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PROCEDE DE FABRICATION D'UNE PIECE COUVERTE
D'UN REVETEMENT ABRADABLE
DOMAINE DE L'INVENTION
Le présent exposé concerne un procédé de fabrication d'une pièce
couverte d'un revêtement abradable.
ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE
De nombreuses machines comprennent des parties qui, en mouvement,
frottent ou risquent de frotter contre d'autres parties. Par exemple,
certaines
machines comprennent une pièce mobile animée d'un mouvement de
rotation par rapport à un axe, une partie de cette pièce mobile frottant
contre une autre pièce. C'est le cas des turbomachines (terrestres ou
aéronautiques, comme les turboréacteurs ou les turbomoteurs) qui
comprennent un rotor avec des aubes mobiles qui, dans leur mouvement de
rotation, frottent contre la face intérieure du carter du stator qui les
entoure.
Dans le cas d'une turbomachine, il est habituel de prévoir un espace, ou
jeu, entre les parties fixes et les parties mobiles, en particulier entre le
carter
et les aubes mobiles, pour tenir compte d'une part des tolérances
géométriques des pièces et d'autre part des mécanismes de dilatation
thermique et de fluage des matériaux dans le temps. Or, il est important de
minimiser les fuites de gaz ou d'air au niveau de cet espace. En effet, ces
fuites diminuent le débit du flux d'air comprimé à travers la turbomachine,
font perdre une partie du travail mécanique utile et, par conséquent,
affectent l'efficacité de la turbomachine, augmentent sa consommation de
carburant et diminuent la poussée produite.
Pour minimiser ces fuites, la solution actuellement utilisée consiste à
rapprocher au maximum les aubes mobiles du carter et à couvrir le carter
d'un revêtement de matériau tendre en face des aubes. Ce matériau est
abradable, ce qui signifie qu'il a pour propriété d'être facilement creusé par
l'extrémité des aubes mobiles en cas de contact. Ainsi, une aube n'est
pratiquement pas endommagée lorsqu'elle frotte contre ce matériau
2
abradable et on optimise l'espace entre l'extrémité de l'aube et la surface
interne du carter en ajustant cet espace à un minimum dans le temps.
Actuellement, on fabrique des portions de plaque de matériau abradable
qui sont ensuite chacune collées sur le carter pour former une plaque
complète. Un tel procédé est long et couteux. De plus, le collage présente de
nombreuses contraintes : nettoyage des surfaces à coller, problèmes de
contamination des surfaces nettoyées, mauvaise adhésion, etc.; Enfin, les
contraintes mécaniques engendrées pendant la fabrication des portions de
plaque de matériau abradable et pendant leur collage contribuent, en
fonctionnement, au décollement de ces portions de plaque de la surface du
carter et/ou à la fissuration et à la détérioration prématurée des plaques en
service.
La présente invention vise à remédier, au moins en partie, à ces
inconvénients.
PRESENTATION DE L'INVENTION
Le présent exposé concerne un procédé de fabrication d'une pièce (1)
couverte d'un revêtement abradable (55), ce procédé comprenant les étapes
suivantes:
(A) on fournit une ébauche (10) de la pièce avec un logement (20), ce
logement (20) débouchant à la surface (15) de l'ébauche (10) via au moins
une ouverture (25),
(B) on remplit le logement (20) avec un matériau abradable (50) sous
forme pulvérulente, et
(C) on co-lamine à chaud l'ébauche (10) et le matériau abradable (50)
de manière à fritter le matériau abradable et à le faire adhérer à l'ébauche,
pour obtenir un revêtement abradable (55),
dans lequel, dans l'étape (C) de co-laminage, une pression est exercée
sur le matériau abradable (50) à travers l'ouverture (25).
L'ébauche fournie est avantageusement brute de mise en forme à chaud
(forgeage, laminage ...), c'est-à-dire que l'ébauche n'a pas encore été mise
en
forme à chaud. Le logement peut, quant à lui, être déjà mis en forme à chaud
et/ou usiné.
