette étape permet d’améliorer la rugosité du support, et donc d’améliorer l’accroche mécanique du revêtement abradable sur le support.
Dans certains modes de réalisation, le procédé comprend une étape de colmatage prévue après l’étape d’anodisation et dans laquelle la pièce abradable est traitée au chrome.
Dans certains modes de réalisation, la sous couche est en aluminium, le support de la pièce est un alliage à base d’aluminium, et le support est anodisé en même temps que le revêtement abradable lors de l’étape d’anodisation.
Ainsi, le revêtement abradable et le support sont anodisés simultanément, par exemple par un bain d’oxydation anodique sulfurique. De plus, la sous couche prévue en aluminium pur est résistante aux conditions de l’étape d’anodisation et elle n’est pas détériorée lors de cette dernière.
Comme exemple non limitatif, l’alliage à base d’aluminium peut être un alliage d’aluminium série 2000, 5000, 6000 ou 7000.
Dans certains modes de réalisation, la sous couche est en aluminium ou un alliage à base d’aluminium et le revêtement abradable est anodisé par un procédé d’anodisation local.
Ainsi, le revêtement abradable peut être anodisé indépendamment du support, ce qui permet de ne pas exposer et éventuellement endommager le support lors de l’étape d’anodisation.
Comme exemple non limitatif, la sous couche peut être en aluminium pur ou en alliage à base d’aluminium et de nickel.
Comme exemple non limitatif de support, le support peut être un alliage à base de titane, de nickel, de magnésium, d’aluminium ou de fer.
Dans certains modes de réalisation, le revêtement abradable a une épaisseur supérieure ou égale à 1 mm, de préférence supérieure ou égale à 1,5 mm, de préférence supérieure ou égale à 2 mm, de préférence supérieure ou égale à 2,5 mm, de préférence supérieure ou égale à 3mm et inférieure ou égale à 5mm, de préférence inférieure ou égale à 4,5 mm, de préférence inférieure ou égale à 4 mm, de préférence inférieure ou égale à 3,5 mm, de préférence inférieure ou égale à 3 mm.
Dans certains modes de réalisation, la sous couche a une épaisseur supérieure ou égale à 50 µm, de préférence supérieure ou égale à 100 µm, de préférence supérieure ou égale à 150 µm, de préférence supérieure ou égale à 200 µm, de préférence supérieure ou égale à 250 µm et inférieure ou égale à 500 µm, de préférence inférieure ou égale à 450 µm, de préférence inférieure ou égale à 400 µm, de préférence inférieure ou égale à 350 µm, de préférence inférieure ou égale à 300 µm.
Dans certains modes de réalisation, la couche anodisée du support a une épaisseur supérieure ou égale à 4 µm, de préférence supérieure ou égale à 5 µm, de préférence supérieure ou égale à 6 µm, de préférence supérieure ou égale à 7 µm, de préférence supérieure ou égale à 8 µm et inférieure ou égale à 20 µm, de préférence inférieure ou égale à 19 µm, de préférence inférieure ou égale à 18 µm, de préférence inférieure ou égale à 17 µm, de préférence inférieure ou égale à 16 µm.
Le présent exposé concerne par ailleurs une pièce de turbomachine comprenant un support, un revêtement abradable à base d’aluminium prévu sur le support et une sous couche disposée entre le support et le revêtement abradable, dans laquelle le revêtement abradable est anodisée.
On comprend donc que l’étape d’anodisation est réalisée après l’étape de dépôt du revêtement abradable.
Dans certains modes de réalisation, la pièce de turbomachine est une pièce de turbomachine d’aéronef.
L’invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description détaillée faite ci-après de différents modes de réalisation de l’invention donnés à titre d’exemples non limitatifs. Cette description fait référence aux pages de figures annexées, sur lesquelles :
La figure 1 représente une pièce selon un mode de réalisation obtenue par un procédé de fabrication selon un mode de réalisation.
La figure 2 représente une pièce selon un autre mode de réalisation obtenue par un procédé de fabrication selon un autre mode de réalisation.
La figure 3 représente schématiquement les étapes d’un procédé selon un mode de réalisation.
La figure 4 représente une pièce obtenue par un procédé de fabrication selon un mode de réalisation de l’art antérieur.
