FR2979074A1

FR2979074A1 - Protection of composite part that is useful in e.g. aircraft engines, by sandblasting portion of composite surface of solid composite part to impart its roughness, depositing paint layer on portion of surface, and polymerizing paint layer

Info

Publication number: FR2979074A1
Application number: FR1157413A
Authority: FR
Inventors: Gaelle Doubre; Bras Luc Le; Philippe Marolle
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2011-08-19
Filing date: 2011-08-19
Publication date: 2013-02-22
Anticipated expiration: 2031-08-19
Also published as: FR2979074B1

Abstract

The method comprises sandblasting a portion (15) of a composite surface (10) of a solid composite part (1) so as to impart its roughness, depositing a paint layer (20) directly on the portion of the surface without depositing an adhesion layer on the portion, and polymerizing the paint layer. The portion of the composite surface has a roughness with a standard arithmetic mean (R a) of greater than 1.5 mu m, and is absence of external products. The paint layer has a thickness of 200 mu m, and comprises a first sub-layer, and a second sub-layer having color. The method comprises sandblasting a portion (15) of a composite surface (10) of a solid composite part (1) so as to impart its roughness, depositing a paint layer (20) directly on the portion of the surface without depositing an adhesion layer on the portion, and polymerizing the paint layer. The portion of the composite surface has a roughness with a standard arithmetic mean (R a) of greater than 1.5 mu m, and is absence of external products. The paint layer has a thickness of 200 mu m, and comprises a first sub-layer and a second sub-layer having color that is different from color of the first sub-layer. The method further comprises cleaning the portion of the composite surface so as to clean the external products. A maximum value (R t) of the height of roughness of the portion of the composite surface is less than 50mu m. The step of depositing the paint layer comprises depositing the first and second sub-layers, and drying the first and second sub-layers. An independent claim is included for a composite part.

Description

9 79074 1 La présente invention concerne un procédé de protection d'une pièce en composite. Les pièces en composite susceptibles d'être soumises en service à une érosion et/ou des impacts doivent être protégées par un revêtement de surface, afin de prolonger leur durée de vie. Dans la présente demande, on entend par pièce en composite une pièce constituée partiellement ou entièrement d'un ou plusieurs matériaux composites, et dont une partie au moins de la surface est une surface en matériau composite. Un matériau composite est défini comme un matériau constitué d'au moins deux phases distinctes, chaque phase étant en un matériau distinct : une matrice, et un renforcement noyé dans cette matrice. Ce renforcement est en général une préforme fibreuse, constituée de fibres longues tissées, tressées, ou superposées en couches. Ce renforcement peut également être constitué de fibres courtes, ou de particules. La matrice est par exemple une céramique, un alliage métallique, ou un polymère, et le renforcement un alliage métallique, un polymère, ou une céramique. Les pièces en composite soumises en service à une érosion et/ou des impacts sont notamment des pièces dans une turbine aéronautique (moteurs d'avion), par exemple des aubes de soufflantes. Ainsi, de telles pièces en composite, lorsqu'elles ne sont pas protégées, sont susceptibles de subir en fonctionnement des dégradations très importantes dues à l'érosion et aux impacts d'objets extérieurs tels que des gravillons, grêlons. Le revêtement utilisé pour la protection d'une aube doit en outre épouser la surface de l'aube de façon à lui conserver son profil aérodynamique, et pouvoir être retiré et redéposé à volonté afin de permettre la réparation de l'aube. The present invention relates to a method of protecting a composite part. Composite parts that may be subject to erosion and / or impact during service must be protected by a surface coating in order to extend their service life. In the present application, the term composite part is a part made partially or entirely of one or more composite materials, and at least a portion of the surface is a composite material surface. A composite material is defined as a material consisting of at least two distinct phases, each phase being made of a distinct material: a matrix, and a reinforcement embedded in this matrix. This reinforcement is generally a fibrous preform consisting of long fibers woven, braided, or superimposed in layers. This reinforcement can also be made of short fibers, or particles. The matrix is for example a ceramic, a metal alloy, or a polymer, and reinforcing a metal alloy, a polymer, or a ceramic. The composite parts subjected in service to erosion and / or impacts are in particular parts in an aeronautical turbine (aircraft engines), for example fan blades. Thus, such composite parts, when not protected, are likely to undergo in operation very significant damage due to erosion and impacts of external objects such as chippings, hail. The liner used to protect a blade must also conform to the surface of the blade so that it retains its aerodynamic profile, and can be removed and redeposited at will to allow repair of the blade.

