5 10 15 20 25 30 CA 03076225 2020-03-18 WO 2019/058068 PCT/FR2018/052314 1 PIECE DE TURBINE EN SUPERALLIAGE COMPRENANT DU RHENIUM ET/OU DU RUTHENIUM ET PROCEDE DE FABRICATION ASSOCIE DOMAINE DE L’INVENTION L’invention concerne une piece de turbine, telle qu’une aube de turbine ou une ailette de distributeur par exemple, utilisee dans I’aeronautique. ETAT DE LA TECHNIQUE Dans un turboreacteur, les gaz d’echappement generes par la chambre de combustion peuvent atteindre des temperatures elevees, superieure a 1200°C, voire 1600°C. Les pieces du turboreacteur, en contact avec ces gaz d’echappement, telles que les aubes de turbine par exemple, doivent ainsi etre capables de conserver leurs proprietes mecaniques a ces temperatures elevees. A cet effet, il est connu de fabriquer certaines pieces du turboreacteur en « superalliage ». Les superalliages constituent une famille d’alliages metalliques a haute resistance pouvant travailler a des temperatures relativement proches de leurs points de fusion (typiquement 0,7 a 0,8 fois leurs temperatures de fusion). Afin de renforcer la resistance thermique de ces superalliages et de les proteger contre I’oxydation et la corrosion, il est connu de les recouvrir d’un revetement jouant un role de barriere thermique. La figure 1 illustre schematiquement une section d’une piece de turbine 1, par exemple une aube 6 de turbine ou une ailette de distributeur. La piece 1 comprend un substrat 2 en superalliage metallique monocristallin recouvert d’une barriere thermique 10. La barriere thermique comprend typiquement une sous-couche metallique, une couche protectrice et une couche thermiquement isolante. La sous-couche metallique recouvre le substrat en superalliage metallique. La sous-couche metallique est elle-meme recouverte de la couche5 10 15 20 25 30 CA 03076225 2020-03-18 WO 2019/058068 PCT/FR2018/052314 2 protectrice, formee par oxydation de la sous-couche metallique. La couche protectrice permet de proteger le substrat en superalliage de la corrosion et/ou de I’oxydation. La couche thermiquement isolante recouvre la couche protectrice. La couche thermiquement isolante peut etre en ceramique, par exemple en zircone yttriee. La sous-couche peut etre fabriquee a base d’aluminure de nickel simple B-NiAL ou modifie platine B-NiAlPt. La fraction atomique moyenne en aluminium (comprise entre 0,35 et 0,45) de la sous-couche est suffisante pour former exclusivement une couche protectrice d’oxyde d’aluminium (AI2O3) permettant de proteger le substrat en superalliage contre I’oxydation et la corrosion. Toutefois, lorsque la piece est soumise a de hautes temperatures, la difference des concentrations en nickel, et surtout en aluminium, entre le substrat en superalliage et la sous-couche metallique entrame une diffusion des differents elements, en particulier du nickel compris dans le substrat vers la sous-couche metallique, et de I’aluminium compris dans la sous-couche metallique vers le superalliage. Ce phenomene est appele « inter-diffusion >>. L’inter-diffusion peut entrainer la formation de zones de reaction primaires et secondaires (appelees « SRZ >> ou Secondary Reaction Zone en anglais) dans une partie du substrat en contact avec la sous-couche. La figure 2 est une microphotographie de la section d’une souscouche 3a recouvrant un substrat 2. La microphotographie est realisee avant que la piece ne soit soumise a une serie de cycles thermiques permettant de simuler les conditions en temperature de la piece 1 lors de son utilisation. Le substrat 2 est riche en rhenium, c’est-a-dire que la fraction massique moyenne en rhenium est superieure ou egale a 0,04. Il est connu d’utiliser le rhenium dans la composition des superalliages pour augmenter la resistance au fluage des pieces en superalliage. Typiquement, le substrat 2 presente une phase y-Ni. La sous-couche 3a est de type 8- NiAlPt. Le substrat presente une zone d’inter-diffusion primaire 5, dans la5 10 15 20 25 CA 03076225 2020-03-18 WO 2019/058068 PCT/FR2018/052314 3 partie du substrat directement recouverte par la sous-couche 3a. Le substrat 2 presente egalement une zone d’inter-diffusion secondaire 6, directement recouverte