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FR2663343A1 - Revetement de protection d'une piece metallique en alliage de titane et procede de depot. - Google Patents

Revetement de protection d'une piece metallique en alliage de titane et procede de depot. Download PDF

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titanium
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Abstract

Revêtement de protection d'une pièce métallique en alliage de titane constituée d'un composite constitué d'une matrice en alliage de titane chargée par des grains de TiC ou de TiN. Le TiC permet d'obtenir une résistance à la dégradation et la matrice possède les propriétés de ductilité résistance à la corrosion et de ténacité permettant une bonne tenue du composite. Procédé de dépôt d'un revêtement sur une pièce en alliage de titane dans lequel on fritte un mélange de poudre d'alliage de titane et de grains de TiC ou de TiN pour former une plaquette qu'on brase ou soude ensuite sur la pièce.

Description

Revêtement de protection d'une pièce métallique en alliage de titane et procédé de dépôt.
Dans de nombreuses applications il est nécessaire de protéger des zones limitées d'éléments ou de pièces métalliques en alliage de titane contre diverses formes de dégradation (usure, fretting, érosion).
Le revêtement selon l'invention est caractérisé en ce qu'il est constitué d'un composite constitué de grains sphériques de carbure de titane, de granulomètrie comprise entre 10 et 100 microns ou de nitrure de titane de granulomètrie comprise entre 5 et 50 microns, lesdits grains constitués de particules élémentaires agglomérées étant incorporés dans une matrice en alliage de titane et étant dans une proportion en poids de 10 à 60 % du total et de préférence entre 15 % à 40 %.
L'alliage de titane de la matrice est choisi avec des caractéristiques dilatomètriques identiques à celles de la pièce à revêtir, si bien que le comportement métallurgique et physique de la matrice est identique à celui de la pièce dans tous les domaines de température, ce qui exclut toute déformation de l'ensemble pièce/revêtement.
La matrice ne présente pas une résistance suffisante à la dégradation mais possède des propriétés de ductilité, de ténacité et de résistance à la corrosion utiles pour la bonne tenue du composite.
L'addition bien répartie de grains de carbure ou de nitrure de titane permet d'atteindre un bon niveau de résistance à la dégradation.
Un composite tel que défini ci-dessus peut être obtenu à l'état massif par métallurgie des poudres, soudage ou tout autre procédé adapté (frittage, hipping).
La liaison entre la pièce et le revêtement de protection est réalisée par des procédés nécessitant une augmentation importante de température (brasage, plasma, projection...).
Pour limiter les déformations de l'ensemble pièce + revêtement il est important de mettre en oeuvre des matériaux qui possèdent un comportement aussi voisin que possible dans le domaine des températures concernées notamment pendant la phase soudage ainsi que pendant la phase refroidissement qui lui est consécutive.
- dilatation thermique identique (même coefficient).
- pas de transformations de structure engendrant des phénomènes dilatomètriques non linéaires.
A cet effet on utilise comme alliage au titane de la matrice le même alliage que celui de la pièce qui est en général un alliage à struture Alpha-Bêta, mais peut également être à structure
Bêta. On peut également utiliser lorsque la pièce est en alliage à struture Alpha-Bêta un alliage voisin de même caractéristiques dilatomètriques mais ayant une résistance supérieure par exemple alliage de titane à structure Bêta stable.
L'invention concerne également un procédé de dépôt d'un revêtement sur une pièce en alliage de titane caractérisé en ce qu'on fabrique une plaquette en frittant un mélange de poudre d'alliage de titane de granulomètrie comprise entre 10 et 30 microns et de grains de carbure de titane de granulomètrie comprise entre 10 et 100 microns, les grains de carbure de titane étant dans une proportion de 10 à 60 % du poids total, l'alliage de titane de la poudre étant identique à celui de la pièce ou étant en alliage de titane à structure Bêta stable et ayant les mêmes caractéristiques dilatomètriques puis on brase ou on soude ladite plaquette sur la pièce.
On peut également, bien que de façon non préférentielle, remplacer les grains de carbure de titane par des grains de nitrure de titane de granulomètrie comprise entre 5 et 50 microns.
Les grains de carbure ou de nitrure de titane sont constitués par des particules élémentaires submicroniques agglomérées
L'alliage de la matrice comporte de préférence une teneur en oxygène inférieure à 2000 ppm.
Il comporte également de préférence des teneurs inférieures à 200 ppm pour l'azote et l'hydrogène.
De préférence le carbure de titane comporte environ 20 % de carbone "total" et seulement 100 ppm au maximum de carbone libre ou non dissous.
Selon une réalisation particulière du procédé selon l'invention pour revêtir une ailette en alliage de titane on mélange de la poudre d'alliage de titane, obtenue de préférence par atomisation dont la granulomètrie se situe dans la fourchette 15 f 5 microns avec un poids égal de Carbure de titane, aux grains sphériques et à la granulomètrie comprise entre 10 et 30 microns (en moyenne 20 microns).
L'alliage de titane est à structure Bêta stable (Al 2,5 à 4,5 %, V inférieur à 13 %, Cr inférieur à 12%, Mo inférieur à 18%,
Zr inférieur à 6 %, Sn inférieur à 5 % en poids).
L'alliage Bêta présente intrinséquement une résistance à la dégradation plus élevée que l'alliage de titane classique dit
Alpha-Bêta contenant 6 % Al et 4 56V, lequel alliage est généralement utilisé pour les ailettes du turbine à vapeur dont le bord d'attaque doit être muni d'un revêtement de protection.
On fritte ensuite le mélange titane Bêta/TiC ou TiN pour former une plaquette à la forme souhaitée. Celle-ci est ensuite brasée sur l'ailette.
Après ajustement de celle-ci sur le bord d'attaque de l'ailette on procède à l'opération de soudage ou brasage.

