FR3122342A1 - PROCESS FOR COMPACTING AN ANTI-CORROSION PAINT ON A TURBOMACHINE PART - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne un procédé de compactage d’une peinture anti-corrosion comportant des particules métalliques d’une pièce mécanique (1) telle qu’une pièce de turbomachine, la pièce mécanique (1) s’étendant suivant un axe longitudinal X et comprenant une surface radialement externe revêtue d’une première couche (4, 4’) de peinture anti-corrosion. Selon l’invention, le procédé comprend au moins une étape de génération d’un faisceau laser (11) sur la première couche (4, 4’) de peinture anti-corrosion de manière à mettre en contact les particules métalliques et à rendre électriquement conductrice la peinture anti-corrosion. Figure pour l’abrégé : figure 1The invention relates to a method for compacting an anti-corrosion paint comprising metal particles of a mechanical part (1) such as a turbomachine part, the mechanical part (1) extending along a longitudinal axis X and comprising a radially outer surface coated with a first layer (4, 4') of anti-corrosion paint. According to the invention, the method comprises at least one step of generating a laser beam (11) on the first layer (4, 4') of anti-corrosion paint so as to bring the metal particles into contact and to render electrically conductive anti-corrosion paint. Figure for the abstract: figure 1
Description
Domaine de l’inventionField of invention
La présente invention concerne le domaine des traitements ou préparations de surface de pièces mécaniques contre la corrosion. Elle vise en particulier, un procédé de compactage d’une peinture anti-corrosion recouvrant une pièce, en particulier une pièce de turbomachine.The present invention relates to the field of surface treatments or preparations of mechanical parts against corrosion. It relates in particular to a process for compacting an anti-corrosion paint covering a part, in particular a part of a turbomachine.
Arrière-plan techniqueTechnical background
Les pièces mécaniques, notamment celles employées dans les turbomachines d’aéronefs, sont exposées à des environnements contraignants en termes de températures, d’éléments corrosifs, et de réactions d’oxydations. Les pièces, telles que les arbres de compresseur et/ou de turbine, sont par exemple réalisées dans un acier ou un alliage d’acier à teneur de cobalt réduite de manière à présenter une résistance mécanique élevée. Ces aciers présentent une forte sensibilité aux phénomènes de corrosion qui se manifestent principalement par le développement de piqûres de corrosion qui consistent en des attaques localisées et profondes. Ces pièces sont également soumises à de fortes sollicitations mécaniques lors du fonctionnement de la turbomachine qui peuvent conduire à un développement de la corrosion. L’effet synergique contrainte/corrosion conduit à un accroissement notable des phénomènes de corrosion.Mechanical parts, especially those used in aircraft turbomachines, are exposed to harsh environments in terms of temperatures, corrosive elements, and oxidation reactions. The parts, such as the compressor and/or turbine shafts, are for example made of a steel or a steel alloy with a reduced cobalt content so as to have high mechanical strength. These steels are highly sensitive to corrosion phenomena which are mainly manifested by the development of corrosion pits which consist of localized and deep attacks. These parts are also subjected to strong mechanical stresses during the operation of the turbomachine which can lead to the development of corrosion. The stress/corrosion synergistic effect leads to a significant increase in corrosion phenomena.
Certaines pièces ont été recouvertes par une peinture résistante aux températures élevées et aux différents éléments corrosifs et oxydatifs (kérosène, huile, etc.) pour que celles-ci résistent à l’environnement dans lequel elles évoluent, et notamment les protéger de la corrosion. Cette peinture étant composée en partie de trioxyde de chrome, a été classée comme CMR qui est l’acronyme de Cancérigène, Mutagène, Reprotoxique, et est frappée par le règlement « REACH » sur l'Enregistrement, l'Evaluation, l'Autorisation et les restrictions des substances CHimiques.Some parts have been covered with a paint resistant to high temperatures and to various corrosive and oxidative elements (kerosene, oil, etc.) so that they can withstand the environment in which they operate, and in particular protect them from corrosion. This paint being partly composed of chromium trioxide, has been classified as CMR which is the acronym for Carcinogenic, Mutagenic, Reprotoxic, and is subject to the “REACH” regulation on Registration, Evaluation, Authorization and the restrictions of CHemical substances.