La figure 5 représente un dispositif configuré pour mesurer le rapport A/S.
La figure 6 représente un graphique illustrant un cycle thermique appliqué pour des tests d’adhérence.
Le présent exposé concerne un procédé de fabrication d’une pièce abradable de turbomachine. Bien que le présent exposé prenne l’exemple d’un anneau intérieur d’un compresseur haute pression ou basse pression, le procédé décrit peut être utilisé pour fabriquer n’importe quelle pièce abradable d’une turbomachine. Cependant, pour des raisons de clarté de l’exposé, des exemples n’ayant pas vocation à être limitatif sont décrits.
Fabrication d’une pièce abradable selon un procédé de l’art antérieur
La figure 4 représente une pièce abradable obtenue par un procédé de l’art antérieur. La pièce comprend un support 20, un revêtement abradable 21 et une sous couche 22. Le support est un alliage d’aluminium série 2000, 5000, 6000 ou 7000, par exemple 2219 ou 2618. Le revêtement abradable 21 est à base d’aluminium, composé à 88% d’aluminium et à 12% de silicium. Il est par ailleurs chargé à 40% en masse par un polymère (par exemple un polyester). La sous couche 12 est un alliage d’aluminium, composé à 95% d’aluminium et 5% de nickel.
De plus, la pièce comprend une couche anodisée 23, une couche 24 retouchée et une marche 25 entre la couche 24 et la couche anodisée 23.
Le procédé de fabrication d’une telle pièce abradable est le suivant. Le support 20 est tout d’abord anodisé lors d’une étape d’anodisation. Cette anodisation peut s’effectuer dans un bain d’oxydation anodique sulfurique (OAS) en présence d’un courant électrique. Pendant cette étape, la couche anodisée 23 est formée sur une profondeur comprise entre 6 µm et 20 µm, de préférence entre 8 µm et 13 µm.
Ensuite la pièce subit une étape de sablage dans laquelle le support 20 est nettoyé par projection mécanique. Par ailleurs, le sablage permet d‘augmenter la rugosité de la zone traitée afin de déposer l’abradable.
Ensuite, la sous couche 22 est déposée lors d’une étape de dépôt de la sous couche. Ce dépôt s’effectue par projection thermique. De cette façon, la sous couche 22 est déposée sur une épaisseur comprise entre 100 µm et 200 µm.
Ensuite, le revêtement abradable 21 est déposé lors de l’étape de dépôt du revêtement abradable. Ce dépôt s’effectue par projection thermique.
Ensuite, le revêtement abradable 21 qui a été déposé est usiné lors de l’étape d’usinage. De cette façon, le surplus de revêtement abradable 21 est retiré pour que le revêtement abradable 21 final présente une épaisseur comprise entre 2 mm et 3mm. Lors de cette étape, une partie de la couche anodisée 23 est retirée du support 10, ce qui met à nu une partie du support 20 et crée la marche 25. Cette marche mesure entre 0,20 mm et 0,30 mm.
Une retouche est donc appliquée sur les parties du support 20 qui ont été mises à nu par l’étape d’usinage. Cette retouche crée la couche 24 sur le support 20.
Fabrication d’une pièce selon un premier procédé
La figure 1 représente une pièce abradable selon un premier mode de réalisation. Dans le mode de réalisation de la figure 1, la pièce comprend un support 10, un revêtement abradable 11 et une sous couche 12. Le support est un alliage d’aluminium série 2000, 5000, 6000 ou 7000. Le revêtement abradable 11 est à base d’aluminium, composé à 88% d’aluminium et à 12% de silicium. Il est par ailleurs chargé à 50% en masse par un polymère (par exemple un polyester). La sous couche 12 est en aluminium.
La figure 3 représente un diagramme illustrant les différentes étapes du procédé de fabrication de la pièce de la figure 1. Dans un premier temps, la pièce subit une étape de sablage E1 dans laquelle le support 10 est nettoyé et sa rugosité est augmentée, par exemple par particules de corindon ou bille de verre. Après cette étape, le support 10 présente une rugosité comprise entre Ra=1,6 µm et Ra=4 µm selon la norme ISO 4288.
