La présente invention concerne un procédé de réalisation d'une pièce métallique de géométrie complexe à paroi fine.

Par paroi fine, on entend selon l'invention une paroi ayant une épaisseur inférieure à 5 mm.

L'invention concerne notamment bien que non exclusivement le domaine des pièces aéronautiques, notamment des pièces pour la réalisation d'une nacelle d'un aéronef, et plus particulièrement des tuyères aéronautiques.

On connaît, notamment du document US 2006/0039817, un procédé pour réaliser des tôle composites fines destinées à la réalisation de capots en particulier dans le domaine des nacelles pour aéronef.

Ces tôles composites fines sont réalisées à partir d'une poudre métallique atomisée à partir d'un barreau d'alliage et mélangée à un liant polymère. Le mélange obtenu est transformé sous forme d'une tôle composite souple qui est ensuite soumise à une étape de déliantage, c'est-à-dire une étape d'élimination du liant polymère, suivie d'une étape de frittage, et si nécessaire, suivie d'une étape de compaction isostatique à chaud. La tôle composite fine obtenue a une ductilité très faible de sorte qu'une pièce à géométrie complexe ne peut être obtenue qu'en mettant en œuvre des procédés longs et coûteux. En outre lorsque la pièce doit comporter des éléments rapportés tels que des brides ou des raidisseurs, ces éléments doivent être fixés par rivetage ou par soudage.

Un but de l'invention est de proposer un procédé de réalisation d'une pièce métallique de géométrie complexe à paroi fine pouvant être mis en œuvre de façon simple.

En vue de la réalisation de ce but, on propose selon l'invention un procédé de réalisation d'une pièce métallique de géométrie complexe à paroi fine comprenant les étapes de : mélanger une poudre métallique avec un liant polymère pour obtenir un mélange composite, réaliser une tôle composite souple à partir du mélange composite, découper dans la tôle composite souple une préforme à partir d'un contour de ladite pièce métallique, appliquer la préforme dans un moule ayant une face configurée selon un relief de ladite pièce métallique, et procéder à un déliantage et un frittage de la préforme pour obtenir ladite pièce métallique.

Ainsi, la mise en forme de la préforme à l'état de tôle composite souple peut être aisément réalisée même pour des pièces de géométrie complexe et la mise en œuvre des opérations de déliantage et de frittage postérieurement à la mise en forme de la préforme permettent de fixer la pièce dans la géométrie souhaitée.

On comprendra que les étapes de déliantage et de frittage sont réalisées dans le moule.

Selon une version avantageuse de l'invention, le procédé comporte en outre une étape de compaction isostatique à chaud entre l'étape de frittage et les finitions. Ainsi on accentue la densification obtenue lors du frittage.

Selon un premier mode de mise en œuvre de l'invention, le moule est un moule en demi-coquille comportant une surface de butée, et le moule est disposé pendant les étapes de déliantage et de frittage de façon que la préforme soit maintenue appliquée dans le moule et contre la surface de butée par simple gravité. Ainsi l'extrémité de la préforme en contact avec la surface de butée constitue une référence de dimensionnement permettant de mettre la pièce métallique à la longueur souhaitée par une simple opération de sciage.

Selon un deuxième mode de mise en œuvre de l'invention, le moule comporte une partie de moule mâle et une partie de moule femelle dont une première partie de moule comporte ladite face configurée selon un relief de la pièce métallique, et une seconde partie de moule s'étend en regard de la première partie de moule à une distance de celle-ci supérieure à une épaisseur de la tôle composite souple, et le moule comporte une surface de butée s'étendant transversalement à la partie de moule mâle et à la partie de moule femelle et disposée par rapport à celles-ci pour que pendant les étapes de déliantage et de frittage la préforme vienne en contact de la surface de butée par simple gravité. Ainsi, comme dans le premier mode de mise en œuvre, l'extrémité de la préforme en contact avec la surface de butée constitue une référence de dimensionnement permettant de mettre la pièce métallique à la longueur souhaitée par une simple opération de sciage.

Selon d'autres caractéristiques prises isolément ou en combinaison : la préforme est surdimentionnée pour compenser un retrait de la préforme lors des étapes de déliantage et de frittage ; la préforme est surdimentionnée pour que ladite pièce métallique soit mise à une cote par de simples opérations de sciage ; le procédé comporte en outre l'étape de fixer un élément rapporté en prenant une partie de fixation de l'élément rapporté en sandwich entre deux segments de tôle composite souple préalablement à l'étape de déliantage ; le moule a un coefficient de dilatation proche de ladite pièce métallique ; la préforme est encollée préalablement à son application dans le moule ; au moins une face de moule en regard d'une préforme en tôle composite souple comporte des plots de contact séparés par des rainures , de préférence prises selon une direction perpendiculaire à une rainure, les plots et les rainures ont des dimensions qui sont liés par la relation :

e/h<5, dans laquelle e désigne la dimension des plots selon une direction perpendiculaire à une rainure, et h désigne la largeur de la rainure.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit de deux modes de mise en œuvre particuliers non limitatifs du procédé selon l'invention, en référence aux figures ci-jointes parmi lesquelles :

