EP0825275B1 - Procédé de réalisation d'un apport sur une pièce en superalliage base de nickel ou de cobalt - Google Patents

Procédé de réalisation d'un apport sur une pièce en superalliage base de nickel ou de cobalt Download PDF

Info

Publication number
EP0825275B1
EP0825275B1 EP97401953A EP97401953A EP0825275B1 EP 0825275 B1 EP0825275 B1 EP 0825275B1 EP 97401953 A EP97401953 A EP 97401953A EP 97401953 A EP97401953 A EP 97401953A EP 0825275 B1 EP0825275 B1 EP 0825275B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
base
article
layer
nickel
cobalt
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP97401953A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP0825275A1 (fr
Inventor
Marie-Caroline Dumez
Jean-Pierre Huchin
Rose Marie Marin-Ayral
Didier Perraud
Jean-Claude Tedenac
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Safran Aircraft Engines SAS
Original Assignee
SNECMA Services SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SNECMA Services SA filed Critical SNECMA Services SA
Publication of EP0825275A1 publication Critical patent/EP0825275A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP0825275B1 publication Critical patent/EP0825275B1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F7/00—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression
    • B22F7/06—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite workpieces or articles from parts, e.g. to form tipped tools
    • B22F7/062—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite workpieces or articles from parts, e.g. to form tipped tools involving the connection or repairing of preformed parts
    • B22F7/064—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite workpieces or articles from parts, e.g. to form tipped tools involving the connection or repairing of preformed parts using an intermediate powder layer
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C10/00—Solid state diffusion of only metal elements or silicon into metallic material surfaces
    • C23C10/28—Solid state diffusion of only metal elements or silicon into metallic material surfaces using solids, e.g. powders, pastes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2999/00—Aspects linked to processes or compositions used in powder metallurgy

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a contribution on a part of a turbomachine.
  • FR-A-2 511 908 a process assembly by brazing-diffusion making it possible to report on a nickel or cobalt-based superalloy part a elementary part in the form of a pre-sintered blank formed from a mixture of two powders, one of which, called powder input, is present between 5 and 25% by weight of the mixture and has a nickel, chromium and boron or nickel, cobalt base, silicon and boron.
  • a method of repairing surface defects of parts in superalloy has a plasma flame projection of two successive layers of different compositions, then one heat treatment during which only the first layer is melted and then the surface layer is removed.
  • GB.507,341 A describes a process for producing a layer of a compound intermetallic to the surface of a metal substrate by submitting a plunged part in a powder bed to a diffusion treatment.
  • FR-A-2 511 908 require the use of a homogeneous mixture of powders to prepare a self-brazing sintered material which can be used to produce a contribution by brazing on a localized area of superalloy part.
  • the maximum temperature of use of the superalloy part must remain significantly lower than the brazing temperature.
  • US-4,778,649 describes for example a process for manufacturing a composite material comprising in particular a layer of copper alloy covered with a layer of mixture of Ti + B + Cu powders in which a reaction of synthesis of TiB 2 by combustion self-propagating is triggered by compression and heating. There is thus obtained on a copper substrate, a TiB 2 surface layer and an intermediate layer of a TiB 2 + Cu mixture.
  • Zr or Al as well as other borides or carbides can be used.
  • One of the objects of the invention is to obtain a recharging or a coating of turbomachine parts composed of a nickel-based or cobalt-based superalloy having either a polycrystalline structure, or a structure obtained by directed solidification, i.e. a structure monocrystalline.
  • the installation used for the implementation of the production of a contribution on a superalloy part of turbomachine according to the invention consists of a high pressure supplied with neutral gas by a system of compression and also forming an oven fitted with a heating and temperature measurement.
  • the compressor used is consisting of three compression stages connected in series in which the gas is successively compressed. Pressure final gas reached is 1.5GPa and a pressure gauge controls the value of the gas pressure.
  • the high pressure chamber used includes the fittings suitable for conditions of use at high pressures and high temperatures such as multiple walls inserted in a shield and comprising an envelope of water cooling and all necessary access, electrical connections, gas passage and fittings sealing correspondents. Vacuum equipment about 1Pa is also attached. A rotation of the chamber also allows use in positions horizontal, vertical or inclined.
  • the heating system consists of a heating element under shape of a graphite coil and two electrodes in graphite placed at each end forming an oven placed in said room.
  • the settings allow to ensure a gradient thermal of the order of 200 ° C on a part placed in the oven.
  • Thermocouples are added to allow temperature measurements.
  • Variant embodiments can be made to the installation.
  • Including energy supply equipment used to initiate the reaction can be added as than a tungsten wick, a graphite wick or a laser beam.
  • cleaning operations of the substrate 2 are carried out prior to the installation of the compact element 1 and may include, depending on the condition of the part, new or used, of the degreasing, sanding, chemical deoxidation and / or thermochemical.
  • the compact element 1 can also be obtained depending on the applications by techniques known per se of injection molding.
  • the next step (b) is to introduce the part constituting the substrate 2 carrying the compact element 1 in a hydrostatic neutral gas high pressure chamber a heating enclosure.
  • step (c) makes it possible to carry out a synthesis reaction on the compact element 1 so as to ensure its densification and the metallurgical link between said element 1 and the corresponding surface of the part constituting the substrate 2.
  • the diagram in Figure 2 shows the temperatures measured on the part and shows the ignition temperature of the auto-combustion reaction around 673 ° C.
  • the propagation of a combustion front through the material of compact element 1 upon initiation of the reaction obtained thanks to the temperature gradient of 200 ° C established between the two ends of said element 1 is very fast.
  • the reaction is complete and the propagation speed of the combustion front can be estimated at 20 mm / s.
  • the rate of propagation of the reaction is between 1 and 10cm per second depending on the operating conditions applied.
  • the filler material 1 has macroporosity with good adhesion over the entire length of the affected area of the room 2.
  • NiAl intermetallic material
  • Figures 6 and 7 show the evolution of the concentration of the elements Al, Ni, Co, Cr, Ti along the interphase between materials A and NiAl.
  • a reaction of diffusion between the two materials A and NiAl has produced, the thickness of the interphase reaching about 20 ⁇ m (see zones II and III of figure 4).
  • the interphase obtained is consisting of a continuous solid solution between materials A and NiAl. No intermediate intermetallic compound has been observed.
  • the introduction of chromium into the NiAl phase can justify the increase in hardness of the intermediate phase in zone III by effect of solid solution but the level of hardness confirms the absence of an intermetallic phase complex.
  • step (a) of the process according to the invention the compact element 1 is identical to the one that was used and previously described for example A and it is also obtained from the same way.
  • step (b) the part constituting the substrate 20 carry a sub-layer constituted by the element compact 11 and an outer layer formed by the element compact 1 is introduced into a high pressure chamber hydrostatic neutral gas forming a heating chamber.
  • the next step (c) again makes it possible to carry out a reaction synthesis on compact element 1 and we get a reloading by adding material to the affected area of the room.
  • the micrograph shown in Figure 9 shows the appearance of the material obtained comprising seven zones for which the concentration profiles of the most important elements determined along line 12 are also shown.
  • Zone I corresponds to the NiAl intermetallic material.
  • the homogeneous band of zone II corresponds to the diffusion aluminum and chromium in particular with also a variation of the titanium concentration.
  • zone III the concentrations of Al, Ni, Co and Mo are constant while the concentrations of Cr and Ti vary continuously.
  • Zone IV has a composition close to that of superalloy C with the presence of inclusions of light color corresponding to some variations for certain elements, molybdenum and chromium in particular.
  • Zone VI has a close average composition that of superalloy C with more aluminum and tungsten but less cobalt and silicon. This zone exhibits good homogeneity, the concentrations being all roughly constant.
  • zone VII the concentration of aluminum decreases, while chromium and molybdenum increase continuously.
  • the heat given off by the exothermic reaction of synthesis of the NiAl intermetallic compound is sufficient to affect the entire thickness of the compact sintered element 11 and cause the items to spread to the other side with appearance of an interface between superalloys C and B.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Description