par la zone d’inter-diffusion primaire 5. L’epaisseur de la zone d’inter-diffusion secondaire 6 illustree sur la figure 2 est sensiblement de 35 pm. La figure 3 est une microphotographie de la section de la souscouche 3a recouvrant le substrat 2. La microphotographie presente la souscouche 3a et le substrat 2 apres les avoir soumis a la serie de cycles thermiques decrite precedemment. La sous-couche 3a recouvre le substrat 2. Le substrat 2 presente une zone d’inter-diffusion primaire 5 et une zone d’inter-diffusion secondaire 6. Localement, l’epaisseur de la zone d’inter¬ diffusion secondaire 6 peut atteindre 150 pm, comme represente par le segment blanc dans la figure 3. Les phenomenes d’inter-diffusion entrapment un appauvrissement premature de la sous-couche en aluminium, ce qui favorise des transformations de phases dans la sous-couche (B-NiAl -> y’-NisAl, transformation martensitique). Ces transformations modifient la structure allotropique de la sous-couche 3a et y generent des fissures 8, favorisant I’ecaillage (ou rumpling en anglais) de la couche protectrice d’oxyde d’aluminium. Ainsi, les inter-diffusions entre le substrat en superalliage et la souscouche peuvent avoir des consequences nefastes sur la duree de vie de la piece en superalliage. RESUME DE L’INVENTION Un but de I’invention est de proposer une solution pour proteger efficacement une piece de turbine en superalliage de I’oxydation et de la corrosion, tout en augmentant sa duree de vie, lors de son utilisation, par rapport aux pieces connues.5 10 15 20 25 30 CA 03076225 2020-03-18 WO 2019/058068 PCT/FR2018/052314 4 Un autre but de I’invention est de proposer une solution pour eviter ou limiter la formation de zones de reaction secondaires dans le substrat et I’ecaillage de la couche protectrice en oxyde d’aluminium. Ce but est atteint dans le cadre de la presente invention grace a une piece de turbine comprenant un substrat en superalliage base nickel monocristallin, comprenant du rhenium et/ou du ruthenium, et presentant une phase y’-NisAl majoritaire en volume et une phase y-Ni, et une souscouche en superalliage metallique base nickel recouvrant le substrat, caracterisee en ce que la sous-couche presente une phase y’-NisAl majoritaire en volume et en ce que la sous-couche presente une fraction atomique moyenne en aluminium comprise entre 0,15 et 0,25, en chrome comprise entre 0,03 et 0,08, en platine comprise entre 0,01 et 0,05, en hafnium inferieure a 0,01 et en silicium inferieure a 0,01. Comme la sous-couche metallique presente une structure allotropique proche de la structure du substrat, la formation de zones de reaction secondaires est empechee et/ou limitee. De plus, comme la composition de la sous-couche metallique correspond a la composition d’une sous-couche en condition de travail a un temps suivant une transition martensitique, la structure allotropique de la sous-couche limite ou empeche la formation de zones de reaction secondaires tout en presentant une composition chimique adaptee pour augmenter le temps, en condition de travail, pendant lequel la sous-couche protectrice peut etre formee. La piece de turbine peut en outre presenter les caracteristiques suivantes : - la sous-couche presente une phase y’- NisAl superieure a 95% en volume ; - la sous-couche presente une phase y’-NisAl et une phase B-NiAlPt ; - la sous-couche presente une phase y’-NisAl et une phase y-Ni ; - la fraction massique de rhenium du substrat est superieure ou egale a 0,04 ;5 10 15 20 25 30 CA 03076225 2020-03-18 WO 2019/058068 PCT/FR2018/052314 5 - la sous-couche comprend en outre au moins un element choisi parmi du cobalt, du molybdene, du tungstene, du titane, du tantale ; - une couche protectrice en oxyde d’aluminium recouvre la sous couche ; - une couche thermiquement isolante en ceramique recouvre la couche protectrice ; - I’epaisseur de la sous-couche est comprise entre 5 pm et 50 pm. L’invention concerne en outre une aube de turbine caracterisee en ce qu’elle comprend une piece telle que definie precedemment. L’invention concerne en outre une turbomachine caracterisee en ce qu’elle comprend une turbine comprenant une aube de turbine