Afin de s’affranchir des contraintes liées à cette réglementation, une solution consistant à rendre la peinture anodique a été développée. Des exemples de cette solution sont décrites dans les documents FR-A1-2991216 et FR-A1-3040013. En particulier, cette solution consiste à projeter sur la surface de la pièce une peinture liquide ayant un liant minéral et chargée de particules métalliques. Cette peinture est projetée via un pistolet manipulé par un opérateur ou un bras mécanique, et la pièce revêtue de peinture est ensuite chauffée dans un four pour polymériser la peinture projetée. Puis, la peinture polymérisée subit une action mécanique telle qu’un compactage afin de mettre en contact les particules métalliques sans dégrader l’aspect cosmétique et physique de la peinture en fonction du type de compactage réalisé. Cette action permet de réaliser une continuité électrique entre les particules métalliques de la peinture et les parties métalliques à traiter. La couche de peinture est ainsi rendue dense et conductrice électriquement pour en faire une couche sacrificielle qui se corrodera préférentiellement, en lieu et place du métal de la pièce à protéger. Nous parlons alors d'une peinture anodique pour désigner la couche sacrificielle rendue conductrice.In order to overcome the constraints linked to this regulation, a solution consisting in making the paint anodic has been developed. Examples of this solution are described in the documents FR-A1-2991216 and FR-A1-3040013. In particular, this solution consists in spraying onto the surface of the part a liquid paint having a mineral binder and loaded with metallic particles. This paint is projected via a gun handled by an operator or a mechanical arm, and the part coated with paint is then heated in an oven to polymerize the projected paint. Then, the polymerized paint undergoes a mechanical action such as compaction in order to bring the metal particles into contact without degrading the cosmetic and physical appearance of the paint depending on the type of compaction carried out. This action makes it possible to achieve electrical continuity between the metal particles of the paint and the metal parts to be treated. The paint layer is thus made dense and electrically conductive to make it a sacrificial layer which will preferentially corrode, instead of the metal of the part to be protected. We then speak of an anodic paint to designate the sacrificial layer made conductive.
Le compactage consiste à sabler ou grenailler les parties peintes après polymérisation avec des particules de corindon blanc, de billes de verre, ou encore de particules de plastique. Toutefois, les particules utilisées pour le compactage peuvent s’incruster dans la peinture et à la surface de celle-ci. En fonctionnement, un relargage ou libération de ces particules peut intervenir, ce qui peut endommager d’autres organes de la turbomachine (roulements de paliers) qui sont sur la trajectoire de ces particules qui peuvent présenter une dureté très élevée comme le corindon (9,5 sur l’échelle de MOHS).Compaction consists of sandblasting or shot-blasting the painted parts after polymerization with particles of white corundum, glass beads, or even plastic particles. However, the particles used for compaction can become embedded in the paint and on its surface. During operation, these particles may be released or released, which may damage other components of the turbomachine (main bearings) which are in the path of these particles which may have a very high hardness such as corundum (9, 5 on the MOHS scale).
Pour limiter la libération des particules très dures, notamment à une vitesse très élevée, certaines pièces ne sont pas compactées ce qui entraîne une diminution des propriétés anti-corrosion du revêtement. L’autre alternative est de recouvrir la peinture anti-corrosion compactée d’une couche de finition pour contenir les éventuelles particules dans la peinture, ce qui rallonge la durée de fabrication de la pièce sans compter les différentes étapes nécessaires à la préparation de la pièce avant, pendant et après l’application de la peinture. De plus, la maitrise des épaisseurs des différentes couches de peinture est délicate et en particulier sur des pièces présentant une configuration complexe.To limit the release of very hard particles, in particular at a very high speed, certain parts are not compacted, which leads to a reduction in the anti-corrosion properties of the coating. The other alternative is to cover the compacted anti-corrosion paint with a finishing coat to contain any particles in the paint, which extends the manufacturing time of the part, not to mention the various stages necessary for the preparation of the part. before, during and after paint application. In addition, controlling the thicknesses of the different layers of paint is tricky, particularly on parts with a complex configuration.