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Le co-laminage réalisé permet d'appliquer localement une compression
à chaud sur le matériau abradable. Typiquement, il s'agit d'une compression
unidirectionnelle à chaud, normale à la surface interne de l'ébauche. Cette
compression à chaud permet de fritter et de compacter le matériau
abradable et de le faire adhérer à l'ébauche par soudage-diffusion.
Avantageusement, la compression à chaud appliquée par le co-laminage est
suffisante pour fritter et compacter le matériau abradable et le faire adhérer
à l'ébauche, et le procédé de fabrication ne comprend aucune étape de
compression à chaud avant ou après l'étape de co-laminage.
Un tel procédé permet d'obtenir un bon compactage et une bonne
cohésion des particules du matériau abradable. De plus, avec les
températures et les pressions engagées pour le co-laminage, l'adhérence des
particules avec l'ébauche est bonne et l'interface de soudure entre le
matériau et l'ébauche a une porosité faible ou nulle. Le risque de
décollement ultérieur du revêtement abradable s'en trouve diminué.
Durant le co-laminage, l'ébauche et le matériau abradable peuvent être
mis en forme au plus près des cotes de la pièce finale, par exemple avec des
mandrins droits ou des mandrins de forme.
En outre, comme l'opération de co-laminage se fait à chaud, des
mécanismes de recristallisation peuvent avoir lieu, ce qui diminue les
contraintes dans le revêtement abradable. Les risques de fissuration, de
détérioration et de décollement du revêtement s'en trouvent également
diminués.
Le logement débouche à la surface de l'ébauche via une (des)
ouverture(s). Lors du co-laminage, une pression est exercée sur le matériau
abradable à travers cette (ces) ouverture(s). Dans certains modes de mise
en uvre, on remplit ledit logement avec le matériau abradable par cette
(ces) ouverture(s) lors de l'étape de remplissage (étape B) et on ferme
hermétiquement cette (ces) ouverture(s) avec une gaine, avant l'étape de
co-laminage (étape C).
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Dans certains modes de mise en oeuvre, le procédé comprend les
étapes suivantes:
D - on recouvre l'ouverture par laquelle le logement débouche à la
surface de l'ébauche, avec une gaine qui présente au moins un orifice de
vide et au moins un orifice de remplissage,
E - on fait le vide dans ledit logement en utilisant ledit orifice de vide et
on remplit ledit logement avec le matériau abradable (sous forme
pulvérulente) en utilisant ledit orifice de remplissage, et
F - on ferme de façon étanche ledit orifice de vide et ledit orifice de
remplissage avant l'étape de co-laminage (étape C).
On notera que les étapes D à F sont effectuées après l'étape A et avant
l'étape C précitées, l'étape E renvoyant à l'étape B.
Dans certains modes de mise en oeuvre, l'étape C de co-laminage
comprend une première étape Cl de préchauffage pendant laquelle
l'ébauche est chauffée jusqu'à une température de laminage T, le frittage du
matériau abradable ayant lieu, au moins en partie, lors de cette première
étape, et une deuxième étape C2 pendant laquelle on co-lamine l'ébauche et
le matériau abradable à la température de laminage T. Ces étapes
conduisent à une cornpaction du matériau abradable.
Ainsi, dans un premier temps, l'agglomération par frittage des
particules de matériau abradable entre elles, avec un taux de porosité donné,
se fait pendant la durée de préchauffage de l'ébauche à la température de
laminage. Dans un second temps, durant le co-laminage au sens strict, le
matériau abradable se déforme du fait de la pression exercée à chaud (i.e. à
la température de laminage T). Ainsi, toutes les cavités vides du logement se
remplissent de matériau abradable, les zones de dilution (liées au soudage-
diffusion des particules de poudre les unes aux autres) augmentent et les
porosités résiduelles après frittage et compactage diminuent, voire
disparaissent. Des mécanismes de recristallisation dans le matériau
abradable peuvent même être déclenchés, améliorant encore l'homogénéité
du revêtement abradable.
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La température de laminage (et de manière plus générale, le cycle
thermomécanique de la pièce) sera défini en fonction du domaine le plus
restreint de forgeabilité en tenant compte de l'échauffement adiabatique et
du domaine conduisant aux microstructures recherchées des matériaux
5 considérés.