telle que definie precedemment. L’invention concerne en outre un procede de fabrication d’une piece de turbine comprenant une etape de depot sous vide d’une souscouche d’un superalliage base nickel presentant majoritairement en volume une phase y’-NisAl, sur un substrat en superalliage base nickel comprenant du rhenium et/ou du ruthenium, la sous-couche presentant une fraction atomique moyenne : - en aluminium comprise entre 0,15 et 0,25 ; - en chrome comprise entre 0,03 et 0,08 ; - en platine comprise entre 0,01 et 0,05 ; - en hafnium inferieure a 0,01 et - en silicium inferieure a 0,01. Le depot peut etre mis en oeuvre par une methode choisie parmi un depot physique en phase vapeur, une projection thermique, une evaporation joule, une ablation laser pulsee et une pulverisation cathodique. La sous-couche peut etre deposee en co-pulverisant et/ou en coevaporant des cibles en metal. PRESENTATION DES DESSINS5 10 15 20 25 30 CA 03076225 2020-03-18 WO 2019/058068 PCT/FR2018/052314 6 D’autres caracteristiques et avantages ressortiront encore de la description qui suit, laquelle est purement illustrative et non limitative, et doit etre lue en regard des figures annexees, parmi lesquelles : - la figure 1 illustre schematiquement la section d’une piece de turbine, par exemple une aube de turbine ou une ailette de distributeur ; - la figure 2 est une microphotographie de la section d’une souscouche recouvrant le substrat ; - la figure 3 est une microphotographie de la section d’une souscouche recouvrant le substrat ; - la figure 4 illustre schematiquement la section d’une barriere thermique recouvrant le substrat d’une piece de turbine selon un mode de realisation de I’invention ; - la figure 5 est une microphotographie de la section d’une souscouche recouvrant un substrat apres un traitement thermique ; - la figure 6 est une microphotographie de la section d’une souscouche recouvrant le substrat apres un traitement thermique. DEFINITIONS On designe par le terme « superalliage >> un alliage complexe presentant, a haute temperature et a haute pression, une tres bonne resistance a I'oxydation, a la corrosion, au fluage et a des contraintes cycliques (notamment mecaniques ou thermiques). Les superalliages trouvent une application particuliere dans la fabrication de pieces utilisees dans l’aeronautique, par exemple des aubes de turbine ou de turbomachine, car ils constituent une famille d’alliages a haute resistance pouvant travailler a des temperatures relativement proches de leurs points de fusion (typiquement 0,7 a 0,8 fois leurs temperatures de fusion). Un superalliage peut presenter une microstructure biphasique comprenant une premiere phase (appelee « phase y ») formant une matrice, et une deuxieme phase (appelee « phase y’ ”) formant des precipites durcissant dans la matrice.5 10 15 20 25 CA 03076225 2020-03-18 WO 2019/058068 PCT/FR2018/052314 7 La « base » du superalliage designe le composant metallique principal de la matrice. Dans la majorite des cas, les superalliages comprennent une base fer, cobalt, ou nickel, mais egalement parfois une base titane ou aluminium. Les « superalliages base nickel » presentent I’avantage d’offrir un bon compromis entre resistance a I’oxydation, resistance a la rupture a haute temperature et poids, ce qui justifie leur emploi dans les parties les plus chaudes des turboreacteurs. Les superalliages base nickel sont constitues d’une phase y (ou matrice) de type austenitique cubique a face centree y-Ni, contenant eventuellement des additifs en solution solide de substitution a (Co, Cr, W, Mo), et d’une phase y’ (ou precipites) de type y’-NisX, avec X = Al, Ti ou Ta. La phase y’ possede une structure L12 ordonnee, derivee de la structure cubique a face centree, coherente avec la matrice, c’est-a-dire ayant une maille atomique tres proche de celle-ci. De par son caractere ordonne, la phase y’ presente la propriete remarquable d’avoir une resistance mecanique qui augmente avec la temperature jusqu’a 800°C environ. La coherence entre les phases y et y’ confere une tenue mecanique a chaud tres elevee des superalliages a base nickel, qui depend elle-meme du ratio y/y’ et de la taille des