La présente invention a notamment pour objectif de fournir une solution simple et efficace permettant d’assurer une densification d’une peinture anti-corrosion pour accroître la protection à la corrosion sans incrustation de particules dures et tout en évitant la dégradation de la peinture anti-corrosion.The object of the present invention is in particular to provide a simple and effective solution making it possible to ensure a densification of an anti-corrosion paint in order to increase the protection against corrosion without incrustation of hard particles and while avoiding the degradation of the anti-corrosion paint. corrosion.
Nous parvenons à cet objectif conformément à l’invention grâce à un procédé de compactage d’une peinture anti-corrosion comportant des particules métalliques d’une pièce mécanique telle qu’une pièce de turbomachine, la pièce mécanique s’étendant suivant un axe longitudinal X et comprenant une surface radialement externe revêtue d’une première couche de peinture anti-corrosion, le procédé comprenant au moins une étape de génération d’un faisceau laser sur la première couche de peinture anti-corrosion de manière à mettre en contact les particules métalliques et à rendre électriquement conductrice la peinture anti-corrosion.We achieve this objective in accordance with the invention thanks to a process for compacting an anti-corrosion paint comprising metallic particles of a mechanical part such as a turbomachine part, the mechanical part extending along a longitudinal axis X and comprising a radially outer surface coated with a first layer of anti-corrosion paint, the method comprising at least one step of generating a laser beam on the first layer of anti-corrosion paint so as to bring the particles into contact metals and to make the anti-corrosion paint electrically conductive.
Ainsi, cette solution permet d’atteindre l’objectif susmentionné. En particulier, l’utilisation d’au moins un faisceau laser évite le recours à l’utilisation de médias (plastiques, céramiques, métalliques, etc…) susceptibles d’être relargués ou libérés lorsque la pièce mécanique est entrainée en rotation. Ce type de compactage, engendrant la mise en contact des particules métalliques à base d’aluminium, pour obtenir la conductivité électrique et donc les propriétés anticorrosion, est obtenu par un apport énergétique en surface. Cet apport d'énergie permettra de modifier l’état du matériau des particules pour que celles-ci s'agglomèrent les unes avec les autres. L’intégrité physique de la peinture est de la sorte préservée. Enfin, ce procédé est facilement automatisable et permet de palier le relargage ou libération de particules étrangères sans besoin d’application d’un top coat et par conséquent un gain en matière de délai de fabrication et de coût.Thus, this solution achieves the above objective. In particular, the use of at least one laser beam avoids the use of media (plastics, ceramics, metals, etc.) liable to be salted out or released when the mechanical part is rotated. This type of compaction, bringing aluminum-based metal particles into contact, to obtain electrical conductivity and therefore anti-corrosion properties, is obtained by an energy supply at the surface. This energy contribution will make it possible to modify the state of the material of the particles so that they agglomerate with each other. The physical integrity of the painting is thus preserved. Finally, this process is easily automated and makes it possible to overcome the salting out or release of foreign particles without the need for the application of a top coat and therefore a gain in terms of manufacturing time and cost.
Le procédé comprend également l’une ou plusieurs des caractéristiques ou étapes suivantes, prises seules ou en combinaison :The method also includes one or more of the following features or steps, taken alone or in combination:
- le procédé comprend une étape d’installation de la pièce mécanique dans une enceinte destinée à recevoir un gaz inerte tel que l’azote ou l’argon.- the method includes a step of installing the mechanical part in an enclosure intended to receive an inert gas such as nitrogen or argon.
- la mise en contact des particules métalliques est déterminée par un échauffement des particules métalliques à une valeur seuil de température inférieure ou égale à la température de fusion du matériau des particules métalliques.- Bringing the metal particles into contact is determined by heating the metal particles to a temperature threshold value less than or equal to the melting temperature of the material of the metal particles.