- La figure 1 est une vue en perspective schématique d'une tuyère d'échappement de nacelle réalisée par mise en œuvre du procédé selon l'invention,

- la figure 2 est un diagramme par bloc illustrant les différentes étapes du procédé selon l'invention,

- la figure 3 est une vue en perspective schématique d'un moule pour une première mise en œuvre du procédé selon invention, garni avec une préforme, avant déliantage et frittage,

- la figure 4 est une vue en coupe schématique selon le plan IV-IV de la figure 3,

- la figure 5 est une vue en coupe schématique partielle selon le plan V- V de la figure 3,

- la figure 6 est une vue en perspective analogue à celle de la figure 3 après déliantage et frittage,

- la figure 7 est une vue en coupe selon le plan VI I -VI I de la figure 6,

- la figure 8 est une vue en coupe selon le plan VIN-VIN de la figure 6,

-la figure 9 une vue en perspective schématique partiellement écorchée d'un second mode de mise en œuvre selon l'invention, garni avec une préforme, avant déliantage et frittage,

- la figure 10 est une vue analogue à celle de la figure 9 après déliantage et frittage,

- la figure 11 est une vue de dessus partielle d'un premier mode de réalisation d'une configuration favorisant l'élimination du liant,

- la figure 12 est une vue analogue à celle de la figure 11 d'une deuxième configuration favorisant l'élimination du liant,

- la figure 13 est une vue analogue à celle de la figure 11 d'une troisième configuration favorisant l'élimination du liant.

Le procédé selon l'invention est destiné à permettre la réalisation d'une pièce métallique de géométrie complexe à paroi fine, telle qu'une tuyère d'échappement 1 de nacelle comportant une paroi fine 2 pourvue de raidisseurs 3. Pour une meilleure compréhension de l'invention les épaisseurs ont été exagérées par rapport aux autres dimensions des pièces.

Le procédé comporte de façon connue en soi une première étape 4 d'atomisation d'un barreau d'alliage, ici un alliage de titane et d'aluminium, pour produire une poudre métallique servant à effectuer un mélange 5 avec un liant polymère, tel que du PBHT, du PEG, du PE, ou une résine acrylique, pour la réalisation 6 d'une tôle composite souple. De préférence, dans une application à une tuyère d'échappement réalisée à partir de tôles de 1mm d'épaisseur, la granulométrie est comprise entre ΙΟμιη et 45μιη avec un D50 d'environ 30μιη, et la charge massique en poudre est de l'ordre de 60% à 65 % et la tôle composite souple a une épaisseur de 1mm à 2 mm selon l'utilisation envisagée.

Selon l'invention, le procédé comporte un découpage 7 d'une préforme suivi d'une application 8 de la préforme dans un moule ayant une face configurée selon un relief de la pièce métallique à réaliser. Cette étape est suivie d'une étape 9 de déliantage et de frittage suivie d'une compaction isostatique à chaud 10, elle-même suivie de finitions 11, connues par elles-mêmes, telles qu'un brasage, un polissage...

Les figures 3 à 7 illustrent une première mise en œuvre de l'invention dans un moule en demi-coquille 12 comportant un épaulement 13 formant une surface de butée pour une extrémité de la préforme 14 ayant des bords longitudinaux 15 qui affleurent l'ouverture supérieure du moule 12. Le fond du moule 12 comporte des rainures 16 configurées pour réaliser les raidisseurs 3. La préforme 14 est engagée dans les rainures 16 en formant des plis 18. Lors du déliantage les grains de poudre métallique sont libérés et peuvent se déplacer pour s'uniformiser, comme illustré par la figure 7 avant d'être soudés les uns aux autres lors de l'opération de frittage

La face de la préforme 14 qui est en regard du fond du moule 12 comporte une couche de colle 17 servant à maintenir la préforme dans le moule 12 avant le frittage. Le bord arrière de la préforme 14 coïncide avec le bord arrière du moule 12.

Un élément rapporté, ici une bride 19, a une partie de fixation 20 qui est prise en sandwich entre l'extrémité arrière de la préforme 14 et un segment de tôle composite souple 21. Comme illustré par la figure 5, avant le déliantage et le frittage, le segment de tôle composite 21 forme un pont au-dessus de la partie de fixation 20.