Claims (10)

Revendications:
1) Revêtement de protection de pièce métallique en alliage de titane caractérisé en ce qu'il est constitué d'un composite constitué de grains sphériques de carbure de titane de granulomètrie comprise entre 10 et 100 microns ou de nitrure de titane de granulomètrie comprise entre 5 et 50 microns lesdits grains constitués de particules élémentaires agglomérées étant incorporés dans une matrice en alliage de titane et étant dans une proportion en poids de 10 à 60 % du total.
2) Revêtement selon la revendication 1 caractérisé en ce que la proportion des particules est comprise entre 15 % et 40 % en poids du total.
3) Revêtement selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que l'alliage de titane constituant la matrice est identique à celui de la pièce.
4) Revêtement selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que l'alliage de titane constituant la matrice est à structure Bêta stable ayant les mêmes caractéristiques dilatomètriques que l'alliage de la pièce.
5) Procédé de dépôt d'un revêtement sur une pièce en alliage de titane caractérisé en ce qu'on fabrique une plaquette en frittant un mélange de poudre alliage de titane de granulomètrie comprise entre 10 et 20 microns et de grains de carbure de titane de granulomètrie comprise entre 10 et 100 microns, les grains de
Carbure de titane étant dans une proportion de 10 à 60 % du poids total, l'alliage de titane de la poudre étant identique à celui de la pièce ou étant en de même alliage de titane à structure Bêta stable puis on brase ou on soude ladite plaquette sur la pièce.
6) Procédé de dépôt d'un revêtement sur une pièce en alliage de titane caractérisé en ce qu'on fabrique une plaquette en frittant un mélange de poudre d'alliage de titane de granulomètrie comprise entre 10 et 30 microns et de grains de nitrure de titane de granulomètrie comprise entre 5 et 50 microns, les grains de nitrure de titane étant dans une proportion de 10 à 60 % du poids total, l'alliage de titane de la poudre étant identique à celui de la pièce ou étant en alliage de titane à structure Bêta stable ayant mêmes caractéristiques dilatomètriques que l'alliage de la pièce puis on brase ou on soude ladite plaquette sur la pièce.
7) Procédé selon la revendication 5 précédente caractérisé en ce que la phase TiC comporte au maximum 100 ppm de carbone libre ou non dissous.
8) Revêtement selon l'une des revendications 5 à 7 caractérisé en ce que la poudre d'alliage de titane comporte des teneurs en oxygène inférieures à 2000 ppm.
9) Procédé selon l'une des revendications 5 à 8 caractérisé en ce que la poudre d'alliage de titane comporte une teneur en hydrogène inférieure à 200 ppm.
10) Procédé selon l'une des revendications 5 à 9 caractérisé en ce que la poudre en alliage de titane comporte une teneur en azote inférieure à 100 ppm.
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