EP1911549B1 - Masque de protection pour le traitement en surface d'aubes de turbomachines - Google Patents

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EP1911549B1
EP1911549B1 EP07113930A EP07113930A EP1911549B1 EP 1911549 B1 EP1911549 B1 EP 1911549B1 EP 07113930 A EP07113930 A EP 07113930A EP 07113930 A EP07113930 A EP 07113930A EP 1911549 B1 EP1911549 B1 EP 1911549B1
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mask
fins
blade
mask according
surface treatment
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Lhocine Oussaada
Thierry Labrousse
Thierry Belkheir
Claude Colas
Habib Mehdaoui
Christian Polis
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Safran Aircraft Engines SAS
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SNECMA SAS
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24C—ABRASIVE OR RELATED BLASTING WITH PARTICULATE MATERIAL
    • B24C1/00—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods
    • B24C1/04—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods for treating only selected parts of a surface, e.g. for carving stone or glass
    • 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
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/01—Selective coating, e.g. pattern coating, without pre-treatment of the material to be coated
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B12/00—Arrangements for controlling delivery; Arrangements for controlling the spray area
    • B05B12/16—Arrangements for controlling delivery; Arrangements for controlling the spray area for controlling the spray area
    • B05B12/20—Masking elements, i.e. elements defining uncoated areas on an object to be coated

Definitions

  • the invention relates to the protection of turbomachine blade surfaces prior to a partial surface treatment having an abrasive character or simply inappropriate to surfaces not to be treated. It also relates to the application of a surface protection for any mechanical part to be subjected to a similar surface treatment.
  • a turbomachine blade 10 here a compressor or a turbojet fan, is composed of a blade 11 having a lower surface and an extrados face 19, a stub 12 and a foot 13 slotting into a cell axial axis formed in the axis of the central disc of the machine supporting it (not shown).
  • a platform 14 separates the blade 11 from the stilt 12.
  • the central disk thus carries a certain number of blades whose blades are all kept equidistant from each other, in particular by fins 15 situated on a median part of each face of the blades and of which, for two adjacent fins of two neighboring blades, the ends are in contact.
  • the surface treatment of the blade 10, generally made of titanium or titanium alloy, comprises a first treatment E1 of the surface by sandblasting to increase the roughness, in preparation for a second step E2 called metallization with spray deposit thermal.
  • a first treatment E1 of the surface by sandblasting to increase the roughness in preparation for a second step E2 called metallization with spray deposit thermal.
  • the plasma torch projects the alloy coating at a high speed and at a high temperature (above 2500 ° K) onto the surface to be treated in order to obtain its adhesion.
  • Steps E1 are very abrasive and E2 steps are undesirable outside the surfaces to be treated. They require, in the case of fin processing, to interpose a protection between the sanding tools and / or the plasma torches and the surfaces 19 of the vanes 10 so as to subtract these from their effects. More precisely, only the surfaces 17 of the ends of fins 15 intended to be brought into contact with those 17 of the other fins of the neighboring blades, are subject, during manufacture, to the surface treatments above. In addition, the two faces 19 of the blade 11 have helical surfaces of very precise geometry which must be protected.