Lors des étapes de déliantage et de frittage, le moule 12 est incliné vers le bas de sorte que l'extrémité avant de la préforme 14 reste en appui sur la surface de butée 13. Le retrait s'effectue donc au niveau du bord supérieur et du bord arrière de la préforme comme illustré par des flèches en trait épais sur les figures 6 et 7. Les dimensions de la préforme tiennent compte de ce retrait pour qu'une fois sortie du moule la pièce réalisée puisse être sciée pour obtenir une demi-pièce de révolution qui est soudée bord à bord avec une pièce identique pour obtenir une pièce de révolution.

Lors du déliantage et du frittage, le segment de tôle composite 21 se déforme et enveloppe de façon intime la partie de fixation 20 comme illustré sur la figure 8.

Pour éviter que la préforme 14 adhère au moule 12 lors des opérations de déliantage et de frittage, la face interne du moule 12 est de préférence recouverte par pulvérisation d'un agent d'antiadhérence tel que de l'yttrine ou de l'alumine.

Pour éviter d'introduire des contraintes trop importantes entre la préforme et le moule au moment du frittage, le moule est de préférence réalisé en une matière ayant un coefficient de dilatation proche de la tôle composite souple. Dans le cas d'une tôle composite souple en alliage Ti-AI, le moule est de préférence en alliage de Ti-AI, mais il peut également être réalisé en alumine ou en yttrine.

Les figures 9 et 10 illustrent un second mode de mise en œuvre du procédé selon l'invention. Le moule 22 comporte cette fois une partie de moule femelle 23 et une partie de moule mâle 24 qui sont emboîtées l'une dans l'autre après garnissage de la partie femelle avec une préforme 25 en tôle composite souple . le deux parties de moule sont posées sur une embase 26 qui forme une surface de butée commune. Dans l'exemple illustré, la face interne de la partie de moule femelle est configurée selon un relief de la pièce métallique à réaliser. Un intervalle 27 de 10 μιη à 1000 μιη est alors prévu entre la préforme 25 et la partie de moule mâle 24 pour permettre aux gaz provenant du déliantage de s'échapper. Au cours du déliantage la poudre métallique se tasse sous l'effet de la gravité de sorte que l'épaisseur de métal fritté est égale à la distance entre les faces en regard de la partie de moule mâle et la partie de moule femelle.

Pour permettre un déliantage optimal, et notamment une évacuation sans accumulation des gaz issus de la dégradation des liants, au moins une face de moule en regard d'une préforme en tôle composite souple comporte des plots de contact séparés par des rainures. Les figures 11 à 13 illustrent trois exemples de configuration, l'une dans laquelle les plots 28 sont hexagonaux, la deuxième dans laquelle les plots 29 sont ciculaires, et la troisième dans laquelle les plots 30 sont rectangulaires. En outre, ces trois configurations ont en commun que : la fraction de surface non portante par rapport à la surface totale est de 0 à 70 %, ; pris selon une direction perpendiculaire à une rainure, les plots ont une dimension maximale de 1 cm ;; les rainures ont de préférence une profondeur supérieure à 1 mm; et les rainures ont une largeur h qui est reliée à la dimension des plots par la relation :

e/h<5, dans laquelle e désigne la dimension des plots selon une direction perpendiculaire à une rainure, et h désigne la largeur de la rainure.

Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de mise en œuvre décrits et est susceptible de variantes de réalisation qui apparaîtront à l'homme du métier sans sortir du cadre de l'invention telle que définie par les revendications.

En particulier, bien que l'invention ait été décrite en relation avec une tuyère d'échappement d'un aéronef, l'invention s'applique à d'autres pièces, y compris en dehors du domaine aéronautique

Bien que l'invention ait été décrite en relation avec la réalisation de pièces de révolution, elle est susceptible de s'appliquer à des pièces quelconques.

Bien que dans le deuxième mode de mise en œuvre la préforme ait été prévue pour être appliquée dans la partie de moule femelle, elle peut être dans la partie de moule mâle, en particulier dans le cas où le relief recherché s'étend sur la face interne de la pièce.

Bien que l'invention ait été décrite en relation avec une poudre métallique ayant de préférence une granulométrie comprise entre 10 μιη et 45μιη, pour la réalisation d'une tôle ayant une épaisseur de 1 mm, la granulométrie pourra être adaptée à l'application concernée, et en particulier à l'état de surface recherché. A titre d'exemple non limitatif, pour une tôle ayant une épaisseur de 2 mm, on pourra prévoir une granulométrie de 10 μιη à 120 μιη. Le taux de charge pourra être adapté à la granulométrie bien qu'un taux de charge de 60 % à 65% soit généralement satisfaisant quelle que soit la granulométrie de la poudre métallique.

Bien que l'invention ait été décrite en relation avec une poudre métallique réalisée à partir d'un alliage de Ti-AI, l'invention peut être mise en œuvre à partir d'autres alliages, notamment des alliages contenant du nickel.