Une solution existante pour protéger une telle pièce 1 en composite est illustrée en figure 3. La figure 3 est une coupe de la pièce 1. On colle sur une portion 15 de la surface 10 de la pièce 1 un film polyuréthane 110 d'une épaisseur d'environ 500 pm (microns), puis on revêt ce film 110 d'une peinture 120 comprenant une couche de primaire puis une couche de finition. C'est le film polyuréthane 110 qui présente une bonne résistance à l'érosion et aux impacts. An existing solution for protecting such a composite part 1 is illustrated in FIG. 3. FIG. 3 is a sectional view of part 1. A polyurethane film 110 of a thickness is adhered to a portion 15 of the surface 10 of part 1. approximately 500 μm (microns), then this film 110 is coated with a paint 120 comprising a primer layer and then a topcoat. This is the polyurethane film 110 which has good resistance to erosion and impacts.

Cependant, cette solution est coûteuse car l'utilisation d'un film polyuréthane d'une part génère des coûts supplémentaires (matière, adhésif pour le collage, étuve, outillages de positionnement du film), d'autre part impose un cycle de fabrication plus long, et des contraintes lors de la certification de la pièce après revêtement (qualification de la tenue du film sur la pièce et de la tenue de la peinture sur le film). La présente invention vise à remédier à ces inconvénients. L'invention vise à proposer un procédé de revêtement d'une pièce en composite qui permette de manière économique de protéger efficacement cette pièce contre l'érosion et les impacts. Ce but est atteint grâce au fait que ce procédé comprend les étapes suivantes (a) On fournit une pièce solide en composite dont une portion de la surface en composite présente une rugosité avec un écart moyen arithmétique Ra supérieur à 0,6 pm et est sensiblement absente de produits externes, (b) On dépose une couche de peinture directement sur la portion de surface, sans dépôt préalable de couche d'accroche sur cette portion, (c) On polymérise la couche de peinture. However, this solution is expensive because the use of a polyurethane film on the one hand generates additional costs (material, adhesive for bonding, drying oven, positioning tools of the film), on the other hand imposes a cycle of manufacture more long, and constraints in the certification of the piece after coating (qualification of the holding of the film on the piece and the holding of the paint on the film). The present invention aims to remedy these disadvantages. The object of the invention is to propose a process for coating a composite part which economically makes it possible to effectively protect this part against erosion and impacts. This object is achieved by virtue of the fact that this method comprises the following steps: (a) A solid composite part is provided, a portion of the composite surface of which has a roughness with an average arithmetic difference Ra of greater than 0.6 μm and is substantially absent from external products, (b) Deposit a layer of paint directly on the surface portion, without prior deposition of adhesion layer on this portion, (c) The paint layer is polymerized.