La présente invention concerne un procédé de réalisation d'un apport sur une pièce de turbomachine.
Il est connu dans de nombreuses applications d'améliorer la durée de vie de pièces en appliquant un revêtement dans une zone localisée de manière à améliorer les propriétés de surface dans cette zone en fonction de sollicitations ou contacts spécifiques. Des exemples de techniques de traitement de surface de ce type sont décrits par FR-A-2 397 259 qui prévoit de déposer par soudure par fusion une couche d'alliage résistant aux fissurations à l'extrémité d'une aube puis une couche d'un alliage dur et/ou résistant à l'oxydo-corrosion. On connaít également par FR-A-2 511 908 un procédé d'assemblage par brasage-diffusion permettant de rapporter sur une pièce en superalliage à base de nickel ou de cobalt une pièce élémentaire sous forme d'ébauche pré-frittée constituée à partir d'un mélange de deux poudres dont l'une, dite poudre d'apport, est présente entre 5 et 25 % en poids du mélange et comporte une base nickel, chrome et bore ou nickel, cobalt, silicium et bore. Par ailleurs, selon US-A-4 705 203, un procédé de réparation de défauts de surface de pièces en superalliage comporte une projection à la flamme plasma de deux couches successives de compositions différentes, puis un traitement thermique au cours duquel seule la première couche est fondue et ensuite la couche superficielle est retirée.
On connaít par PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 4, N° 129 (C-024) DU 10 Septembre 1980 et JP.A-55 082 762 HITACHI du 21 Juin 1980 un procédé de revêtement d'un alliage à base de nickel ou de cobalt par formation d'un composé intermétallique obtenu par dépôt sous vide ou par pulvérisation par bombardement ionique suivi d'un traitement thermique.
GB.507 341 A décrit un procédé de réalisation d'une couche d'un composé intermétallique à la surface d'un substrat métallique en soumettant une pièce plongée dans un lit de poudre à un traitement de diffusion.
Les techniques de fabrication décrites par FR-A-2 511 908 imposent notamment d'utiliser un mélange homogène de poudres pour préparer un matériau fritté autobrasable utilisable pour réaliser un apport par brasage sur une zone localisée de pièce en superalliage. Dans ce cas, la température maximale d'utilisation de la pièce en superalliage doit rester sensiblement inférieure à la température de brasage. Des recherches ont également été menées pour la mise au point de procédés de synthèse de matériaux, soit métalliques, soit intermétalliques, soit céramiques par combustion auto-propagée. US-4 778 649 décrit par exemple un procédé de fabrication d'un matériau composite comprenant notamment une couche en alliage de cuivre recouverte d'une couche de mélange de poudres Ti+B+Cu dans laquelle une réaction de synthèse de TiB2 par combustion auto-propagée est déclenchée par compression et chauffage. On obtient ainsi sur un substrat en cuivre, une couche superficielle TiB2 et une couche intermédiaire d'un mélange TiB2 + Cu. Zr ou Al ainsi que d'autres borures ou carbures peuvent être utilisés.
Un des buts de l'invention est d'obtenir un rechargement ou un revêtement de pièces de turbomachine composées d'un superalliage à base de nickel ou à base de cobalt présentant soit une structure polycristalline, soit une structure obtenue par solidification dirigée, soit une structure monocristalline.
Le procédé de réalisation d'un apport sur une pièce en superalliage répondant à ces conditions sans encourir les inconvénients des solutions connues antérieures est caractérisé par les étapes successives suivantes.
  • (a) dépôt sur au moins une zone localisée de la pièce d'un élément d'apport pris dans le groupe, d'une part, des poudres réactives dans des proportions correspondant à la formation d'un matériau intermétallique et, d'autre part, des poudres de superalliage à base de nickel ou de cobalt ;
  • (b) mise en place de la pièce comportant le dépôt obtenue à l'étape (a) dans une chambre à haute pression alimentée en gaz neutre par un système de compression permettant d'assurer dans la chambre une pression hydrostatique de gaz neutre allant jusqu'à 1,5 GPa, ladite chambre formant également un four muni d'éléments chauffants permettant d'atteindre une température de 1200°C avec une vitesse de montée en température comprise entre 5°C/mn et 120°C/mn en assurant un gradient thermique de 200°C d'une extrémité à l'autre de la zone de pièce concernée, les températures étant contrôlées au moyen d'un système de mesure ;
  • (c) réalisation d'une réaction de synthèse par combustion auto-protégée sous haute pression hydrostatique de gaz sur ledit élément d'apport dans des conditions déterminées de température et de pression de manière à assurer la densification de l'apport et la liaison métallurgique entre ledit apport et la surface concernée de la pièce en superalliage.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un mode de réalisation de l'invention, en référence aux dessins annexés sur lesquels :