  • the only 18 contact surfaces, located on either side of the foot of the blade 10 are to be coated.
  • the other zones 12 and 13 of the foot must be protected at least during the treatment E2.
  • the operators of these operations are subject to nervous tensions due in particular to the sustained attention necessary for their execution; they are also exposed to the risk of musculoskeletal disorders (MSDs) following repetitive actions.
  • MSDs musculoskeletal disorders
  • a protective mask according to the preamble of claim 1 is described in the document EP 0 925 844 .
  • the Applicant proposes a protective mask for the treatment of turbomachine blade surfaces arranged to withstand the effects of surface treatment and to be able to be placed on the surface to be protected according to claim 1.
  • the surface treatment comprises a sanding step and / or a metallization step.
  • Tooling means a set of at least partially rigid parts whose shape and materials are suitable for masking the parts of surfaces to be protected. Tooling materials are also able to withstand the operating environment of operations E1 and E2. Thanks to the tooling of the invention, it eliminates any manual application of adhesive tape, and the masking is perfectly repetitive.
  • the protective mask is arranged to withstand the thermal effects of the surface treatment, here a plasma deposit.
  • the protective mask of step E1 is a material resistant to the abrasive action of sandblasting.
  • the protective mask is made of stainless steel or of silicone material or of polymer material.
  • the mask can be used for both sanding and plasma deposition.
  • the walls of the window are also perpendicular to this surface.
  • the window allows the passage of the molten metal particles during the metallization operation with the plasma torch.
  • This arrangement has the advantage that the molten metal particles from the plasma torch that are not directed in the axis of the window are deposited on the mask in the area bordering the window without being reflected inwards. These particles do not come to disturb the layer in formation by rebound.
  • the mask is removed.
  • the coating has exactly the shape defined by that of the window; it is not necessary to carry out a retouching operation.
  • the mask is put back into service for the treatment of other blades if the metallized zone at the edge of the window is not too thick.
  • the mask can thus be used several times before requiring a reformation by "demetallization" of the area bordering the window.
  • Such a mask restoration operation is advantageously performed by chemical machining according to the techniques known to those skilled in the art.
  • the same mask is used to protect the surfaces that should not be sandblasted.
  • a mask 239 of protection comprising two half-shells 233, matches the shape of the fins in a chimney 234 and faces 19 adjacent thereto. These shapes are directly deduced from the plane of the blade 10.
  • the two half-shells 233 are assembled together on the surface to be protected by means of four clamps 236, for example stainless spring blades encrusted in holes (not visible in the figure) provided for this purpose in the mask 239.
  • the mask in this case is made of silicone material. This material is both resistant to mechanical sanding treatment and to the metallization heat treatment.
  • the two half-shells 233 reveal the surfaces of the ends of fins 17 to be treated through lights 235 so that these ends remain sufficiently clear of the mask of a certain height "E".
  • the mask 239 serves both for sanding and for plasma deposition, it is still reused a number of times.