- la puissance du faisceau de laser est comprise entre 200 et 1000 W.- the power of the laser beam is between 200 and 1000 W.
- la puissance du faisceau laser est de préférence de 400 W.- the power of the laser beam is preferably 400 W.
- le faisceau laser est constitué d’un unique faisceau d’une longueur d’onde d’émission comprise entre 1000 et 1500 nm.- the laser beam consists of a single beam with an emission wavelength of between 1000 and 1500 nm.
- le faisceau laser génère des impulsions ayant chacune une durée comprise entre 4 et 8 ms.- the laser beam generates pulses each having a duration of between 4 and 8 ms.
- le faisceau laser balaie la première couche de peinture anti-corrosion sur la pièce suivant une trajectoire hélicoïdale.- the laser beam sweeps the first coat of anti-corrosion paint on the part following a helical trajectory.
- le procédé comprend une étape de mise en déplacement du faisceau laser suivant une première direction orthogonale à l’axe longitudinal X, la pièce mécanique étant mise en rotation autour de l’axe longitudinal et en translation suivant l’axe longitudinal.- the method comprises a step of moving the laser beam along a first direction orthogonal to the longitudinal axis X, the mechanical part being rotated around the longitudinal axis and in translation along the longitudinal axis.
- la pièce mécanique est creuse.- the mechanical part is hollow.
- la pièce mécanique comprend une surface radialement interne revêtue d’une deuxième couche de peinture anti-corrosion, et en ce que le faisceau laser est généré à l’intérieur de la pièce mécanique et réfléchi à l’intérieur de la pièce mécanique de manière à atteindre la deuxième couche de peinture anti-corrosion, le faisceau laser balayant la deuxième couche de peinture anti-corrosion suivant une trajectoire hélicoïdale.- the mechanical part comprises a radially inner surface coated with a second layer of anti-corrosion paint, and in that the laser beam is generated inside the mechanical part and reflected inside the mechanical part in such a way to reach the second layer of anti-corrosion paint, the laser beam scanning the second layer of anti-corrosion paint following a helical path.
- la pièce mécanique est un arbre de turbomachine.- the mechanical part is a turbomachine shaft.
- le procédé comprend une étape de mise en déplacement de la source laser suivant une première direction orthogonale à l’axe longitudinal et suivant une deuxième direction parallèle à l’axe longitudinal, la pièce mécanique étant mise en rotation autour de l’axe longitudinal.- the method comprises a step of moving the laser source in a first direction orthogonal to the longitudinal axis and in a second direction parallel to the longitudinal axis, the mechanical part being rotated around the longitudinal axis.
- le laser est de type Nd :YAG.- the laser is of the Nd:YAG type.
- les particules métalliques de la peinture comprennent de l’aluminium.- metallic particles in the paint include aluminium.
- la peinture anti-corrosion est appliquée par une projection d’une peinture liquide chargée de particules métalliques sur au moins une surface de la pièce mécanique et une polymérisation de la peinture projetée sur la pièce de manière à obtenir une couche de peinture anti-corrosion destinée à protéger la pièce.- the anti-corrosion paint is applied by spraying a liquid paint charged with metallic particles onto at least one surface of the mechanical part and polymerizing the paint sprayed onto the part so as to obtain a layer of anti-corrosion paint intended to protect the room.
L’invention concerne un procédé de réalisation d’un revêtement anodique, le procédé comprenant les étapes suivantes :
- fourniture d’une pièce mécanique d’axe longitudinal,
- projection d’une peinture liquide chargée de particules métalliques sur au moins une surface de la pièce mécanique,
- polymérisation de la peinture projetée sur la pièce de manière à obtenir une couche de peinture anti-corrosion destinée à protéger la pièce,
- compactage de la peinture anti-corrosion de manière à obtenir une peinture anodique, le compactage comprenant au moins une projection d’un faisceau laser en direction de ladite peinture anti-corrosion de manière à mettre en contact les particules métalliques et à rendre électriquement conductrice la peinture anti-corrosion.The invention relates to a method for producing an anodic coating, the method comprising the following steps:
- supply of a mechanical part with a longitudinal axis,
- projection of a liquid paint charged with metallic particles on at least one surface of the mechanical part,
- polymerization of the paint sprayed on the part so as to obtain a layer of anti-corrosion paint intended to protect the part,
- compacting the anti-corrosion paint so as to obtain an anodic paint, the compacting comprising at least one projection of a laser beam in the direction of said anti-corrosion paint so as to bring the metal particles into contact and to render it electrically conductive anti-corrosion paint.