En particulier, pour la forgeabilité, la température maximale sera
la limite de surchauffe ou de brulure d'un des matériaux mis en forme et la
température minimale sera la limite d'endommagement microstructural d'un
des matériaux. A titre d'exemple, si le matériau de référence est un acier, la
température de laminage T peut être comprise entre 600 C et 1350 C. Pour
un acier d'appellation EN X12CrNiMoV12 ou un acier d'appellation EN
X4NiCoNb38, la température de laminage T peut être comprise entre 750 C
et 1300 C. Pour un acier d'appellation Maraging250 EN X2NiCoMo18-8, la
température de laminage T peut être comprise entre 850 C et 1250 C. Si le
matériau est un alliage de Titane, la température de laminage T peut être
comprise entre 700 C et 1150 C. Pour des alliages de titane d'appellation
TA6V à structure maitrisée alpha + béta, la température de laminage T peut
être comprise entre 700 C et 1050 C, et avantageusement une température
T d'environ 950 C est utilisée. Pour des alliages de titane d'appellation TA6V
à structure maîtrisée béta, la température de laminage T peut être comprise
entre 1050 C et 1150 C, et avantageusement une température T d'environ
1100 C est utilisée.
Dans certains modes de mise en uvre, lors de l'étape de remplissage
du logement (i.e. étapes B ou E précitées), le matériau abradable est déposé
en plusieurs couches de natures différentes.
Ceci permet de faire varier les propriétés du revêtement abradable
selon les niveaux, les besoins au niveau du fond du logement n'étant pas les
mêmes qu'au niveau de la surface extérieure où le revêtement abradable
interagit avec des pièces en mouvement.
Dans certains modes de réalisation, lors de l'étape de remplissage du
logement (i.e. étapes B ou E précitées), le matériau abradable, sous sa
forme pulvérulente, comprend des particules de base qui, après co-laminage
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(étape C), constitue la matrice du revêtement abradable, et des particules
secondaires facilitant la fragmentation du revêtement abradable.
Les particules secondaires facilitent la fragmentation du revêtement
abradable lors du frottement avec la pièce mobile, et donc l'ajustement du
jeu entre la pièce mobile et le revêtement.
Avantageusement, des particules secondaires organiques peuvent être
introduites dans le mélange de particules. De telles particules se
décomposeront durant l'opération de co-laminage en formant des porosités
de gaz. Ces porosités facilitent la fragmentation du revêtement.
Dans certains modes de réalisation, le matériau abradable comprend
également des particules dures, usantes, permettant, en fonctionnement, un
léger polissage des parties mobiles.
Dans certains modes de réalisation, le logement présente des faces
latérales concaves (vers l'intérieur du logement). Cela permet d'emprisonner
le revêtement abradable sans générer de contraintes résiduelles dans celui-ci
ou tout au moins de répartir les contraintes à l'interface entre le revêtement
abradable et le substrat, ce qui permet de limiter le décollement.
Dans certains modes de réalisation, le logement est une rainure définie
par une paroi intérieure, deux parois latérales entourant la paroi intérieure,
et deux lèvres extérieures situées dans le prolongement des parois latérales
et repliées vers le centre de la rainure, de sorte que la rainure présente, en
section transversale, un profil de forme générale en "C". Un tel logement
permet de bien emprisonner le revêtement abradable, notamment du fait des
lèvres extérieures qui couvrent partiellement le revêtement et le retiennent.
Bien entendu, d'autres formes de logement peuvent être retenues, la
compression au moment du co-laminage permettant de remplir l'ensemble
du logement, même si celui-ci est de forme complexe. En outre, durant le
co-laminage, le logement peut se déformer de manière à emprisonner
encore mieux le revêtement abradable.
Dans certains modes de mise en oeuvre, l'ébauche est formée par co-
laminage à chaud d'au moins deux sous-parties, cette étape de co-laminage
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des sous-parties et l'étape de co-laminage de l'ébauche et du matériau
abradable (étape C précitée) étant réalisées en même temps, en une seule
opération.
Ceci permet de mutualiser les outils de fabrication et de réaliser, en une
seule et même opération de co-laminage, la fabrication de l'ébauche et le
dépôt du revêtement abradable. Il en résulte une économie de temps et
d'argent par rapport aux procédés de fabrication conventionnels.