  • la figure 1 représente une vue schématique en coupe d'un élément d'apport mis en place sur un substrat, selon un exemple du procédé de réalisation conforme à l'invention ;
  • la figure 2 représente un diagramme des températures lors d'une réaction de synthèse par combustion auto-propagée dans ledit procédé ;
  • la figure 3 représente une microphotographie à grossissement de 20 d'une zone de pièce comportant l'apport selon ledit procédé ;
  • les figures 6 et 7 montrent des microphotographies et les courbes d'évolution des profils de concentration des éléments composants dans la zone d'interphase entre les matériaux de la pièce et de l'apport selon ledit procédé ;
  • la figure 8 représente une vue schématique en coupe analogue à celle de la figure 1 d'un élément d'apport mise en place sur un substrat, selon un autre exemple du procédé de réalisation conforme à l'invention ;
  • la figure 9 montre une microphotographie et les courbes d'évolution des profils de concentration des éléments composants de la zone de pièce comportant l'apport selon ledit procédé ;
  • la figure 10 montre une microphotographie agrandie d'un détail de la zone représentée sur la figure 9 ;
  • la figure 11 montre les courbes d'évolution des profils de concentration des éléments composants de la zone représentée sur la figure 10 ;
  • la figure 12 montre une microphotographie agrandie d'un détail de la zone représentée sur la figure 10 ;
  • la figure 13 montre une microphotographie agrandie d'un détail de la zone représentée sur la figure 9, proche de la zone représentée sur la figure 10 ;
  • la figure 14 montre les courbes d'évolution des profils de concentration des éléments composants de la zone représentée sur la figure 13.
L'installation utilisée pour la mise en oeuvre du procédé de réalisation d'un apport sur une pièce en superalliage de turbomachine conforme à l'invention se compose d'une chambre à haute pression alimentée en gaz neutre par un système de compression et formant également un four muni d'un système de chauffage et de mesure des températures.
Dans un exemple de réalisation, le compresseur utilisé est constitué de trois étages de compression connectés en série dans lesquels le gaz est successivement comprimé. La pression finale de gaz atteinte est de 1,5GPa et une jauge de pression permet de contrôler la valeur de la pression de gaz.
La chambre à haute pression utilisée comporte les aménagements convenant aux conditions d'utilisation à hautes pressions et hautes températures tels que des parois multiples insérées dans un blindage et comportant une enveloppe de refroidissement à eau ainsi que tous les accès nécessaires, connexions électriques, passage de gaz et les aménagements correspondants d'étanchéité. Un équipement de mise sous vide de l'ordre de 1Pa est également adjoint. Une rotation de la chambre permet également une utilisation en positions horizontale, verticale ou inclinée.
Le système de chauffage se compose d'un élément chauffant sous forme d'une spire de graphite et de deux électrodes en graphite placées à chaque extrémité formant un four placé dans ladite chambre. Les réglages permettent d'assurer un gradient thermique de l'ordre de 200°C sur une pièce disposée dans le four. Des thermocouples sont adjoints pour permettre les mesures de températures.
Des variantes de réalisation peuvent être apportées à l'installation. Notamment un équipement d'apport énergétique utilisé pour l'amorçage de la réaction peut être adjoint tel qu'une mèche de tungstène, une mèche de graphite ou un faisceau laser.
EXEMPLE A
Il s'agit de réaliser un apport sur une pièce en superalliage A à base de nickel afin de remettre au profil désiré par rechargement à l'aide d'un mélange de poudres de nickel et d'aluminium, en proportions équi-atomiques.
Les poudres de nickel et d'aluminium utilisées présentent une granulométrie inférieure à 150µm. Dans la présente application, l'étape (a) du procédé de réalisation d'un apport sur une pièce en superalliage comportant le dépôt d'un élément d'apport sur une zone de pièce est effectuée par la mise en place d'un élément compact 1 sur le substrat 2 constitué par ladite zone concernée de la pièce, tel que schématisé sur la figure 1. Ledit élément compact 1 est préalablement obtenu en deux sous-étapes préalables comprenant :
  • (a1) réalisation d'un mélange homogène de la quantité adéquate des poudres de nickel et d'aluminium ;
  • (a2) compactage à froid du mélange obtenu dans un moule adapté sous une charge de 40 MPa.
Comme il est connu en soi, des opérations de nettoyage du substrat 2 sont effectuées préalablement à la mise en place de l'élément compact 1 et peuvent comporter, en fonction de l'état de la pièce, neuve ou usagée, des opérations de dégraissage, sablage, désoxydation chimique et/ou thermochimique.
Selon une variante de réalisation, l'élément compact 1 peut également être obtenu en fonction des applications par des techniques connues en soi de moulage par injection.
Lors de la mise en place de l'élément compact 1 sur le substrat 2, il est possible d'assurer un maintien, par exemple en appliquant une décharge de condensateur sur l'élément concerné.