L’invention concerne également l’utilisation d’un faisceau de laser d’au moins une source de laser pour réaliser un compactage de peinture anti-corrosion revêtant une pièce mécanique, et en particulier une pièce de turbomachine.The invention also relates to the use of a laser beam from at least one laser source to perform compaction of anti-corrosion paint coating a mechanical part, and in particular a turbomachine part.
L’invention concerne également une pièce mécanique, en particulier de turbomachine recouverte au moins en partie d’une peinture anti-corrosion compactée selon le procédé susmentionné.The invention also relates to a mechanical part, in particular of a turbomachine covered at least in part with an anti-corrosion paint compacted according to the aforementioned method.
Enfin, l’invention concerne une installation de compactage pour la réalisation d’un procédé de compactage d’une pièce mécanique comprenant :
- une enceinte,Finally, the invention relates to a compacting installation for carrying out a process for compacting a mechanical part comprising:
- a speaker,
- une pièce mécanique d’axe longitudinal comprenant au moins une surface radialement externe qui est revêtue d’une première couche de peinture anti-corrosion comportant des particules métalliques, la pièce mécanique étant installée dans l’enceinte, et- a mechanical part with a longitudinal axis comprising at least one radially outer surface which is coated with a first layer of anti-corrosion paint comprising metal particles, the mechanical part being installed in the enclosure, and
- un dispositif de compactage comprenant une source laser destinée à générer au moins un faisceau laser en direction de la première couche de peinture de manière à mettre en contact les particules métalliques et à rendre électriquement conductrice la peinture anti-corrosion.- a compacting device comprising a laser source intended to generate at least one laser beam in the direction of the first layer of paint so as to bring the metal particles into contact and to make the anti-corrosion paint electrically conductive.
Brève description des figuresBrief description of 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 :The invention will be better understood, and other aims, details, characteristics and advantages thereof will appear more clearly on reading the detailed explanatory description which follows, of embodiments of the invention given as purely illustrative and non-limiting examples, with reference to the appended schematic drawings in which:
Description détaillée de l’inventionDetailed description of the invention
Les figures 1 à 3 représentent respectivement suivant une coupe axiale, une pièce mécanique 1, et en particulier d’une pièce mécanique de turbomachine d’aéronef dans une installation de compactage d’une peinture anti-corrosion qui revêt au moins une surface de la pièce mécanique 1.FIGS. 1 to 3 represent respectively, in an axial section, a mechanical part 1, and in particular of a mechanical part of an aircraft turbomachine in an installation for compacting an anti-corrosion paint which coats at least one surface of the mechanical part 1.
Nous entendons par pièce mécanique des pièces destinées à assurer, en service, une fonction mécanique, ce qui implique que ces pièces aient une bonne tenue mécanique ainsi qu’une bonne résistance à la corrosion et à l'usure. Des arbres de turbomachine, et notamment des arbres de compresseurs et/ou de turbines sont ainsi des exemples de pièces mécaniques non exhaustives concernées par l’invention. Typiquement les arbres de turbomachine sont réalisés dans un matériau métallique ou un alliage métallique. Le matériau métallique ou l’alliage métallique comprend de l’acier par exemple.By mechanical part, we mean parts intended to ensure, in service, a mechanical function, which implies that these parts have good mechanical strength as well as good resistance to corrosion and wear. Turbomachine shafts, and in particular compressor and/or turbine shafts are thus examples of non-exhaustive mechanical parts concerned by the invention. Typically turbomachine shafts are made of a metallic material or a metallic alloy. The metallic material or metallic alloy includes steel for example.