Dans certains modes de mise en oeuvre, après l'étape C de co-
laminage, on usine l'ébauche et/ou le revêtement de matériau abradable,
pour obtenir la pièce finale.
Dans certains modes de mise en uvre, après l'étape C de co-
laminage, on applique un traitement thermique de qualité à la pièce dans
son ensemble, c'est-à-dire un traitement destiné à conférer à la pièce les
caractéristiques recherchées pour son emploi.
Dans certains modes de mise en oeuvre, la pièce fabriquée est un carter
de turbomachine ayant une face radialement interne, au moins une partie de
cette face étant couverte par le revêtement abradable. En d'autres termes,
ledit logement est ménagé dans la face radialement interne du carter.
L'invention sera bien comprise et ses avantages apparaîtront mieux, à
la lecture de la description détaillée qui suit, d'exemples de réalisation.
Cette
description détaillée fait référence aux dessins annexés.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
Les dessins annexés sont schématiques et ne sont pas à l'échelle, ils
visent avant tout à illustrer les principes de l'invention.
Sur ces dessins, d'une figure (FIG) à l'autre, des éléments (ou parties
d'élément) identiques ou ayant une fonction analogue sont repérés par les
mêmes signes de référence.
La FIG 1 représente, en coupe transversale, une ébauche de pièce avec
un logement, ce logement débouchant à la surface de l'ébauche;
La FIG 2 représente l'ébauche de la FIG 1, sur laquelle une gaine a été
mise en place.
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La FIG 3 illustre une étape de remplissage du logement avec un
matériau abradable sous forme pulvérulente.
La FIG 4 illustre une étape de co-laminage de l'ébauche et du matériau
abradable.
La FIG 5 illustre une étape d'usinage.
La FIG 6 est une figure analogue à la FIG 3, illustrant une étape de
remplissage du logement avec un autre matériau abradable.
La FIG 7 est une figure analogue à la FIG 3, illustrant une étape de
remplissage du logement avec un matériau abradable déposé en plusieurs
couches.
La FIG 8 est une figure analogue à la FIG 4, illustrant une étape de co-
laminage.
DESCRIPTION DETAILLEE D'EXEMPLES DE REALISATION
Des exemples de réalisation sont décrits en détail ci-après, en référence
aux dessins annexés. Ces exemples illustrent les caractéristiques et les
avantages de l'invention. Il est toutefois rappelé que l'invention ne se
limite
pas à ces exemples.
Les FIGS 1-5 illustrent différentes étapes d'un exemple de procédé de
fabrication d'une pièce 1 avec un revêtement abradable 50. Cette pièce 1 est
représentée sur la FIG 5. Une partie du revêtement abradable 50 forme une
couche 55 à la surface de la pièce 1. Dans l'exemple, cette couche 55 fait
légèrement saillie vers l'extérieur par rapport au reste de la pièce 1.
Dans cet exemple, la pièce 1 est un carter de turbomachine, e.g. un
carter de compresseur de turboréacteur. Ce carter porte un revêtement
abradable 55 contre lequel des pièces mobiles 60 (voir FIG 5) viennent
frotter. Ces pièces mobiles 60 sont des aubes. La surface libre 35 sur
laquelle
se trouve le revêtement abradable 55 est la face radialement interne du
carter. Il s'agit d'une surface de forme générale cylindrique, centrée sur
l'axe
de rotation du rotor de la turbomachine.
Bien entendu, l'invention pourrait s'appliquer à d'autres pièces qu'à un
carter de turbomachine.
9
Pour fabriquer la pièce 1, on fournit d'abord une ébauche 10 de cette pièce.
Cette ébauche 10, représentée sur la FIG. 1, présente un logement 20. Le
logement 20 débouche à la surface 15 de l'ébauche 10, via une ouverture 25.
Cette ouverture 25 est continue. Elle peut également être discontinue, c'est-
à-dire constituée de plusieurs sous-ouvertures.