D'autres techniques connues en soi peuvent être utilisées pour le dépôt, par exemple par un dépôt direct de poudre sur le substrat 2 dans un milieu électrophorétique.
L'étape (b) suivante consiste à introduire la pièce constituant le substrat 2 portant l'élément compact 1 dans une chambre à haute pression hydrostatique de gaz neutre formant une enceinte chauffante.
Enfin l'étape (c) permet de réaliser une réaction de synthèse sur l'élément compact 1 de manière à assurer sa densification et la liaison métallurgique entre ledit élément 1 et la surface correspondante de la pièce constituant le substrat 2.
On obtient ainsi un rechargement par apport de matière sur la zone concernée de la pièce. Ladite réaction de synthèse permettant la constitution d'un matériau composé intermétallique Ni-Al dans le présent exemple de réalisation est amorcée à une extrémité 3 de l'élément 1 lorsqu'une température de déclenchement est atteinte qui se situe dans ce cas à 673°C. La réaction exothermique de combustion auto-propagée se déplace ensuite dans le sens de la flèche 4 indiquée sur la figure 1 jusqu'à atteindre l'extrémité opposée 5. Les conditions appliquées sont dans ce cas les suivantes :
  • pression de l'atmosphère de gaz neutre constitué dans cet exemple de réalisation par l'argon = 146MPa ;
  • cycle de montée en température dans le four :
    • 50°C par minute jusqu'à 300°C ;
    • palier de 6 minutes à 300°C ;
    • 90°C par minute jusqu'à 800°C, sans palier ;
    • refroidissement à 50°C par minute jusqu'à 20°C.
Le diagramme de la figure 2 indique les températures mesurées sur la pièce et montre la température d'amorçage de la réaction d'autocombustion vers 673°C. On note en outre que la propagation d'un front de combustion à travers le matériau de l'élément compact 1 dès l'initiation de la réaction obtenue grâce au gradient de température de 200°C établi entre les deux extrémités dudit élément 1 est très rapide. Dans cet exemple, la réaction est complète et la vitesse de propagation du front de combustion peut être estimée à 20 mm/s. En général, la vitesse de propagation de la réaction se situe entre 1 et 10cm par seconde suivant les conditions opératoires appliquées.
Les résultats décrits ci-après ont été observés sur la pièce rechargée suivant le procédé conforme à l'invention.
En observation macroscopique, le matériau d'apport 1 présente une macroporosité avec une bonne adhérence sur toute la longueur de la zone concernée de la pièce 2.
En observation par microscopie optique comme représentée sur la figure 3, une phase intermédiaire est observée entre le matériau A du substrat et le matériau intermétallique NiAl. Le matériau NiAl est poreux mais la partie en contact avec le matériau A est parfaitement densifiée sur une épaisseur de 0,7 mm environ.
En observation par microscopie électronique à balayage, deux types d'analyses ont été effectuées, l'une qualitative, l'autre quantitative par sonde EDS.
L'analyse qualitative permet de mettre en évidence l'interphase entre les matériaux A et NiAl. Les figures 4 et 5 représentent des microphotographies montrant l'aspect du matériau obtenu. On distingue six zones :
  • I  : NiAl
  • II  : NiAl + Co,Cr
  • III  : interphase
  • IV  : zone de précipités
  • V  : matériau A près de l'interphase
  • VI  : matériau A
Le tableau ci-après indique les pourcentages atomiques des différents éléments constituant le matériau, la précision des mesures réalisées étant de ± 1%. Le matériau A de référence est indiqué dans la première colonne et les résultats des analyses ponctuelles réalisées dans les six zones sont reportés dans les colonnes suivantes.
A ZONE VI ZONE V ZONE IV ZONE III ZONE II ZONE I
AL 2,89 2,60 6,32 13,97 31,61 42,71 49,56
Ti 3,73 3,70 3,36 2,79 1,90
Cr 22,32 22,40 22,30 15,56 6,82 0,75
Co 11,95 11,90 11,81 8,18 4,51 1,09
Ni 56,40 56,50 53,52 57,78 54,59 55,45 50,44
Mo 2,63 2,70 2,67 1,72 0,58
W 0,08 0,06 0,02 0,02
Les figures 6 et 7 montrent l'évolution des profils de concentration des éléments Al, Ni, Co, Cr, Ti le long de l'interphase entre les matériaux A et NiAl. On note une décroissance régulière de la concentration en aluminium lorsqu'on passe de NiAl à A associée à une augmentation de la concentration en Cr, Co et Ti. Il en résulte qu'une réaction de diffusion entre les deux matériaux A et NiAl s'est produite, l'épaisseur de l'interphase atteignant environ 20 µm (voir zones II et III de la figure 4).
Des essais de microdureté par la méthode Vickers réalisés sur les trois matériaux A, NiAl et interphase ont donné les résultats suivants :
  • en zone I, sous charge de 100 g : 252
  • en zone III, sous charge de 300 g : 410
  • en zone VI, sous charge de 100 g : 298
Il résulte de ces observations que l'interphase obtenue est constituée d'une solution solide continue entre les matériaux A et NiAl. Aucun composé intermétallique intermédiaire n'a été observé. L'introduction de chrome dans la phase NiAl peut justifier l'augmentation de dureté de la phase intermédiaire en zone III par effet de solution solide mais le niveau de dureté confirme l'absence d'une phase intermétallique complexe.