Comme nous pouvons le voir sur les figures 1 à 3, la pièce mécanique 1 est un arbre de turbomachine qui s’étend suivant un axe longitudinal X. L’arbre de turbomachine est ici creux. L’arbre comprend une surface radialement externe 2 et une surface radialement interne 3 opposées suivant un axe radial perpendiculaire Z l’axe longitudinal X.As we can see in Figures 1 to 3, the mechanical part 1 is a turbomachine shaft which extends along a longitudinal axis X. The turbomachine shaft is hollow here. The shaft comprises a radially outer surface 2 and a radially inner surface 3 opposite along a radial axis Z perpendicular to the longitudinal axis X.
Nous rappelons que, préalablement au procédé de compactage, la surface radialement externe de la pièce 1 est revêtue d’une première couche 4 de peinture anti-corrosion illustrée schématiquement sur la figure 2. La peinture est une peinture inorganique ou toute peinture comprenant des particules métalliques. En particulier, une peinture liquide chargée de particules métalliques est pulvérisée sur la surface de la pièce. Avantageusement, les particules métalliques sont des particules d’aluminium. Des exemples de peintures anti-corrosion appliquées sur la surface des pièces sont celles connues sous la marque Sermetel W® ou Maberbind CF®.We recall that, prior to the compacting process, the radially outer surface of the part 1 is coated with a first layer 4 of anti-corrosion paint illustrated schematically in FIG. 2. The paint is an inorganic paint or any paint comprising particles metallic. In particular, a liquid paint charged with metallic particles is sprayed on the surface of the part. Advantageously, the metal particles are aluminum particles. Examples of anti-corrosion paints applied to the surface of the parts are those known under the Sermetel W® or Maberbind CF® brand.
Après projection de la peinture, la pièce 1 revêtue est polymérisée de manière que la peinture durcisse et forme la peinture anti-corrosion destinée à protéger la pièce.After spraying the paint, the coated part 1 is polymerized so that the paint hardens and forms the anti-corrosion paint intended to protect the part.
La peinture anti-corosion est ensuite compactée. Pour cela, le compactage est réalisé dans une installation de compactage 5. Nous entendons par le terme compactage, dans la présente invention, le fait d’utiliser une énergie externe à la surface de la pièce revêtue de la couche de peinture à particules métalliques de manière à modifier au moins en partie l’état de la matière et à mettre les particules métalliques en contact. De la sorte, la peinture anti-corrosion est densifiée et la mise en contact des particules métalliques de la peinture augmente la tenue à la corrosion de celle-ci. La peinture est rendue électriquement conductrice. Nous obtenons alors un revêtement anodique.The anti-corrosion paint is then compacted. For this, the compacting is carried out in a compacting installation 5. We mean by the term compacting, in the present invention, the fact of using an external energy on the surface of the part coated with the layer of paint with metallic particles of so as to modify at least in part the state of the material and to bring the metallic particles into contact. In this way, the anti-corrosion paint is densified and the bringing into contact of the metal particles of the paint increases its resistance to corrosion. The paint is made electrically conductive. We then obtain an anodic coating.
L’installation 5 comprend un dispositif de compactage 6 lequel est équipé d’une tête 7 reliée à une source d’énergie destinée à apporter de l’énergie en surface de la première couche 4 de peinture anti-corrosion. La source d’énergie est pilotée par un système électronique de commande 8 de l’installation. Typiquement, le système électronique de commande 8 est équipé d’au moins un microcontrôleur 9 et d’une mémoire 10 où de nombreux paramètres au compactage sont enregistrés.The installation 5 comprises a compacting device 6 which is equipped with a head 7 connected to an energy source intended to bring energy to the surface of the first layer 4 of anti-corrosion paint. The energy source is controlled by an electronic control system 8 of the installation. Typically, the electronic control system 8 is equipped with at least one microcontroller 9 and a memory 10 where numerous compacting parameters are recorded.