Dans l'exemple, le logement 20 est une rainure qui s'étend dans une
direction perpendiculaire au plan de coupe des figures. De préférence, la
forme
du logement 20 est choisie de manière à emprisonner le revêtement abradable
50 décrit ci-après.
Avantageusement, la section maximale du logement 20 dans un plan
parallèle à la surface 15 se situe à une distance non-nulle de cette surface.
Ainsi, le logement 20 présente au moins une portion convergente en se
rapprochant de l'ouverture 25. De la sorte, le matériau abradable 50 qui
remplit le logement 20 (voir ci-dessous), une fois qu'il forme un bloc d'un
seul
tenant, est maintenu mécaniquement dans le logement 20.
Dans l'exemple, le logement 20 est une rainure définie par une paroi de
fond 21, deux parois latérales 22 entourant la paroi intérieure, et deux
lèvres
extérieures 23 situées dans le prolongement des parois latérales et repliées
vers le centre de la rainure. Cette rainure présente ainsi, en section
transversale, un profil de forme générale en "C". L'ouverture 25 est définie
entre les lèvres extérieures 23. En section transversale, les surfaces
latérales
de la rainure, définies par les parois latérales 22, sont concaves vers
l'intérieur
de la rainure. Bien entendu, d'autres formes de logement 20 peuvent être
retenues.
Le logement 20 est, par exemple, réalisé par usinage dans l'ébauche 10.
L'ébauche 10 peut déjà, avant usinage, présenter une dépression à l'endroit
où va être usiné le logement 20. Cette dépression peut être réalisée au
moment de la mise en forme de l'ébauche 10.
Après sa réalisation, le logement 20 est nettoyé.
On recouvre ensuite l'ouverture 25 du logement 20 avec une gaine 30
qui présente des orifices de vide 31 et de remplissage 32. On fixe la gaine 30
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sur toute la périphérie de l'ouverture 25, sur le bord des lèvres 23 du
logement. Cette fixation est, par exemple, effectuée par soudage. La
dimension de la gaine 30 et la position des soudures peuvent être optimisées
pour éviter une fuite.
5 La gaine 30
est en un matériau suffisamment souple et ductile et
d'épaisseur suffisamment faible pour se déformer sous l'effet de la pression P
qui sera appliquée lors du co-laminage (voir ci-après). La gaine 30 ferme
l'ouverture 25 de façon étanche à l'exception des orifices 31, 32.
On fait ensuite le vide dans le logement 20 (i.e. dans l'espace fermé
10 délimité par le logement 20 et la gaine 30) tout en remplissant le logement
avec un matériau abradable 50 sous forme pulvérulente. Le fait que le
matériau abradable 50 soit sous la forme d'un ensemble de particules
disjointes permet ce remplissage.
Le matériau abradable 50 est constitué d'un ensemble de particules.
15 Par particule
on entend un élément de petite taille qui peut, notamment,
avoir une forme de grain, sensiblement sphérique, ou une forme plus
allongée à une dimension (de type fibre) ou deux dimensions (de type
plaquette). Ces particules sont en totalité ou en majorité en un matériau
frittable, c'est-à-dire qui est apte à diffuser d'une particule à une
particule
20 adjacente lorsque les particules sont compactées à température élevée, de
telle sorte que des liens se créent entre les particules: le matériau est
alors
fritté. Lors du frittage, il ne se produit pas nécessairement de fusion du
matériau constituant les particules. Dans un matériau fritté, il peut donc
subsister des porosités. Si le matériau est compacté à des températures
encore plus élevées, il se produit une déformation des particules suivie de
leur soudage par diffusion et, ainsi, une disparition progressive des
porosités
vides.
Le matériau abradable 50, sous sa forme pulvérulente, peut être
constitué d'une poudre de base 51. Il peut s'agir d'une poudre unique ou
d'un mélange de poudres. Après co-laminage, cette poudre de base 51
constitue la matrice du revêtement abradable 55.
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Dans cet exemple, le matériau abradable 50 est, par exemple, un
mélange à base de poudres métalliques comme des poudres en alliage
spécial à base de Ni ou à base de Fe. Le matériau abradable est choisi en
fonction des propriétés demandées, thermiques en particulier.