EXEMPLE B
Il s'agit à nouveau de réaliser un apport sur une pièce en superalliage B à base de nickel afin de la remettre au profil désiré par rechargement à l'aide d'un mélange de poudres de nickel et d'aluminium en proportions équi-atomiques avec interposition d'une sous-couche intermédiaire en superalliage C à base de nickel.
Comme schématiquement représenté sur la figure 8, à l'étape (a) du procédé conforme à l'invention, l'élément compact 1 est identique à celui qui a été utilisé et précédemment décrit pour l'exemple A et il est obtenu également de la même manière.
Par contre, entre le substrat 20 constitué par une zone de pièce en superalliage B et l'élément compact 1 est inséré un autre élément supplémentaire compact 11 obtenu par frittage à partir de poudres en superalliage C à base de nickel. Les compositions des superalliages sont indiquées ci-après en pourcentages pondéraux :
B : Ni base ; Cr 14; Co 9,5; Mo 4; Al 3; W4; Ti5; Si 0,2; Mn0,2; C 0,17
C : Ni base ; Co 16,5 à 19; Cr 10,4 à 12,2; Mo 3,3 à 4,2; Al 2,85 à 3,15; Ti 2,45 à 2,8 ; Si 1 à 1,3; B 0,68 à 0,8 ; C 0 à 0,06.
Comme précédemment, à l'étape (b), la pièce constituant le substrat 20 portent une sous-couche constituée par l'élément compact 11 et une couche externe constituée par l'élément compact 1 est introduite dans une chambre à haute pression hydrostatique de gaz neutre formant une enceinte chauffante.
L'étape suivante (c) permet à nouveau de réaliser une réaction de synthèse sur l'élément compact 1 et on obtient un rechargement par apport de matière sur la zone concernée de la pièce.
Les conditions appliquées sont dans ce cas les suivantes :
  • pression de l'atmosphère de gaz neutre constitué dans cet exemple de réalisation par l'argon : 110MPa ;
  • cycle de montée en température dans le four :
    • 50°C par minute jusqu'à 300°C ;
    • palier de 6 minutes à 300°C ;
    • 90°C par minute jusqu'à 600°C, sans palier ;
    • refroidissement à 50°C par minute jusqu'à 20°C.
Les résultats décrits ci-après ont été observés sur la pièce rechargée suivant le procédé conforme à l'invention. En observation macroscopique, l'assemblage des trois parties, substrat 20 et éléments d'apport 1 et 11 apparait réalisé et solide.
En observation par microscopie électronique à balayage, la microphotographie représentée à la figure 9 montre l'aspect du matériau obtenu comportant sept zones pour lesquelles les profils de concentration des éléments les plus importants déterminés le long de la ligne 12 sont également indiqués.
La zone I correspond au matériau intermétallique NiAl. La zone II est plus clairement visible sur le détail microphotographique agrandi représenté sur la figure 10 et elle correspond à l'interface entre le matériau NiAl et le superalliage C dont les profils de concentration des éléments Al, Ni, Co, Cr, Mo et Ti sont également indiqués sur la figure 11. La bande homogène de la zone II correspond à la diffusion de l'aluminium et du chrome en particulier avec également une variation de la concentration en titane.
Dans la zone III, les concentrations en Al, Ni, Co et Mo sont constantes alors que les concentrations en Cr et Ti varient continûment. Sur la microphotographie d'une partie agrandie de cette zone III représentée sur la figure 12, on observe la nature polyphasique de cette zone avec une zone monophasée majoritaire de couleur blanche et une zone à structure aciculaire. La zone IV présente une composition voisine de celle du superalliage C avec la présence d'inclusions de couleur claire correspondant à quelques variations pour certains éléments, molybdène et chrome en particulier.
Les zones suivantes V, VI et VII correspondent à l'interface entre les superalliages C et B. Un détail agrandi est représenté sur la microphotographie de la figure 13 et la figure 14 indique les profils de concentration des différents éléments. La zone VI présente une composition moyenne proche de celle du superalliage C avec plus d'aluminium et de tungstène mais moins de cobalt et de silicium. Cette zone présente une bonne homogénéité, les concentrations étant toutes à peu près constantes. Autour des grains constituant la phase VI, on distingue une structure aciculaire, de type eutectique indiquant une fusion partielle aux joints de grains de la phase VII. Les profils indiquent que ce constituant contient du Cr, Mo, Ti et Co avec moins de Ni et Al que dans le superalliage C. Dans la zone VII, la concentration en aluminium diminue, tandis que les concentrations en chrome et molybdène augmentent de façon continue.
Il résulte de ces observations qu'une bonne diffusion des différents éléments avec la formation d'une solution solide entre le superalliage C et le matériau intermétallique NiAl est constatée à l'interface entre ces deux matériaux.
En outre, la chaleur dégagée par la réaction exothermique de synthèse du composé intermétallique NiAl est suffisante pour affecter toute l'épaisseur de l'élément compact fritté 11 et provoquer la diffusion des éléments de l'autre côté avec apparition d'une interface entre les superalliages C et B.

