TITRE : PROCEDE DE TRAITEMENT DE SURFACE D’UNE PIECE METALLIQUE DE TURBOMACHINE

Domaine de l’invention

La présente invention est relative au domaine du traitement de surface de pièce métallique, notamment de turbomachine. Elle vise en particulier, le nettoyage de la surface de la pièce après un grenaillage.

Arrière-plan technique

L’art antérieur comprend les documents US-A1 -2019/119523, US-A1 -2007/107807, et PL- B1 -218858.

Il est connu de modifier la surface de pièce de turbomachine pour améliorer leurs performances mécaniques et leurs durées de vie. Un exemple de traitement de surface est le grenaillage dans lequel des billes d’acier, de céramique ou de verre sont projetées à très grande vitesse sur la surface de la pièce de manière à induire des contraintes de compression superficielle dans la pièce ou à minima d’éliminer les contraintes en traction qui sont bénéfiques pour la tenue en fatigue de la pièce. Le grenaillage est utilisé en production mais aussi en réparation de pièce de turbomachine.

Lorsque le grenaillage implique l’utilisation de billes d’acier sur des pièces métalliques, celles-ci peuvent s’incruster. La présence de ces résidus ferreux est inacceptable sur des pièces métalliques, et en particulier en titane, car ils peuvent engendrer un couplage galvanique avec le titane lors du fonctionnement de la turbomachine (contraintes et températures élevées). La surface de chaque pièce doit être nettoyée ou décontaminée afin d’éviter une oxydation. Généralement, le nettoyage utilise un bain chimique à base d’acide nitrique dans lequel la pièce est immergée. L’acide nitrique permet de dissoudre les résidus ferreux et les billes d’acier. Cependant, l’utilisation de bain chimique peut entraîner un risque de Sécurité, Santé, Environnement (SSE) pour les opérateurs qui doivent préparer le bain chimique et aussi manipuler les pièces dans le bain chimique. L’utilisation du bain chimique peut être également délicate d’un point de vue faisabilité car les pièces de grande dimension nécessitent des cuves adéquates. L’utilisation de tampon pour un nettoyage localisé et manuel par un opérateur peut également présenter un risque SSE puisqu’un produit chimique est utilisé également. Il est également possible de nettoyer la pièce au moyen d’une étape de tribofinition dans laquelle la pièce métallique est immergée dans une cuve contenant un média abrasif avec éventuellement un liant. La pièce métallique et le média abrasif sont mis en agitation dans la cuve ce qui permet d’agir sur la rugosité de la surface de la pièce et d’enlever par frottement des résidus ferreux et des billes d’acier. Cependant, cet équipement n’est pas disponible dans tous les ateliers, la cuve doit être à la taille de la pièce et cette étape est coûteuse.

Une autre solution est d’employer un nettoyeur à haute pression du type Kàrcher® qui envoie un jet d’eau à la surface de la pièce à une pression d’environ une centaine de bar. L’impact mécanique du jet d’eau permet d’enlever les résidus présents à la surface de la pièce. Toutefois, tous les ateliers ne sont pas équipés d’un nettoyeur haute pression et il s’agit d’un équipement coûteux également.

Résumé de l’invention

L’objectif de la présente invention est de fournir une solution simple et non coûteuse permettant de nettoyer la surface de la pièce efficacement ou une zone précise et peu étendue d’une pièce, sans nuire à l’environnement et à la santé des opérateurs.

Nous parvenons à cet objectif conformément à l’invention grâce un procédé de traitement de surface d’une pièce métallique, en particulier de turbomachine, le procédé comprenant une étape de grenaillage d’une surface de la pièce métallique à partir de billes métalliques et une étape de nettoyage de la surface de la pièce métallique après le grenaillage, le nettoyage comprenant l’application d’une pâte de nettoyage magnétique, comprenant au moins un polymère et une poudre magnétique, sur la surface de la pièce métallique de manière à enlever les éventuels résidus de billes métalliques.