Ensuite, la sous couche 12 est déposée lors de l’étape de dépôt de la sous couche E2. Ce dépôt s’effectue par projection thermique. De cette façon, la sous couche 12 est déposée sur une épaisseur comprise entre 100 µm et 200 µm. La sous couche 12 a pour rôle d’augmenter la rugosité de la surface du matériau afin de garantir une bonne adhérence entre le revêtement abradable 11 et le support 10. De plus, la sous couche 12 permet d’assurer une accommodation mécanique, plus particulièrement vis-à-vis des contraintes thermomécaniques générées par la différence entre les coefficients de dilatation du revêtement abradable 11 et du support 10.
Ensuite, le revêtement abradable 11 est déposé lors de l’étape de dépôt du revêtement abradable E3. Ce dépôt s’effectue par projection thermique.
Ensuite dans le mode de réalisation de la figure 1, le revêtement abradable 11 qui a été déposé est usiné lors de l’étape d’usinage E4. De cette façon, le surplus de revêtement abradable 11 est retiré pour que le revêtement abradable 11 final présente une épaisseur comprise entre 2 mm et 3mm.
Enfin, la pièce est anodisée lors d’une étape d’anodisation E5. Cette anodisation peut s’effectuer dans un bain d’oxydation anodique sulfurique (OAS) en présence d’un courant électrique. Lors de cette étape d’anodisation E5, l’intégralité de la surface du support 10 et du revêtement abradable 11 est anodisée, créant ainsi une couche anodisée 13. Dans ces conditions, la couche anodisée 13 présente une épaisseur comprise entre 5 µm et 20 µm, de préférence entre 8 µm et 13 µm.
Cette étape d’anodisation E5 permet de former une couche anodique d’alumine sur le revêtement abradable.
Grâce à la composition particulière de la sous couche 12 qui est uniquement en aluminium, la sous couche 12 n’est pas dégradée par les conditions d’anodisation.
Dans certaines configurations, la pièce abradable subit une étape de colmatage E6 prévue après l’étape d’anodisation et dans laquelle la pièce abradable est immergée dans un bain contenant des sels inhibiteurs de corrosion, par exemple des sels de chrome. Cela permet d’améliorer les propriétés anti-corrosion de l’ensemble de la surface anodisée
Fabrication d’une pièce selon un second procédé
La figure 2 illustre une pièce abradable selon un deuxième mode de réalisation obtenue par un second procédé de fabrication.
Dans ce procédé, le support 10 est prévu dans des matériaux tels que des alliages de titane, de fer ou de nickel. La sous couche 12, quant à elle, est prévue dans un alliage composé à 95% d’aluminium et à 5% nickel.
Ce procédé est similaire au procédé de fabrication de la pièce du premier mode de réalisation concernant les étapes de sablage E1, de dépôt de la sous couche E2, de dépôt du revêtement abradable E3 et de l’usinage E4.
Cependant, dans ce cas, l’étape d’anodisation E5 s’effectue de manière locale, uniquement sur le revêtement abradable 11. L’anodisation s’effectue alors, par exemple, à l’aide d’un tampon qui est appliqué localement sur des endroits choisis. Ainsi, le revêtement abradable 11 peut être anodisé sans interagir et éventuellement détériorer le support 10. Une couche anodisée 13 est donc créée, uniquement sur le revêtement abradable 11. La couche anodisée 13 est de l’alumine.
Comparatif des performances de pièces abradables
Dans un premier temps, les procédés du présent exposé permettent de s’affranchir de l’étape de retouche et de la formation d’une marche 25 sur la pièce abradable finalisée, entre le revêtement abradable 21 et la couche anodisée 23. En effet, la présence de cette marche 25 sur les pièces abradables obtenues par le procédé de l’art antérieur diminue l’aérodynamisme. De plus, la suppression de l’étape de retouche représente également un gain de temps lors de la fabrication d’une pièce abradable.
Par ailleurs, les performances des abradables sont évaluées à l’aide du rapport A/S (abradabilité sur surpénétration) qui est mesuré de la façon suivante : trois aubes simulacres sont disposées en saillie sur le périmètre d’une roue tournante. Un échantillon abradable à tester est placé en dessous de la roue tournante. La roue tournante avance à vitesse constante vers l’échantillon abradable et le pénètre jusqu’à une profondeur consigne. Ce dispositif de mesure est illustré par la figure 5. On mesure ensuite la profondeur effectivement creusée dans l’abradable et on calcule le rapport profondeur consigne/profondeur creusée. Ce rapport est appelé rapport A/S et s’exprime en pourcentage. Les paramètres de test sont les suivants. La vitesse de rotation au bout des aubes simulacre est de 210 m/s, la vitesse d’avance de la roue tournante vers l’échantillon est de 150 µm/s et la profondeur de consigne est de 1 mm.