Claims (7)

  1. Procédé de réalisation d'un apport sur une pièce en superalliage à base de nickel ou de cobalt caractérisé par les étapes successives suivantes :
    (a) dépôt sur au moins une zone localisée de la pièce (2 ; 20) d'un élément d'apport (1 1,11) pris dans le groupe, d'une part, des poudres réactives dans des proportions correspondant à la formation d'un matériau intermétallique et, d'autre part, des poudres de superalliage à base de nickel ou de cobalt ;
    (b) mise en place de la pièce (2 ; 20) comportant le dépôt obtenu à l'étape (a) dans une chambre à haute pression alimentée en gaz neutre par un système de compression permettant d'assurer dans la chambre une pression hydrostatique de gaz neutre allant jusqu'à 1,5 GPa, ladite chambre comprenant également un four composé d'éléments chauffants permettant d'atteindre une température de 1200°C avec une vitesse de montée en température comprise entre 5°C par minute et 120°C par minute en assurant un gradient thermique de 200°C d'une extrémité à l'autre de la zone de pièce (2 ; 20) concernée, les températures étant contrôlées au moyen d'un système de mesure ;
    (c) réalisation d'une réaction de synthèse par combustion auto-propagée sous haute pression hydrostatique de gaz sur ledit élément d'apport dans des conditions déterminées de température et de pression de manière à assurer la densification de l'apport (1 ; 1,11) et la liaison métallurgique entre ledit apport et la surface concernée de la pièce en superalliage.
  2. Procédé de réalisation d'un apport sur une pièce en superalliage à base de nickel ou de cobalt selon la revendication 1 dans lequel ledit apport constitue un rechargement d'une zone localisée de pièce et l'étape (c) terminée par un simple refroidissement de pièce est suivie d'une opération de ragréage des surfaces par usinage de finition.
  3. Procédé de réalisation d'un apport sur une pièce en superalliage à base de nickel ou de cobalt selon la revendication 1 dans lequel ledit apport constitue un revêtement protecteur sur au moins une zone de la pièce, permettant d'accroítre la résistance à l'oxydation, à la corrosion et/ou à l'érosion.
  4. Procédé de réalisation d'un apport sur une pièce en superalliage à base de nickel ou de cobalt selon l'une des revendications 1 à 3 dans lequel l'épaisseur finale du dépôt obtenu sur la pièce est comprise entre 20µm et 10mm.
  5. Procédé de réalisation d'un apport sur une pièce en superalliage à base de nickel ou de cobalt selon l'une quelconque des revendications 1, 2 et 4 dans lequel à l'étape (a), le dépôt est obtenu par la mise en place d'un élément compact (1) obtenu à partir du mélange des quantités adéquates de poudres de nickel et d'aluminium de granulométrie inférieure à 150µm, en proportions équi-atomiques, ce mélange étant placé dans un moule adapté et compacté à froid sous une charge de 40 MPa.
  6. Procédé de réalisation d'un apport sur une pièce en superalliage à base de nickel ou de cobalt selon la revendication 5 dans lequel à l'étape (a), lors de la mise en place de l'élément compact (1), un autre élément supplémentaire compact (11) est inséré en sous-couche sur la surface de la zone concernée de la pièce formant le substrat (20), ledit élément supplémentaire (11) étant obtenu préalablement par frittage de poudres en superalliage à base de nickel.
  7. Procédé de réalisation d'un apport sur une pièce en superalliage à base de nickel selon la revendication 6 dans lequel le superalliage de la pièce formant le substrat (20) présente la composition nominale suivante en pourcentages pondéraux :
    Ni base, Cr 14; Co 9,5; Mo 4; Al 3; W4; Ti 5; Si 0,2 Mn 0,2; C 0,17
    et l'élément supplémentaire compact (11) présente la composition suivante en pourcentages pondéraux :
    Ni base; Co 16,5 à 19; Cr 10,4 à 12,2; Mo 3,3 à 4,2; Al 2,85 à 3,15; Ti 2,45 à 2,8; Si 1 à 1,3; B 0,68 à 0,8; C 0 à 0,06.
EP97401953A 1996-08-22 1997-08-20 Procédé de réalisation d'un apport sur une pièce en superalliage base de nickel ou de cobalt Expired - Lifetime EP0825275B1 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR9610351 1996-08-22
FR9610351A FR2752540B1 (fr) 1996-08-22 1996-08-22 Procede de realisation d'un apport sur une piece en superalliage a base de nickel ou de cobalt