precipites durcissants. Un superalliage est, dans I’ensemble des modes de realisation de I’invention, riche en rhenium et/ou en ruthenium, c’est-a-dire que la fraction atomique moyenne en rhenium et/ou en ruthenium du superalliage est superieure ou egale a 0,04. La presence de rhenium permet d’augmenter la resistance au fluage des pieces en superalliage comparativement aux pieces en superalliage sans rhenium sans ruthenium. De plus, la presence de ruthenium permet d’ameliorer la repartition d’elements chimiques refractaires dans les phases y et y’.5 10 15 20 25 30 CA 03076225 2020-03-18 WO 2019/058068 PCT/FR2018/052314 8 Les superalliages base nickel presentent ainsi generalement une forte resistance mecanique jusqu’a 700°C, puis une resistance mecanique qui diminue fortement au-dela de 800°C. Les termes « fraction atomique >> designent la concentration. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION La figure 4 illustre schematiquement une section de barriere thermique 10 recouvrant le substrat 2 d’une piece 1 de turbine. Les elements illustres en figure 4 peuvent etre independamment representatifs des elements d’une aube 6 de turbine, d’une ailette de distributeur, ou de tout autre element, partie ou piece d’une turbine. Le substrat 2 est forme en superalliage a base nickel comprenant du rhenium et/ou du ruthenium. La fraction massique moyenne du substrat 2 en rhenium et/ou en ruthenium est superieure ou egale a 0,04 et preferentiellement comprise entre 0,045 et 0,055. La barriere thermique comprend une sous-couche metallique 3b, une couche protectrice 4 et une couche thermiquement isolante 9. Le substrat 2 est reconvert par la sous-couche 3b metallique. La couche metallique 3b est recouverte par la couche protectrice 4. La couche protectrice 4 est recouverte par la couche thermiquement isolante 9. La composition de la sous-couche 3b metallique deposee presente une fraction atomique moyenne en aluminium comprise entre 0,15 et 0,25, preferentiellement entre 0,19 et 0,23, en chrome comprise entre 0,03 et 0,08, preferentiellement entre 0,03 et 0,06, en platine comprise entre 0,01 et 0,05, en hafnium inferieure a 0,01, preferentiellement inferieure a 0,008, et en silicium inferieure a 0,01, preferentiellement inferieure a 0,008. La composition preferentielle est decrite dans le tableau 1 cidessous, la fraction atomique moyenne etant donnee en pourcentage.CA 03076225 2020-03-18 WO 2019/058068 PCT/FR2018/052314 9 Ni (% At) Al (% At) Cr (% At) Pt (% At) Hf (% At) Si (% At) base 19-23 3-6 1-5 0-0,8 0-0,8 Tableau 1 La sous-couche 3b metallique presente une phase y’-NisAl 12 5 majoritaire en volume. Ainsi, la structure allotropique de la sous-couche 3b est proche de la structure du substrat 2, permettant d’empecher la formation de zones de reaction secondaires pendant I’utilisation de la piece 1 de turbine a des temperature superieure a 900°C, et preferentiellement superieure a 1100°C. Avantageusement, la phase y’-NisAl est superieure a 10 95% en volume dans la sous-couche metallique. Hormis la phase y’-NisAl, la sous-couche 3b metallique peut presenter une phase B-NiAlPt ou une phase y-Ni. La composition chimique et la structure allotropique de la souscouche 3b ont ete determinees en analysant la composition chimique et la 15 structure d’une sous-couche 3b, initialement de type B-NiAlPt, directement apres une phase de transformation martensitique lors d’un traitement de la sous-couche 3b simulant les conditions thermiques d’utilisation de la piece 1. La figure 5 est une microphotographie de la section d’une sous- 20 couche 3a, differente d’une sous-couche de I’invention, recouvrant un substrat apres un traitement thermique. Le substrat recouvert par la souscouche 3a est un substrat en superalliage base nickel de type AM1, ne comprenant ni rhenium ni ruthenium. La piece comprenant la sous-couche 3a a ete traite par une serie de 250 cycles thermiques, chaque cycle 25 correspondant a un traitement thermique de la piece comprenant la souscouche 3a a une temperature de 1100°C pendant 60 min. La sous-couche 3a presente majoritairement en volume une phase 11 B-NiAlPt et minoritairement en volume une phase 12 