Grâce à ces dispositions, le procédé de protection de la surface de la pièce est simplifié, car il n'est plus nécessaire d'y déposer un film. Ce procédé est donc moins couteux. De plus, le coût de ce procédé est encore réduit du fait que le dépôt d'une couche d'accroche (appelée primaire) n'est pas nécessaire. En effet, la rugosité de la surface de la pièce est telle qu'elle permet de s'affranchir du dépôt d'une couche d'accroche sur la surface préalablement au dépôt de la couche de peinture. Le procédé dans son ensemble est ainsi simplifié et prend moins de temps. Avantageusement avant l'étape (a), on effectue un sablage de cette portion de surface de façon à lui conférer cette rugosité. Cette opération de sablage n'est pas nécessaire si la portion de surface de la pièce fournie présente déjà la rugosité désirée. Dans le cas contraire, cette opération de sablage permet d'obtenir la rugosité désirée de façon efficace et pratique, et s'insère aisément dans la gamme de finition d'une pièce 2 9 79074 3 L'invention sera bien comprise et ses avantages apparaîtront mieux, à la lecture de la description détaillée qui suit, d'un mode de réalisation représenté à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux dessins annexés sur lesquels : 5 - la figure 1 est une vue en coupe d'une portion de la surface d'une pièce en composite ayant subi le procédé de protection selon l'invention, la figure 2 est une représentation schématique de la rugosité d'une partie de la surface d'une pièce, qui montre les quantités 10 utilisées dans la définition des paramètres Ra et Rt qualifiant cette rugosité, la figure 3 est une vue en coupe d'une portion de la surface d'une pièce en composite ayant subi le procédé de protection selon l'art antérieur. 15 On fournit une pièce 1 en composite (étape (a) du procédé selon l'invention). Ainsi, la pièce 1 est constituée partiellement ou entièrement d'un ou plusieurs matériaux composites (un matériau composite étant tel que défini ci-dessus), et une partie ou la totalité de la surface de cette pièce 1 20 est une surface 10 en composite (c'est-à-dire que la surface 10 est la surface d'un matériau composite de la pièce 1). On considère une portion 15 de la surface 10 en composite de la pièce 1, cette portion 15 présentant une rugosité avec un écart moyen arithmétique Ra supérieur à 0,6 pm (voir ci-dessous) et étant sensiblement absente de produits 25 externes. Selon l'invention, on dépose une couche de peinture 20 sur la portion 15 de la surface 10 (étape (b) du procédé). La peinture est déposée après réalisation de la pièce 1 formant le substrat. Cette pièce 1 (et sa surface 10) est donc à l'état solide au 30 moment de l'application de la couche 20. Puis on polymérise la couche de peinture 20 (étape (c)). Dans le procédé selon l'invention, il n'est pas utilisé de couche d'accroche, c'est-à-dire que la couche de peinture 20 est déposée directement sur la portion 15 de la surface 10 de la pièce 1. 35 L'écart moyen arithmétique de la rugosité sur une région donnée est le paramètre Ra défini par : Ra = S if iz(x,y)I - dxdy où S est la superficie de la région, P est le plan moyen de la rugosité sur cette région, où la hauteur z(x,y) est la distance entre le point M de la surface de la cette région et le point N projection du point M dans le plan P selon une perpendiculaire au plan P, et où x et y caractérisent la position du point N dans un repère du plan P (voir figure 2). La notation I z désigne la valeur absolue de z. Selon l'invention, l'écart moyen arithmétique de rugosité Ra sur la portion 15 est supérieur à 0,6 pm. Ainsi, la rugosité de la portion 15 est suffisamment élevée pour permettre une bonne accroche de la couche de peinture 20 sur la portion 15. Cette accroche s'effectue grâce aux cavités débouchantes que constituent les creux de la portion 15, et grâce à une surface de contact entre la peinture et la portion 15 qui est plus importante. Par exemple, l'écart moyen arithmétique de rugosité Ra est supérieur à 1,5 pm, ce qui permet une encore meilleure accroche de la couche de peinture 20 sur la portion 15. Avantageusement, la valeur maximale Rt de la hauteur z(x,y) des rugosités sur la portion 15 est inférieure à 50 pm. Ainsi, on évite que l'épaisseur de la couche de peinture 20 au droit des pics les plus grands de la surface 10 (c'est-à-dire la distance entre un des sommets de ces pics et la surface libre de la couche 20) soit sensiblement diminuée, voire que les pics les plus hauts de la surface 10 transpercent la couche de peinture 20. Pour obtenir une rugosité possédant les caractéristiques ci-dessus, on peut effectuer un sablage de la portion 15 de surface 10. Selon l'invention la portion 15 de surface 10 est sensiblement absente de produits externes, c'est-à-dire qu'elle est suffisamment propre. Pour obtenir une telle propreté, on peut effectuer un nettoyage de la portion 15 de surface 10. Thanks to these provisions, the method of protecting the surface of the part is simplified because it is no longer necessary to deposit a film thereon. This process is therefore less expensive. In addition, the cost of this method is further reduced because the deposition of a bonding layer (called primary) is not necessary. Indeed, the roughness of the surface of the part is such that it makes it possible to overcome the deposit of a layer of adhesion on the surface prior to the deposition of the paint layer. The process as a whole is thus simplified and takes less time. Advantageously, before step (a), this surface portion is sandblasted so as to impart this roughness to it. This sanding operation is not necessary if the surface portion of the part supplied already has the desired roughness. In the opposite case, this sanding operation makes it possible to obtain the desired roughness in an efficient and practical manner, and fits easily into the finishing range of a part. The invention will be clearly understood and its advantages will appear. better, on reading the detailed description which follows, of an embodiment shown by way of non-limiting example. The description refers to the accompanying drawings in which: FIG. 1 is a sectional view of a portion of the surface of a composite part having undergone the protection process according to the invention, FIG. schematic of the roughness of a part of the surface of a part, which shows the quantities used in the definition of parameters Ra and Rt qualify this roughness, Figure 3 is a sectional view of a portion of the surface of a composite part having undergone the protection method according to the prior art. A composite part 1 is provided (step (a) of the method according to the invention). Thus, the part 1 is formed partially or entirely of one or more composite materials (a composite material being as defined above), and a part or the totality of the surface of this part 1 is a composite surface 10 (That is, surface 10 is the surface of a composite material of part 1). A portion 15 of the composite surface 10 of the workpiece 1 is considered, this portion having a roughness with an average arithmetic deviation Ra of greater than 0.6 μm (see below) and being substantially absent from external products. According to the invention, a paint layer 20 is deposited on the portion 15 of the surface 10 (step (b) of the process). The paint is deposited after completion of the part 1 forming the substrate. This piece 1 (and its surface 10) is therefore in the solid state at the time of the application of the layer 20. Then the paint layer 20 is cured (step (c)). In the method according to the invention, a tie layer is not used, that is to say that the paint layer 20 is deposited directly on the portion 15 of the surface 10 of the part 1. 35 The arithmetical average deviation of the roughness over a given region is the parameter Ra defined by: Ra = S if iz (x, y) I-dxdy where S is the area of the region, P is the mean plane of the roughness on this region, where the height z (x, y) is the distance between the point M of the surface of this region and the point N projection of the point M in the plane P along a perpendicular to the plane P, and where x and y characterize the position of the point N in a reference plane P (see Figure 2). The notation I z designates the absolute value of z. According to the invention, the average arithmetic mean roughness difference Ra on the portion 15 is greater than 0.6 μm. Thus, the roughness of the portion 15 is sufficiently high to allow good adhesion of the paint layer 20 on the portion 15. This is achieved thanks to the open cavities formed by the recesses of the portion 15, and thanks to a surface contact between the paint and the portion 15 which is larger. For example, the average arithmetic mean roughness difference Ra is greater than 1.5 μm, which allows an even better grip of the paint layer 20 on the portion 15. Advantageously, the maximum value Rt of the height z (x, y) roughness on the portion 15 is less than 50 μm. Thus, it is avoided that the thickness of the paint layer 20 in line with the largest peaks of the surface 10 (i.e. the distance between one of the peaks of these peaks and the free surface of the layer 20 ) is substantially reduced, or even that the highest peaks of the surface 10 pierce the paint layer 20. To obtain a roughness having the above characteristics, it is possible to sandblast the surface portion 10. According to the The surface portion 10 is substantially absent from external products, i.e. sufficiently clean. To obtain such cleanliness, it is possible to clean the surface portion 10.