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EP0825275A1 EP0825275A1 (fr) 1998-02-25
EP0825275B1 true EP0825275B1 (fr) 2001-01-31

Family

ID=9495155

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP97401953A Expired - Lifetime EP0825275B1 (fr) 1996-08-22 1997-08-20 Procédé de réalisation d'un apport sur une pièce en superalliage base de nickel ou de cobalt

Country Status (6)

Country Link
US (1) US5954895A (fr)
EP (1) EP0825275B1 (fr)
JP (1) JP4036925B2 (fr)
CA (1) CA2207827C (fr)
DE (1) DE69704010T2 (fr)
FR (1) FR2752540B1 (fr)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2838753B1 (fr) * 2002-04-17 2004-05-28 Snecma Services Procede de realisation d'un apport sur une piece en superalliage a base de nickel ou de cobalt
FR2959244B1 (fr) 2010-04-23 2012-06-29 Commissariat Energie Atomique Procede de preparation d'un revetement multicouche sur une surface d'un substrat par projection thermique.
DE102011087158A1 (de) * 2011-11-25 2013-05-29 Mtu Aero Engines Gmbh Verfahren zur Panzerung der Z-Notch von TiAl-Schaufeln
FR2988736B1 (fr) 2012-04-02 2014-03-07 Onera (Off Nat Aerospatiale) Procede d'obtention d'un revetement d'aluminiure de nickel sur un substrat metallique, et piece munie d'un tel revetement
CN105458269B (zh) * 2015-12-01 2017-12-05 南通大学 一种耐磨涂层的制备方法
US11060194B2 (en) * 2016-12-21 2021-07-13 The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy Methods for producing composite structures using diffusion or thermal reactions of a plurality of layers
JP7705257B2 (ja) * 2021-03-12 2025-07-09 川崎重工業株式会社 複合焼結体およびその製造方法
CN117604327B (zh) * 2023-12-05 2026-04-28 华北电力大学 一种锅炉管用防护材料及其制备方法、锅炉管的防护方法

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR830779A (fr) * 1936-12-14 1938-08-09 Inst Fu R Physikalische Chemie Procédé pour améliorer la surface de métaux et d'alliages
FR1216207A (fr) * 1955-06-30 1960-04-22 Perfectionnements aux procédés de formation d'alliages superficiels par diffusion en phase gazeuse d'un métal d'apport
US3450512A (en) * 1966-07-05 1969-06-17 United Aircraft Corp Coated nickel base engine alloys
US4219592A (en) * 1977-07-11 1980-08-26 United Technologies Corporation Two-way surfacing process by fusion welding
JPS5582762A (en) * 1978-12-15 1980-06-21 Hitachi Ltd Heat resistant alloy coating method to provide corrosion and thermal impact resistance
FR2511908A1 (fr) * 1981-08-26 1983-03-04 Snecma Procede de brasage-diffusion destine aux pieces en superalliages
US4705203A (en) * 1986-08-04 1987-11-10 United Technologies Corporation Repair of surface defects in superalloy articles
JPS6342859A (ja) * 1986-08-08 1988-02-24 航空宇宙技術研究所長 傾斜機能材料の製造方法
JPH0613743B2 (ja) * 1987-11-19 1994-02-23 工業技術院長 ニッケル基超合金の固相接合法
US5812926A (en) * 1991-09-03 1998-09-22 General Electric Company Process for hard facing a substrate
US5330701A (en) * 1992-02-28 1994-07-19 Xform, Inc. Process for making finely divided intermetallic
DE69302219T2 (de) * 1992-06-05 1996-09-19 Gec Alsthom Electromec Verfahren zum Anbringen von Schutzüberzügen bildenden Einsätzen auf Gegenständen aus martensitischens Stahl oder aus Titanlegierungen
US5352539A (en) * 1992-10-27 1994-10-04 Friedrich Theysohn Gmbh Extruder housing for double-screw extruder having an annularly stepped internal bore covered by a hot isostatically-pressed structure, and method of making same
US5342539A (en) * 1993-02-08 1994-08-30 Diatec Polymers Polyacrylamide-phosphonate flocculants and methods of making
US5837385A (en) * 1997-03-31 1998-11-17 General Electric Company Environmental coating for nickel aluminide components and a method therefor