Ainsi, cette solution permet d’atteindre l’objectif susmentionné. En particulier, cette pâte de nettoyage magnétique permet de retirer tous les résidus métalliques issus des billes métalliques en les piégeant sans utiliser des produits à risque pour les opérateurs et l’environnement. La pâte de nettoyage permet de travailler localement et est facile à mettre en oeuvre sur tous les types de surfaces. En effet, la pâte de nettoyage permet de décontaminer une zone précise et petite sur une pièce, ce qui est pertinent lorsque le grenaillage ne concerne qu’une petite zone de la pièce (reprise par usinage d’une anomalie de surface qui nécessite un regrenaillage par exemple). De plus, concernant l’environnement, une telle pâte peut être traitée en tant que déchet facilement au lieu des cuves contenant de l’acide citrique par exemple.

La procédé comprend également l’une ou plusieurs étapes et/ou des caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison : la pièce métallique est réalisée en titane ou en alliage de titane le matériau des billes métalliques comprend de l’acier. le procédé comprend une étape de dégraissage ultérieure à l’étape de nettoyage.

L’invention concerne en outre une pâte de nettoyage d’une pièce métallique, en particulier de turbomachine, comprenant au moins un polymère et une poudre magnétique.

La pâte comprend également l’une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison : le polymère est compris dans le groupe le polyuréthanne, le polyester-polyuréthannes, le polyether-polyuréthanne, le polyester, le polyamide, la résine époxyester, les polyesteramides et/ou les alkydes, les polysiloxanes et leurs mélanges la poudre magnétique comprend de la magnétite ou de la limaille de fer. la poudre magnétique comprend une quantité en poids comprise entre 40 et 80% du poids total de la pâte.

Brève description des figures

L’invention sera mieux comprise, et d’autres buts, détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description explicative détaillée qui va suivre, de modes de réalisation de l’invention donnés à titre d’exemples purement illustratifs et non limitatifs, en référence aux dessins schématiques annexés dans lesquels :

[Fig. 1] La figure 1 est une vue schématique et en coupe axiale d’une installation de grenaillage à laquelle s’applique l’invention ; et

[Fig. 2] La figure 2 représente suivant une vue schématique en perspective l’application d’une pâte de nettoyage sur la surface d’une portion de pièce métallique « grenaillée » à traiter selon l’invention.

Description détaillée de l’invention

La figure 1 représente une installation 1 pour le traitement de surface d’une pièce métallique et en particulier de turbomachine. Bien entendu, l’invention n’est pas limitée aux pièces de turbomachine. L’installation 1 pour le traitement de surface est une installation de grenaillage. Plus précisément, l'installation comprend une enceinte 2 et un dispositif de projection 3 de billes. L’enceinte comprend des parois latérales 4 dont une comprend une ouverture 5 permettant l’installation de la pièce dans l’enceinte 2. Le dispositif de projection 3 est installé à l’intérieur de l’enceinte 2 et comprend des buses 6 pour pulvériser à haute vitesse des billes servant de projectiles sur la surface de la pièce à traiter. Un support 7 destiné à maintenir une pièce 8 métallique est agencé au sein de l’enceinte. En d’autres termes, les parois de l’enceinte entourent la pièce métallique. Le support 7 peut être mobile en rotation pour entraîner la pièce métallique en rotation. Une porte 4a permet de fermer l’ouverture 5 pour éviter toute projection de billes à l’extérieur de l’enceinte pendant l’opération de grenaillage.

De manière alternative, les billes sont projetées sur la surface 10 de la pièce grâce à des ultrasons. Dans ce cas, le dispositif de projection de billes comprend une ou plusieurs sonotrodes (non représentées) comprenant chacune une surface vibrante qui est destinée à mouvoir les billes vers la surface de la pièce.

Les billes sont métalliques. Celles-ci sont réalisées avantageusement, mais non, en acier. Les billes présentent un diamètre compris entre 0.5 et 2 mm et une dureté comprise entre 8 et 10 Mohs.

La pièce 8 métallique à traiter peut être une aube de turbine, une roue mobile destinée à porter des aubes ou un autre organe de la turbomachine. Le matériau de la pièce métallique est compris dans le groupe comprenant le titane ou l’alliage de titane, l’acier, l’aluminium, et les superalliages à base de nickel. Avantageusement, mais non limitativement, la pièce métallique est réalisée en titane ou en alliage de titane.