Description

  • L'invention concerne la protection de surfaces d'aubes de turbomachines en préalable à un traitement de surface partiel présentant un caractère abrasif ou simplement inapproprié aux surfaces à ne pas traiter. Elle concerne aussi l'application d'une protection de surface pour toute pièce mécanique devant être soumise à un traitement de surface similaire.
  • En référence à la figure 1, une aube 10 de turbomachine, ici de compresseur ou de soufflante de turboréacteur, se compose d'une pale 11 comportant une face intrados et une face extrados 19, d'une échasse 12 et d'un pied 13 s'emmanchant dans une alvéole axiale ménagée dans l'axe du disque central de la machine la supportant (non représentés). Une plate forme 14 sépare la pale 11 de l'échasse 12.
  • Le disque central porte ainsi un certain nombre d'aubes dont les pales sont toutes maintenues équidistantes les unes des autres notamment par des nageoires 15 situées sur une partie médiane de chaque face des pales et dont, pour deux nageoires adjacentes de deux pales voisines, les extrémités sont en contact.
  • Le traitement de surface de l'aube 10, généralement en titane ou en alliage de titane, comporte un premier traitement E1 de la surface par sablage pour en augmenter la rugosité, en préparation d'une deuxième étape E2 dite de métallisation avec dépôt par projection thermique. C'est le cas notamment de la projection au moyen d'une torche à plasma, soit d'un alliage de cuivre, par exemple Cu - Ni - In (cuivre - nickel - indium), dont la ductilité permet d'amortir les vibrations du moteur en fonctionnement au niveau des contacts des aubes avec le disque central, soit de carbure de tungstène, par exemple WC-Co (carbure de tungstène-cobalt) dont la dureté permet d'éviter l'usure occasionnée par les frottements entre les nageoires adjacentes.
  • La torche à plasma projette le revêtement d'alliage à grande vitesse et à température élevée (plus de 2 500°K) sur la surface à traiter pour y obtenir son accrochage.
  • Les étapes E1 sont très abrasives et les étapes E2 sont indésirables en dehors des surfaces à traiter. Elles nécessitent dans le cas du traitement des nageoires, d'interposer une protection entre les outils de sablage et/ou les torches à plasma et les faces 19 des aubes 10 de façon à soustraire ces dernières à leurs effets. Plus précisément, seules les surfaces 17 des extrémités de nageoires 15 destinées à être mises en contact avec celles 17 des autres nageoires des aubes voisines, sont soumises, lors de la fabrication, aux traitements de surface ci-dessus. En outre les deux faces 19 de la pale 11 présentent des surfaces en hélice, de géométrie très précise, qu'il faut protéger.
  • Dans le cas du traitement du pied, les seules surfaces 18 de contact, situées de part et d'autre 13 du pied de l'aube 10 sont à revêtir. Les autres zones 12 et 13 du pied doivent être protégées au moins durant le traitement E2.
  • Actuellement, pour cela, l'opérateur applique manuellement des rubans adhésifs ayant une résistance mécanique et thermique suffisante autour des surfaces à traiter.
  • Ces opérations manuelles sont longues et fastidieuses à cause de la complexité des formes des aubes, de la précision requise et du peu d'accessibilité des surfaces à protéger. Elles n'assurent pas une qualité de niveau constant puisqu'elles ne sont pas parfaitement répétitives et qu'une mauvaise adhésion des rubans adhésifs présente un risque de masquage voire de décollement du revêtement déposé. En outre lors de la métallisation, on constate que des particules atteignent la couche en formation après avoir rebondi sur la surface de protection. La qualité de l'accrochage ou de l'homogénéité de ces particules n'est alors pas suffisante, et les zones correspondantes sont moins résistantes aux sollicitations appliquées sur turbomachines.
  • Il existe donc un besoin pour améliorer la productivité et la qualité de ces opérations.
  • Par ailleurs les opérateurs sur ces opérations sont soumis à des tensions nerveuses dues notamment à l'attention soutenue nécessaire pour leur exécution ; ils sont aussi exposés à des risques de troubles musculo - squelettiques (TMS) consécutifs à la réalisation d'actions répétitives.
  • Un masque de protection selon le préambule de la revendication 1 est décrit dans le document EP 0 925 844 .
  • Pour remédier à tous ces inconvénients, la demanderesse propose un masque de protection pour le traitement de surfaces d'aubes de turbomachines agencé pour résister aux effets du traitement de surface et pour pouvoir être posé sur la surface à protéger selon la revendication 1..
  • Le traitement de surface comprend une étape de sablage et/ou une étape de métallisation.
  • Par outillage, on désigne un ensemble de pièces au moins en partie rigides dont la forme et les matériaux sont adaptés au masquage des parties de surfaces à protéger. Les matériaux de l'outillage sont aussi en capacité de résister à l'environnement opératoire des opérations E1 et E2. Grâce à l'outillage de l'invention, on supprime toute opération d'application manuelle de ruban adhésif, et le masquage est parfaitement répétitif.