Le tableau suivant présente des tests comparatifs d’abradabilité de pièces abradables obtenues par un procédé de l’art antérieur et le procédé du présent exposé.
Procédé d’obtention de la pièce Art antérieur essai n°1 Art antérieur essai n°2 Procédé du présent exposé essai n°1 Procédé du présent exposé essai n°2
Rapport A/S maximal mesuré 171% 170% 137% 133%
Rapport A/S minimal mesuré 126% 116% 104% 107%
Le tableau 1 représente des tests d’abradabilité effectués sur deux pièces obtenues par un procédé de l’art antérieur et sur deux pièces obtenues par un procédé du présent exposé. A chaque test de chaque pièce, on associe une valeur du rapport A/S maximale et minimale représentant respectivement la plus grande et la plus faible pénétration mesurée pendant le test. Dans un premier temps, il apparait que l’écart moyen entre le plus grand et le plus petit rapport A/S mesuré est plus faible pour les pièces obtenues par le procédé du présent exposé.
De plus, une pièce abradable est considérée comme performante lorsque son rapport A/S de cette pièce abradable est inférieur à 140%. Comme le montre le précédent diagramme, les pièces abradables de l’art antérieur ne permettent pas de présenter un rapport A/S inférieur à cette valeur de consigne. Cependant, grâce à la couche anodique d’alumine formée lors de l’étape d’anodisation E5, le rapport A/S du revêtement abradable 11 d’une pièce obtenue par le procédé du présent exposé est de l’ordre de 135%. Le revêtement abradable anodisé présente donc des meilleures performances qu’une pièce abradable obtenue par un procédé de l’art antérieur.
De plus, des essais ont été menés pour vérifier la tenue mécanique de sous couches 12 en aluminium pur. Plus particulièrement, des essais d’adhérence ont été réalisés en soumettant des pièces à plusieurs centaines de cycles thermiques. Le cycle thermique est représenté sur la figure 6. Tout d’abord, une pièce abradable selon le premier mode de réalisation obtenue par un procédé du présent exposé est chauffée linéairement de 75°C à 270°C en 5 minutes. Puis, la pièce est maintenue à 270°C pendant 10 minutes. Ensuite, la pièce est refroidie à 150°C en 40 minutes, puis maintenue à cette température pendant 30 minutes. Enfin, la pièce est refroidie à 75°C en 90 minutes. La durée totale d’un cycle est de 2 heures et 55 minutes. Les résultats de ces tests sont les suivants.
Nombre de cycle thermique subit 0 60 143 273
Adhérence (MPa) 10,7 10,1 9,6 10,8
L’adhérence reste donc supérieure à 5,0 MPa, ce qui respecte donc les exigences de fonctionnement dans une turbomachine.
La rugosité des sous couches 12 en aluminium a également été testée. Les sous couches 12 présentent des dimensions caractéristiques de rugosité d’environ Ra=3,2 µm et Rz=26,5µm. Ces mesures ont été effectuées selon la norme ISO 4288.
La tenue en corrosion de la pièce abradable obtenues par un procédé du présent exposé a également été testée. Le tableau suivant synthétise différents tests en corrosion effectués au brouillard salin neutre selon la norme NF EN ISO 9227.
Procédé Vieillissement thermique 168h 336h 408h
Art antérieur 1h à 270°C puis 3h à 150°C Corrosion généralisée Corrosion généralisée Corrosion généralisée
aucun Corrosion sur le revêtement abradable Corrosion sur le revêtement abradable Corrosion généralisée
Premier procédé 1h à 270°C puis 3h à 150°C Points blancs Points blancs Points blancs
aucun RAS RAS Points blancs
Ainsi, les pièces abradables obtenues par les procédés du présent exposé sont plus résistantes à la corrosion même après plus de 400h de test. Il est aussi constaté que le vieillissement thermique a une influence sur les propriétés anti-corrosion des pièces testées.