Selon un autre exemple de réalisation représenté sur la FIG. 6, en plus
de la poudre de base 51, le matériau abradable 50 est constitué de particules
secondaires 52 mélangées à la poudre de base, qui facilitent la
fragmentation du revêtement abradable 55 en fonctionnement. Ces
particules secondaires 52 peuvent être des particules organiques, minérales,
métalliques, intermétalliques, etc., dont l'interaction chimique avec la base
du matériau abradable est faible. Par exemple, comme particules secondaires
52, on peut utiliser des oxydes, des particules à base de carbone comme par
exemple des poudres de carbone pur, des fibres de carbone ou des carbures
(SiC, TIC, WC, etc.), des particules à base de bore comme par exemple des
borures ou des borates (Ti132, SiB2, phases de laves, etc.), des nitrures, des
micro-billes de résine organique à point de vaporisation légèrement
inférieure à la température de laminage. Ces particules secondaires 52
facilitent le décrochage de morceaux de revêtement abradable 55 au
passage de la pièce mobile 60 avec qui la pièce 1 interagit. Les particules
secondaires 52 peuvent avoir deux modes d'action. Soit ces particules 52
résistent au co-laminage et subsistent sous forme solide dans la matrice du
revêtement abradable 55, créant ainsi des irrégularités qui fragilisent la
structure de la matrice. A cette fin, il est possible d'utiliser des
particules
minérales, métalliques ou intermétalliques et, par exemple, des oxydes, des
particules à base de carbone, des particules à base de bore, des nitrures.
Soit ces particules secondaires 52 sont creuses et/ou se décomposent en
libérant un gaz lors du co-laminage, créant ainsi des porosités qui
fragilisent
la structure de la matrice. A cette fin, il est possible d'utiliser des micro-
billes
métalliques et/ou en résine organique, ayant un point de vaporisation
légèrement inférieur à la température de laminage. Ces micro-billes peuvent,
par exemple, être des billes en résine creuses ou des billes métalliques
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creuses, avec du vide ou du gaz à l'intérieur, ou des billes métalliques
creuses avec de la résine à l'intérieur.
Les particules secondaires 52 peuvent également être "usantes", c'est-
à-dire être choisies pour leurs propriétés de résistance à l'usure. Ces
particules permettent alors, en fonctionnement, de polir légèrement les
pièces mobiles. A cette fin, il est possible d'utiliser des particules
minérales,
métalliques ou intermétalliques et, par exemple, des oxydes, des particules à
base de carbone (e.g. poudre de carbone, fibres de carbone, carbures), des
particules à base de bore (e.g. borures ou borates), des nitrures.
Selon un autre exemple de réalisation représenté sur la FIG. 7, le
matériau abradable (sous forme pulvérulente) est déposé en plusieurs
couches 56, 57, ces couches étant de natures différentes. Par deux couches
de natures différentes, on entend deux couches constituées de matériaux
différents, ou une couche constituée d'un mélange de matériaux et une autre
couche constituée d'un mélange des mêmes matériaux mais dans des
proportions différentes.
En d'autres termes, le logement 20 est rempli par un empilement de
couches 56, 57, chaque couche ayant une composition spécifique. La
composition de chaque couche va dépendre des fonctions souhaitées pour
cette couche. Dans l'exemple de la FIG. 7, le première couche 56, qui est la
plus proche de la paroi de fond 21 du logement 20, est, par exemple,
constituée d'un alliage à capacité élevée de soudure par diffusion et à forte
ténacité au contact du substrat, de manière à accommoder au maximum les
contraintes à l'interface avec le substrat. Par ailleurs, la seconde couche
57,
qui est destinée à entrer au contact de la pièce mobile 60, est, par exemple,
constituée d'un alliage à forte teneur en réfractaire, et éventuellement de
particules secondaires, de manière à favoriser l'adaptabilité et la stabilité
thermique de la surface au cours du temps. Par exemple, si le matériau du
carter est un acier d'appellation EN X12CrNiMoV12, le fait de déposer une
première couche 56 de poudre à base de Fe permet d'obtenir un meilleur
soudage par diffusion des particules de poudre sur le substrat. Ce soudage
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améliore la tenue de l'abradable. De plus, le fait d'ajouter une couche finale
57 à base de poudres de Ni apporte à la surface du revêtement abradable
une meilleure tenue à chaud.