Dans un procédé de traitement de surface d’une pièce métallique, en particulier de turbomachine, celui-ci comprend une étape de grenaillage de la surface de la pièce métallique à traiter. L’étape de grenaillage est réalisée au moyen d’une installation de grenaillage telle que décrite ci-dessus.

Le procédé comprend ensuite une étape de nettoyage de la surface de la pièce métallique pour enlever les éventuelles billes 9 incrustées ou dépôt de résidus métalliques à la surface de la pièce métallique. Dans le cas des billes d’acier, le dépôt comprend des résidus ferreux. En référence à la figure 2, l’étape de nettoyage comprend l’application d’une pâte de nettoyage 11 magnétique sur la surface 10 de la pièce. Etant donné que la pâte de nettoyage 11 est magnétique, celle-ci va pouvoir « attirer » les billes 9 ou résidus du matériau des billes plus facilement.

Dans la présente invention, nous entendons par le terme « pâte », une composition qui est molle, soit qui a une viscosité située entre un solide et un liquide et qui est facilement malléable.

La pâte de nettoyage 11 est souple ou molle de sorte que celle-ci puisse accéder à toutes les zones difficiles d’accès de la surface de la pièce métallique. Typiquement, la pâte de nettoyage 11 est malléable à la main à température ambiante.

Dans la présente demande, la pâte de nettoyage 11 comprend au moins un polymère et une poudre magnétique.

Le polymère permet d’une part, de maintenir ensemble la poudre magnétique dans la pâte et d’autre part, d’adhérer à la pièce pour décoller les billes 9 ou résidus du matériau des billes.

Le polymère est choisi dans le groupe comprenant le polyuréthanne, le polyester- polyuréthannes, le polyether-polyuréthanne, le polyester, le polyamide, la résine époxyester, les polyesteramides et/ou les alkydes, les polysiloxanes et leurs mélanges. Avantageusement, le polymère est du silicone (polysiloxane).

La poudre magnétique comprend une quantité en poids comprise entre 40% et 80% du poids total de la pâte 11 comprenant le polymère.

Le matériau magnétique est choisi dans le groupe comprenant la magnétite ou la limaille de fer. Le fer a une forte susceptibilité magnétique par rapport au titane. La magnétite permet d’attirer le fer des billes d’acier facilement sur la pièce qui est en titane. La susceptibilité magnétique est la particularité d’une pièce à pouvoir s’aimanter sous l’action d’une excitation magnétique.

En particulier, le matériau des billes présentent une susceptibilité magnétique supérieure à celle du matériau de la pièce métallique. La poudre magnétique comprend des particules dont la granulométrie est comprise entre 200 pm et 800 pm.

Lors de l’étape de nettoyage, la pâte de nettoyage 11 est « roulée » sur la surface 10 de la pièce 8 de manière que les particules magnétiques emprisonnent les résidus des billes métalliques dans la pâte de nettoyage. Nous comprenons qu’il n’y a pas de frottement ce qui permet de conserver l’intégrité physique (des rayures par exemple) de la pièce après le passage de la pâte. A chaque passage, l’opérateur pétrit la pâte 11 et les résidus pour obtenir un mélange homogène et de manière à appliquer ce mélange à nouveau sur la surface de la pièce à traiter.

Le procédé comprend enfin une étape de dégraissage ultérieurement à l’étape de nettoyage. L’étape de dégraissage permet d’éliminer la totalité des résidus de gras et de dépôts métalliques à la surface de la pièce. Les résidus de gras sont liés à la manipulation de la pièce et de la nature de la pâte de nettoyage.

L’étape de dégraissage est réalisée en utilisant un bain nettoyant ou dégraissant qui soit compatible avec le matériau de la pièce métallique. Le bain nettoyant consiste à immerger la pièce pendant un temps déterminé dans des solutions alcalines et dans des conditions de températures et de concentrations définies.

Alternativement, la surface de la pièce est aspergée du bain nettoyant avec les mêmes conditions de durée et de température.

La surface de la pièce métallique ainsi nettoyée (décontaminée) et dégraissée est exempte de tous résidus et est prête pour être mise ou remise en service dans les conditions prévues d’utilisation. La pièce ainsi traitée ne subira pas de coupage galvanique pendant son fonctionnement.