Bien que la présente invention ait été décrite en se référant à des exemples de réalisation spécifiques, il est évident que des modifications et des changements peuvent être effectués sur ces exemples sans sortir de la portée générale de l'invention telle que définie par les revendications. En particulier, des caractéristiques individuelles des différents modes de réalisation illustrés/mentionnés 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.
Il est également évident que toutes les caractéristiques décrites en référence à un procédé sont transposables, seules ou en combinaison, à un dispositif, et inversement, toutes les caractéristiques décrites en référence à un dispositif sont transposables, seules ou en combinaison, à un procédé.

Claims (10)

  1. Procédé de fabrication d’une pièce de turbomachine comprenant un support (10) et un revêtement abradable (11) à base d’aluminium, le procédé comprenant une étape de dépôt de la sous couche (E2) dans laquelle une sous couche (12) métallique est déposée sur le support, une étape de dépôt du revêtement abradable (E3) prévue après l’étape de dépôt de la sous couche (E2) dans laquelle un revêtement abradable (11) est déposé sur la sous souche (12), et une étape d’anodisation (E5) dans laquelle le revêtement abradable (11) est anodisé, l’étape d’anodisation (E5) s’effectuant après l’étape de dépôt du revêtement abradable (E3).
  2. Procédé selon la revendication 1, comprenant une étape d’usinage (E4) prévue entre l’étape de dépôt du revêtement abradable (E3) et l’étape d’anodisation (E5), dans laquelle le revêtement abradable (11) est mis en forme.
  3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, comprenant une étape de sablage (E1) prévue avant l’étape de dépôt de la sous couche (E2).
  4. Procédé selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel la sous couche (12) est en aluminium, le support (10) de la pièce est un alliage à base d’aluminium, et dans lequel le support (10) est anodisé en même temps que le revêtement abradable (11) lors de l’étape d’anodisation (E5).
  5. Procédé selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel la sous couche (12) est en aluminium ou un alliage à base d’aluminium et le revêtement abradable (11) est anodisé par un procédé d’anodisation local.
  6. Procédé selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel la couche anodisée du support (10) a une épaisseur supérieure à 4 µm, de préférence supérieure à 5 µm, de préférence supérieure à 6 µm, de préférence supérieure à 7 µm, de préférence supérieure à 8 µm et inférieure à 20 µm, de préférence inférieure à 19 µm, de préférence inférieure à 18 µm, de préférence inférieure à 17 µm, de préférence inférieure à 16 µm.
  7. Pièce de turbomachine comprenant un support (10), un revêtement abradable (11) à base d’aluminium prévu sur le support (11) et une sous couche (12) disposée entre le support (10) et le revêtement abradable (11), dans laquelle le revêtement abradable (11) est anodisée.
  8. Pièce selon la revendication 7, dans laquelle la sous couche (12) est en aluminium ou en alliage à base d’aluminium.
  9. Pièce selon la revendication 7 ou 8, dans laquelle le support (10) est un alliage à base d’aluminium et l’ensemble de la surface de la pièce est anodisée.
  10. Pièce selon la revendication 7 ou 8, dans laquelle le support (10) est en alliage de titane, de fer ou de nickel.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3545944A (en) * 1965-03-10 1970-12-08 United Aircraft Corp Composite metal article having an intermediate bonding layer of nickel aluminide
US5153021A (en) * 1990-03-23 1992-10-06 Rolls-Royce Plc Abradable seal coating and method of making the same
EP1967615A1 (fr) * 2007-03-07 2008-09-10 Siemens Aktiengesellschaft Procédé destiné à l'application d'une couche d'isolation thermique et pièce de turbine dotée d'une couche d'isolation thermique

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3545944A (en) * 1965-03-10 1970-12-08 United Aircraft Corp Composite metal article having an intermediate bonding layer of nickel aluminide
US5153021A (en) * 1990-03-23 1992-10-06 Rolls-Royce Plc Abradable seal coating and method of making the same
EP1967615A1 (fr) * 2007-03-07 2008-09-10 Siemens Aktiengesellschaft Procédé destiné à l'application d'une couche d'isolation thermique et pièce de turbine dotée d'une couche d'isolation thermique

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