Avantageusement, la peinture utilisée est une peinture à base polyuréthane, car une telle peinture présente une résistance à l'érosion supérieure à celle d'autres peintures. Avantageusement, l'épaisseur de la couche de peinture 20 sur la portion 15 de la surface 10 en tout point de cette portion 15 est au moins égale à 200 pm. L'épaisseur de la couche de peinture 20 est mesurée perpendiculairement à sa surface libre, et est la distance entre cette surface libre et la surface 10 de la pièce 1. Les essais effectués par les inventeurs sur des pièces munies d'un revêtement de protection déposé selon le procédé de l'invention montrent que la couche de peinture est alors suffisamment épaisse pour protéger de façon durable la pièce 1. Avantageusement, l'épaisseur de la couche de peinture 20 sur la portion 15 de la surface 10 en tout point de cette portion 15 est au moins 10 égale à 500 pm. La protection de la pièce 1 est alors encore plus efficace. Avantageusement, la couche de peinture 20 déposée sur la portion 15 de la surface 10 comprend une première sous-couche 21 et une deuxième sous-couche 22 de couleur différente de la couleur de la 15 première sous-couche 21, et, à l'étape (b), on dépose la couche de peinture 20 selon les sous-étapes suivantes : (b1) On dépose la première sous-couche de peinture 21, (b2) On sèche ladite première sous-couche de peinture 21, (b3) On dépose ladite deuxième sous-couche de peinture 22, 20 (b4) On sèche ladite deuxième sous-couche de peinture 22. Lorsque l'usure de la deuxième sous-couche de peinture 22 est devenue suffisamment importante pour révéler la première sous-couche de peinture 21 située en dessous de cette deuxième sous-couche 22, cette situation est aisément identifiable visuellement grâce à la différence de 25 couleur entre ces deux sous-couches. Ainsi, on peut sans attendre réparer la couche 20 en redéposant localement une deuxième sous-couche de peinture 22, avant que l'usure de la première sous-couche de peinture 21 atteigne la surface 10 de la pièce 1.Advantageously, the paint used is a polyurethane-based paint, because such a paint has an erosion resistance superior to that of other paints. Advantageously, the thickness of the paint layer 20 on the portion 15 of the surface 10 at any point of this portion 15 is at least 200 μm. The thickness of the paint layer 20 is measured perpendicularly to its free surface, and is the distance between this free surface and the surface 10 of the part 1. The tests carried out by the inventors on parts provided with a protective coating deposited according to the method of the invention show that the paint layer is then thick enough to sustainably protect the part 1. Advantageously, the thickness of the paint layer 20 on the portion 15 of the surface 10 at any point this portion 15 is at least 500 μm. The protection of the part 1 is then even more effective. Advantageously, the paint layer 20 deposited on the portion 15 of the surface 10 comprises a first sub-layer 21 and a second sub-layer 22 of a color different from the color of the first sub-layer 21, and, at the step (b), the paint layer 20 is deposited according to the following substeps: (b1) the first undercoat of paint 21 is deposited, (b2) said first undercoat of paint 21 is dried, (b3) Said second underlayer of paint 22, 20 (b4) is dried said second sub-layer of paint 22. When the wear of the second sub-layer of paint 22 has become large enough to reveal the first underlayer paint 21 located below this second sublayer 22, this situation is easily identifiable visually due to the difference in color between these two sublayers. Thus, the layer 20 can be repaired without delay by redepositing locally a second underlayer of paint 22, before the wear of the first underlayer of paint 21 reaches the surface 10 of the part 1.