Bien entendu, plus de deux couches pourraient être déposées. Pour
déposer successivement des couches de compositions différentes, plusieurs
méthodes sont possibles. Par exemple, une première méthode consiste à
modifier le mélange de particules déposées au fur et à mesure du
remplissage du logement (le remplissage peut être optimisé avec le nombre
d'orifices de remplissage) avant de faire le vide. Une deuxième méthode
consiste à remplir les sous couches une à une en déposant une feuille
intercalaire (e.g. une feuille métallique) entre deux sous-couches, et à
terminer par le dépôt de la gaine 30 avant de faire le vide. Une troisième
méthode consiste à projeter à froid ou à chaud le matériau abradable 50,
dans le logement 20 via l'ouverture 25, pour avoir une cohésion mécanique
par couche successive avant de souder la gaine 30 et de faire le vide.
Une fois le logement 20 entièrement rempli de matériau abradable 50,
on obture l'orifice de vide 31 et l'orifice de remplissage 32, de telle sorte
que
le logement 20 est fermé de façon étanche. La FIG 3 illustre cette étape.
Le volume défini par la paroi du logement 20 et la gaine 30, appelé
volume initial, est strictement supérieur au volume du logement 20, le
volume du logement 20 étant défini par la paroi du logement 20 et un plan
qui se situe dans le prolongement de la surface 15 sur laquelle débouche
l'ouverture 25.
Ensuite, on co-lamine à chaud l'ébauche 10 et le matériau abradable 50
de manière à fritter et à compacter le matériau abradable et à le faire
adhérer à l'ébauche, pour obtenir un revêtement abradable 55. Le co-
laminage permet d'appliquer une pression P supérieure à la pression
atmosphérique sur la face extérieure de la gaine 30. Ainsi la gaine 30 se
déforme sous l'effet d'une contrainte (unidirectionnelle et normale à sa
surface 15 dans l'exemple). Cette contrainte soumet le matériau abradable
50 à une compression dans le logement 20 (le matériau abradable 50 étant
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également contraint par les parois du logement 20), le matériau abradable
50 étant également soumis à une température T, généralement supérieure à
150 C, de sorte qu'il se produit un frittage entre les particules du matériau
abradable 50 et une compaction de ce matériau dans le logement 20. La
figure 4 illustre cette étape.
Pour réaliser le co-laminage à chaud, on peut utiliser une technique de
laminage circulaire à chaud ou analogue. Un exemple de technique de
laminage circulaire à chaud est décrit dans la publication intitulée "A
sunnmary of ring rolling technology. I - Recent trends in machines, processes
and production lines" bit. Mach. Tools 14 Manufact. vol. 32, n[deg.] 3, 1992,
pages 379-398, faite par les auteurs Eruç E. et Shivpuri R. En particulier, on
peut utiliser deux mandrins rotatifs qui compriment l'ébauche 10 et le
matériau abradable 50, un de ces mandrins suivant la surface de l'ébauche
au niveau de laquelle se trouve l'ouverture 25 du logement 20 de manière à
exercer une pression sur le matériau abradable 50 via l'ouverture 25. Dans
l'exemple de la FIG 4 , deux mandrins rotatifs (à axes verticaux sur la figure
4) 71, 72 compriment l'ébauche 10 et le revêtement 50 et réduisent
l'épaisseur de l'ébauche 10 en faisant augmenter son diamètre. Un des
mandrins 72 est au contact de la surface 15 et de la gaine 30 et exerce une
pression P sur celle-ci. Deux cônes (non représentés et à axes horizontaux
sur la figure) peuvent être utilisés pour limiter l'augmentation de la hauteur
de l'ébauche 10 susceptible de résulter de l'action des mandrins 71, 72. On
peut procéder ensuite à un traitement thermique de revenu. Ainsi, on obtient
une pièce de révolution circulaire avec un revêtement abradable 55.