y’-NisAl. La sous-couche 3a est recouverte d’une couche protectrice 4. L’interface entre la sous-couche 3a 30 et la couche protectrice 4 est tres irreguliere : elle presente une rugosite5 10 15 20 25 30 CA 03076225 2020-03-18 WO 2019/058068 PCT/FR2018/052314 10 suffisamment elevee pour entrainer I’ecaillage (ou rumpling) de la couche protectrice 4 lors de I’utilisation de la piece. Cette rugosite est entramee pendant le traitement thermique par des transformations martensitiques des phases 11 B-NiAlPt dans la sous-couche 3a. La figure 6 est une microphotographie de la section d’une souscouche 3b, conforme a un mode de realisation de I’invention, recouvrant un substrat 2 en superalliage base nickel monocristallin comprenant du rhenium et/ou du ruthenium, apres un traitement thermique. La piece comprenant la sous-couche 3b a ete traite par une serie de 500 cycles thermiques, chaque cycle correspondant a un traitement thermique de la piece 1 comprenant la sous-couche 3b a une temperature de 1100°C pendant 60 min. La sous-couche 3b presente majoritairement en volume une phase 12 y’-NisAl et minoritairement en volume une phase 11 B-NiAlPt. La sous-couche 3a est recouverte d’une couche protectrice 4. L’interface entre la sous-couche 3b et la couche protectrice 4 presente une rugosite moins elevee que la rugosite entre la sous-couche 3a et la couche protectrice 4 illustree sur la figure 5, malgre un traitement thermique du systeme comprenant la sous-couche 3b plus long que le traitement thermique decrit en reference a la figure 5. Cette difference de rugosite est associee a une transformation martensitique des phases 11 B-NiAlPt de la sous-couche 3b plus rapide que celle des phases 11 B-NiAlPt de la souscouche 3a. De plus, la sous-couche 3b illustree dans la figure 6 presente majoritairement en volume une phase 12 y’-NiaAl et minoritairement en volume une phase 11 B-NiAlPt. La structure allotropique et la composition chimique de la souscouche 3b, apres 500 cycles thermiques ont ete analysees et selectionnees. Cette structure et cette composition correspondent a la structure et aux compositions decrites precedemment, notamment dans le tableau 1. Ainsi, de par une phase 12 y’-NisAl majoritaire en volume et de par la composition decrite dans le tableau 1, la sous-couche 3b n’est peu ou pas sujette aux transformations martensitiques entramant le phenomene de5 10 15 20 25 CA 03076225 2020-03-18 WO 2019/058068 PCT/FR2018/052314 11 rumpling, tout en presentant une composition permettant d’augmenter le temps, en condition de travail, pendant lequel la sous-couche 4 protectrice peut etre formee. La sous-couche 3b peut etre deposee sous vide, par exemple par en phase vapeur (procede de PVD, acronyme du terme anglais Physical Vapor Deposition). Differentes methodes de PVD peuvent etre utilisees pour la fabrication de la sous-couche 3b, telles que la pulverisation cathodique, I’evaporation joule, I’ablation laser et le depot physique en phase vapeur assiste par faisceau d’electrons. La sous-couche 3b peut egalement etre deposee par projection thermique. Ainsi, la sous-couche 3b peut etre deposee sur le substrat 2 en presentant, avant tout traitement thermique, une composition chimique et une structure allotropique adaptee pour eviter le phenomene de rumpling. Ces methodes de depot permettent egalement une simplification de la formation de la sous-couche 3b sur le substrat 2 ainsi qu’un meilleur controle de la composition chimique de la sous-couche 3b. Enfin, ces methodes de depot permettent de controler precisement I’epaisseur de la sous-couche 3b, contrairement aux methodes de formation de sous-couche metallique par diffusion d’element chimique. Avantageusement, I’epaisseur de la sous-couche 3b est comprise entre 5 pm est 50 pm. Plusieurs cibles de materiaux metalliques differents peuvent etre utilisees en parallele, de maniere simultanee, lors du depot d’une souscouche 3b. Ce type de depot peut etre realise par co-evaporation ou par co-pulverisation : la vitesse, respectivement d’evaporation, ou de pulverisation imposee a chaque cible lors du depot de la sous-couche 3b determine alors la stoechiometrie de ladite couche.