30 L'invention concerne également une pièce en composite ayant subi le procédé selon l'invention tel que décrit ci-dessus, en particulier une pièce de turbomachine aéronautique. The invention also relates to a composite part having undergone the process according to the invention as described above, in particular an aeronautical turbomachine part.

Claims

REVENDICATIONS1. A method of protecting a composite part, characterized in that it comprises the following steps: (a) A solid composite part (1) is provided, a portion (15) of which of the composite surface (10) has a roughness with an arithmetic average deviation Ra greater than 0.6 μm and is substantially absent from external products, (b) depositing a layer of paint (20) directly on said surface portion (15), without prior deposition of adhering to said portion (15), (c) polymerizing said paint layer (20).

2. A method of protecting a composite part according to claim 1 characterized in that said paint layer (20) has a thickness of at least 200 μm.

3. A method of protecting a composite part according to claim 1 or 2 characterized in that before step (a), sandblasting said surface portion (15) (10) so as to confer said roughness.

4. A method of protecting a composite part according to any one of claims 1 to 3 characterized in that in step (a), a cleaning of said portion (15) surface (10) of way to clean it from external products.

5. A method of protecting a composite part according to any one of claims 1 to 4 characterized in that said paint layer (20) is based on polyurethane.

6. A method of protecting a composite part according to any one of claims 1 to 5 characterized in that said portion (15) of the surface (10) made of composite has a roughness with a mean arithmetic mean deviation Ra greater than at 1.5 pm.

7. A method of protecting a composite part according to any one of claims 1 to 6 characterized in that the maximum value Rt of the height of the roughness on said portion (15) is less than 50 pm.

8. A method of protecting a composite part according to any one of claims 1 to 7 characterized in that in step (b) said paint layer (20) comprises a first underlayer (21) and a second sub-layer (22) of a color different from the color of said first sub-layer (21), and in that said layer of paint (20) is deposited according to the following sub-steps: (b1) said first sub-layer (21) of paint, (b2) said first sub-layer (21) of paint is dried, (b3) said second sub-layer (22) of paint is deposited, (b4) said second sub-layer of paint is dried (b4) sub-layer (22) of paint.

Composite part (1) having undergone a protective process according to any one of the preceding claims.