  • De préférence, l'étape E2 entraînant une élévation de température, le masque de protection est disposé pour résister aux effets thermiques du traitement de surface, ici un dépôt plasma.
  • De préférence encore, l'étape E2 nécessitant un traitement mécanique préalable, le masque de protection de l'étape E1 est d'un matériau résistant à l'action abrasive d'un sablage.
  • Avantageusement, le masque de protection est en acier inoxydable ou en matériau silicone ou en matériau polymère.
  • Eventuellement, le masque peut servir à la fois pour le sablage et pour le dépôt plasma.
  • L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante d'un masque de protection pour une application de l'invention et du dessin annexé dans lequel :
    • la figure 1 représente une vue perspective d'une aube de compresseur;
    • la figure 2 représente une vue perspective d'une application de l'invention, consistant en un masque pour la protection des surfaces d'une aube contre le sablage et le dépôt plasma sur les surfaces à traiter de ses nageoires ;
  • Dans la mesure où la torche à plasma T est placée préférentiellement perpendiculairement à la surface à traiter, les parois de la fenêtre sont aussi perpendiculaires à cette surface. La fenêtre permet le passage des particules de métal en fusion pendant l'opération de métallisation avec la torche à plasma. Cette disposition présente l'avantage que les particules de métal en fusion issues de la torche à plasma qui ne sont pas dirigées dans l'axe de la fenêtre se déposent sur le masque dans la zone bordant la fenêtre sans être réfléchies vers l'intérieur. Ces particules ne viennent donc pas perturber la couche en formation par rebond. Après application d'une couche d'épaisseur voulue, on retire le masque. Le revêtement a exactement la forme définie par celle de la fenêtre ; il n'est pas nécessaire de procéder à une opération de retouche.
  • On remet en service le masque pour le traitement d'autres aubes si la zone métallisée en bordure de la fenêtre n'est pas trop épaisse. Le masque peut être ainsi utilisé plusieurs fois avant de nécessiter une remise en forme par "démétallisation" de la zone bordant la fenêtre. Une telle opération de restauration du masque est avantageusement effectuée par usinage chimique selon les techniques connues de l'homme du métier.
  • Si une opération préalable de préparation de la surface est nécessaire, on utilise le même masque pour protéger les surfaces qui ne doivent pas recevoir le sablage.
  • On a représenté sur la figure 2 un mode de réalisation de l'invention correspondant au traitement des nageoires de l'aube. Un masque 239 de protection comportant deux demi-coques 233, épouse la forme des nageoires selon une cheminée 234 et des faces 19 voisines de celles-ci. Ces formes sont directement déduites du plan de l'aube 10. Les deux demi-coques 233 sont assemblées entre elles sur la surface à protéger par le moyen de quatre pinces 236, par exemple des lames de ressort en inox s'incrustant dans des trous (non visibles sur la figure) ménagés à cet effet dans le masque 239.
  • Le masque dans ce cas est en matériau silicone. Ce matériau est à la fois résistant au traitement mécanique de sablage et au traitement thermique de métallisation.
  • Les deux demi-coques 233 laissent apparaître les surfaces des extrémités de nageoires 17 à traiter au travers de lumières 235 de façon à ce que ces extrémités restent suffisamment dégagées du masque d'une certaine hauteur « E ».
  • Le masque 239 sert à la fois pour le sablage et pour le dépôt plasma, il est encore réutilisé un certain nombre de fois.
  • La présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation représentés. L'étendue de la protection est définie dans les revendications ci-jointes.

Claims (6)

  1. Masque de protection pour le traitement de surfaces (17) d'une aube (10) de turbomachine comportant des nageoires, disposé autour desdites surfaces en résistant aux effets du traitement de surface, tout en constituant un outillage démontable et réutilisable, caractérisé par le fait que lesdites surfaces étant situées en extrémité de nageoire, il est composé de deux demi coques (233) épousant la forme des nageoires selon une cheminée et des faces (19) de l'aube (10) voisines des nageoires, et comportant des lumières laissant apparaître lesdites surfaces à traiteur.
  2. Masque selon la revendication 1 dont les demi-coques (233) sont maintenues ensemble par des verrous ou des pinces (236).
  3. Masque selon l'une des revendications 1 et 2, constitué en un matériau résistant aux effets thermiques d'un dépôt plasma.
  4. Masque selon l'une des revendications 1 à 3, constitué en un matériau résistant aux effets thermiques d'ùn sabrage.
  5. Masque selon l'une des revendications 1 à 4, constitué en matériau silicone ou polymère.
  6. Masque selon la revendication 5 dans lequel, les aubes de turbomachines comportent des nageoires (15) dont les extrémités sont à traiter, lesdites extrémités restent dégagées du masque d'une certaine hauteur « E ».
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