Le co-laminage est réalisé à chaud à une température T supérieure à la
température à laquelle toutes les porosités du matériau abradable 50 sont
résorbées. Typiquement, cette température T est comprise entre 700 C et
1300 C. Le frittage et le compactage du matériau abradable 50, et donc sa
densification, commencent lors du chauffage pendant laquelle l'ébauche est
maintenue à la température T durant un temps de maintien, et ce sans
pression. Le compactage se termine pendant l'étape de co-laminage
15
proprement dite. Lors du co-laminage, la pression P exercée par le rouleau 72
sur le matériau abradable 50, via l'ouverture 25, est fonction de la propre
contrainte d'écoulement du matériau abradable à la température de laminage.
La contrainte d'écoulement du matériau abradable est nettement inférieure à
celle du substrat, ce qui permet donc une meilleure déformation de la couche
de matériau abradable.
Dans cet exemple, il ne subsiste pas ou peu de porosités au sein du
revêtement abradable 55 après co-laminage. En conséquence, la résilience du
revêtement abradable 55 est améliorée.
En outre, dans le logement 20, l'adhérence des particules de matériau
abradable 50 avec la surface de la paroi du logement 20 est améliorée. Le
risque de décollement ultérieur du revêtement abradable 55, en
fonctionnement, s'en trouve diminué.
Après le co-laminage, le matériau abradable 50 est fritté et compacté et
occupe un volume (appelé volume final) qui est inférieur au volume initial, du
fait de la compaction et du frittage qui s'est opéré entre les particules du
matériau.
On abaisse ensuite la température et la pression jusqu'à la température
ambiante et la pression ambiante respectivement. On usine ensuite l'ensemble
pour retirer la gaine 30 et donner à la pièce 1 sa forme finale, comme
représenté sur la FIG 5.
Dans l'exemple, on usine la surface 15 de l'ébauche (notamment au
niveau des lèvres 23) et les bords latéraux du revêtement abradable 55 de
manière à obtenir une bande de revêtement abradable 55, légèrement en
saillie par rapport au reste de la surface libre 15 de la pièce 10. La pièce
mobile
60 vient frotter contre cette bande de revêtement abradable 55 en
fonctionnement, jusqu'à ce que le jeu entre le revêtement 55 et la pièce 60
(représentée en pointillés) soit optimisé, comme représenté sur la FIG 5.
Selon un autre exemple de réalisation représenté sur la FIG 8, l'ébauche
10 est formée par co-laminage à chaud d'au moins deux sous-parties 11, 12.
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CA 02886926 2015-03-30
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Par exemple, dans le cas d'un carter de turbomachine, la première
partie 11 peut être en alliage de titane et la deuxième partie 12 en acier ou
en alliage de base nickel. Ces deux parties 11, 12 peuvent être séparées par
un film intermédiaire anti-diffusion 13. La première partie 11, qui constitue
la
structure porteuse en alliage de titane, est protégée des risques de feu de
titane par la deuxième partie 12. Le logement 20 recevant le revêtement
abradable 55 est ménagé dans cette deuxième partie 12.
Pour fabriquer l'ébauche 10, les parties 11, 12, 13 sont co-laminées et,
avantageusement, elles sont co-laminées en même temps que la partie 12 et
le revêtement abradable 55, en une seule et même opération.
On réduit ainsi le temps de fabrication et on mutualise les équipements.
En final, un traitement thermique de qualité peut être appliqué à la
pièce 1.
Les modes ou exemples de réalisation décrits dans le présent exposé
sont donnés à titre illustratif et non limitatif, une personne du métier
pouvant
facilement, au vu de cet exposé, modifier ces modes ou exemples de
réalisation, ou en envisager d'autres, tout en restant dans la portée de
l'invention.
De plus, les différentes caractéristiques de ces modes ou exemples de
réalisation peuvent être utilisées seules ou être combinées entre elles.
Lorsqu'elles sont combinées, ces caractéristiques peuvent l'être comme décrit
ci-dessus ou différemment, l'invention ne se limitant pas aux combinaisons
spécifiques décrites dans le présent exposé. En particulier, sauf précision
contraire, une caractéristique décrite en relation avec un mode ou exemple
de réalisation peut être appliquée de manière analogue à un autre mode ou
exemple de réalisation.