Also Published As

Publication number Publication date
DE69704010T2 (de) 2001-06-21
CA2207827A1 (fr) 1998-02-22
JP4036925B2 (ja) 2008-01-23
CA2207827C (fr) 2004-06-15
DE69704010D1 (de) 2001-03-08
JPH10237507A (ja) 1998-09-08
US5954895A (en) 1999-09-21
FR2752540B1 (fr) 1998-12-04
FR2752540A1 (fr) 1998-02-27
EP0825275A1 (fr) 1998-02-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2683509B1 (fr) Procédé de rechargement local de pièce en superalliage endommagée
EP0725842B1 (fr) Joints abradables pulverises par plasma pour moteurs a turbine a gaz
CA2199691C (fr) Procede de realisation d'un apport sur une zone localisee de piece en superalliage____________________________________________
KR100199111B1 (ko) 액상 소결을 이용하여 금속 제품을 수리 또는 접합시키기 위한 방법 및 그 조성물
US20110305578A1 (en) Component for a gas turbine and a method for the production of the component
EP1961513B1 (fr) Procédé de rechargement d'une pièce en alliage d'aluminium
FR2474533A1 (fr) Piece mecanique resistant a la chaleur et procede de sa preparation
FR2967168A1 (fr) Composants avec canaux de refroidissement de forme rentrante et leurs procedes de fabrication
FR2691658A1 (fr) Pièce en superalliage comportant un apport et procédé de réalisation de l'apport.
CH634356A5 (fr) Piece metallique portant un revetement dur a base de carbure.
FR2967169A1 (fr) Composant et procedes de fabrication et de revetement d'un composant
EP0825275B1 (fr) Procédé de réalisation d'un apport sur une pièce en superalliage base de nickel ou de cobalt
FR2978070A1 (fr) Procede de reparation d'une piece de turbomachine
FR3028436A1 (fr) Procede d'elaboration d'une piece de turbomachine
FR2932496A1 (fr) Procede de depot d'une barriere thermique
EP0578518B1 (fr) Procédé de formation d'un insert sur une pièce à revêtir en acier ou en alliage de titane
EP1302558B1 (fr) Procédé de protection par aluminisation de pièces métalliques de turbomachines munies de trous et cavités
FR2487713A1 (fr) Methode d'application d'un revetement en feuille sur un substrat
FR2941966A1 (fr) Procede de depot d'une couche de protection sur une piece
CA2886926C (fr) Procede de fabrication d'une piece couverte d'un revetement abradable
CA3040769A1 (fr) Piece comprenant un substrat en superalliage monocristallin a base de nickel et son procede de fabrication
EP3899081B1 (fr) Procede de fabrication d'un noyau
FR2838753A1 (fr) Procede de realisation d'un apport sur une piece en superalliage a base de nickel ou de cobalt
FR3138451A1 (fr) Procédé d’application de revêtement et aube de turbine avec revêtement appliqué suivant ce procédé
EP4192635A1 (fr) Protection contre l'oxydation ou la corrosion d'une piece creuse en superalliage

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 19970901

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): BE DE FR GB IE NL SE

AKX Designation fees paid

Free format text: BE DE FR GB IE NL SE

RBV Designated contracting states (corrected)

Designated state(s): BE DE FR GB IE NL SE

17Q First examination report despatched

Effective date: 19990831

GRAG Despatch of communication of intention to grant

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOS AGRA

GRAG Despatch of communication of intention to grant

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOS AGRA

GRAH Despatch of communication of intention to grant a patent

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOS IGRA

GRAH Despatch of communication of intention to grant a patent

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOS IGRA

GRAA (expected) grant

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009210

RAP1 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

Owner name: SNECMA SERVICES

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: B1

Designated state(s): BE DE FR GB IE NL SE

REG Reference to a national code

Ref country code: IE

Ref legal event code: FG4D

Free format text: FRENCH

REF Corresponds to:

Ref document number: 69704010

Country of ref document: DE

Date of ref document: 20010308

GBT Gb: translation of ep patent filed (gb section 77(6)(a)/1977)

Effective date: 20010219

PLBE No opposition filed within time limit

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009261

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: NO OPPOSITION FILED WITHIN TIME LIMIT

REG Reference to a national code

Ref country code: GB

Ref legal event code: IF02

26N No opposition filed
REG Reference to a national code

Ref country code: FR

Ref legal event code: TP

REG Reference to a national code

Ref country code: GB

Ref legal event code: 732E

Free format text: REGISTERED BETWEEN 20120419 AND 20120425

REG Reference to a national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R082

Ref document number: 69704010

Country of ref document: DE

Representative=s name: MITSCHERLICH & PARTNER PATENT- UND RECHTSANWAE, DE

REG Reference to a national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R082

Ref document number: 69704010

Country of ref document: DE

Representative=s name: MITSCHERLICH, PATENT- UND RECHTSANWAELTE PARTM, DE

Effective date: 20121005

Ref country code: DE

Ref legal event code: R082

Ref document number: 69704010

Country of ref document: DE

Representative=s name: MITSCHERLICH, PATENT- UND RECHTSANWAELTE, PART, DE

Effective date: 20121005

Ref country code: DE

Ref legal event code: R082

Ref document number: 69704010

Country of ref document: DE

Representative=s name: MITSCHERLICH & PARTNER PATENT- UND RECHTSANWAE, DE

Effective date: 20121005

Ref country code: DE

Ref legal event code: R081

Ref document number: 69704010

Country of ref document: DE

Owner name: SNECMA, FR

Free format text: FORMER OWNER: SNECMA SERVICES, PARIS, FR

Effective date: 20121005

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: NL

Payment date: 20150721

Year of fee payment: 19

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: GB

Payment date: 20150724

Year of fee payment: 19

Ref country code: IE

Payment date: 20150723

Year of fee payment: 19

Ref country code: DE

Payment date: 20150722

Year of fee payment: 19

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: BE

Payment date: 20150722

Year of fee payment: 19

Ref country code: SE

Payment date: 20150724

Year of fee payment: 19

REG Reference to a national code

Ref country code: FR

Ref legal event code: PLFP

Year of fee payment: 20

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: FR

Payment date: 20160825

Year of fee payment: 20

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: BE

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20160831

REG Reference to a national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R119

Ref document number: 69704010

Country of ref document: DE

REG Reference to a national code

Ref country code: SE

Ref legal event code: EUG

REG Reference to a national code

Ref country code: NL

Ref legal event code: MM

Effective date: 20160901

GBPC Gb: european patent ceased through non-payment of renewal fee

Effective date: 20160820

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: SE

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20160821

REG Reference to a national code

Ref country code: IE

Ref legal event code: MM4A

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: NL

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20160901

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: GB

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20160820

Ref country code: DE

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20170301

Ref country code: IE

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20160820

REG Reference to a national code

Ref country code: FR

Ref legal event code: CD

Owner name: SAFRAN AIRCRAFT ENGINES, FR

Effective date: 20170719