Dans le présent exemple, la source d’énergie est configurée pour générer ou projeter au moins un faisceau laser primaire 11 sur la peinture revêtant la pièce mécanique de turbomachine. La longueur d’onde d’émission de sortie du faisceau laser est comprise entre l’ultraviolet (UV) et l’infrarouge (IR). La puissance du laser est comprise entre 100 et 1200 Watt (W). De manière avantageuse, le faisceau laser fournit des impulsions qui sont comprises entre 0.3 et 50 ms.In the present example, the energy source is configured to generate or project at least one primary laser beam 11 onto the paint coating the mechanical part of the turbomachine. The output emission wavelength of the laser beam is between ultraviolet (UV) and infrared (IR). The laser power is between 100 and 1200 Watt (W). Advantageously, the laser beam provides pulses which are between 0.3 and 50 ms.
Suivant encore une autre caractéristique avantageuse, le faisceau laser qui est émis présente une fréquence comprise entre 0 et 500 Hertz (Hz).According to yet another advantageous characteristic, the laser beam which is emitted has a frequency comprised between 0 and 500 Hertz (Hz).
Le dispositif de compactage 6 est avantageusement installé dans une enceinte 12 prévue à cet effet. L’enceinte 12 est fermée par exemple au moyen d’une porte par laquelle la pièce 1 est introduite. La génération du faisceau de laser 11 est réalisée sous protection gazeuse afin d’éviter toute oxydation de la peinture lors de l’échauffement ou élévation de la température des particules métalliques et conserver les propriétés anticorrosion de la peinture. Le gaz utilisé est un gaz inerte tel que de l’Argon ou de l’Azote.The compacting device 6 is advantageously installed in an enclosure 12 provided for this purpose. The enclosure 12 is closed for example by means of a door through which the part 1 is introduced. The generation of the laser beam 11 is carried out under gaseous protection in order to avoid any oxidation of the paint during the heating or rise in temperature of the metal particles and to preserve the anti-corrosion properties of the paint. The gas used is an inert gas such as Argon or Nitrogen.
Avantageusement, le flux de gaz inerte est projeté au moyen d’au moins une buse 13 coaxiale au faisceau laser de sorte que la zone la plus critique (qui reçoit en direct le faisceau laser) soit constamment protégée par une atmosphère neutre. Le système électronique de commande 8 est également relié à la buse de projection de flux de gaz inerte. De manière alternative, le flux de gaz inerte est projeté au moyen d’une buse qui est agencée à proximité du faisceau laser de sorte que le flux de gaz protège la zone critique et son environnement proche également.Advantageously, the flow of inert gas is projected by means of at least one nozzle 13 coaxial with the laser beam so that the most critical zone (which receives the laser beam directly) is constantly protected by a neutral atmosphere. The electronic control system 8 is also connected to the inert gas flow projection nozzle. Alternatively, the inert gas flow is projected by means of a nozzle which is arranged close to the laser beam so that the gas flow protects the critical area and its close environment as well.
La mise en contact des particules métalliques est déterminée par un échauffement des particules métalliques à une valeur seuil de température inférieure ou égale à la température de fusion du matériau des particules métalliques. Dans le présent exemple, la température de fusion des particules métalliques s’agissant de l’aluminium est de l’ordre de 660°C. La valeur seuil de température inférieure à la température de fusion du métal est possible grâce au retrait thermique du liant (contraction du réseau silicaté) et au fluage des particules métalliques.Bringing the metal particles into contact is determined by heating the metal particles to a temperature threshold value less than or equal to the melting temperature of the material of the metal particles. In the present example, the melting point of the metal particles in the case of aluminum is around 660°C. The temperature threshold value below the melting temperature of the metal is possible thanks to the thermal shrinkage of the binder (contraction of the silicate network) and the creep of the metal particles.
L’échauffement des particules métalliques (et de la couche de peinture) est défini par une focalisation du faisceau laser et d’une énergie linéique. En particulier, la focalisation du faisceau est maîtrisée par l’ajustement de l’ouverture d’un diaphragme qui permet de gérer la taille du faisceau laser. L’échauffement du matériau des particules entraîne un changement d’orientation comme expliqué ci-après.The heating of the metallic particles (and of the layer of paint) is defined by a focusing of the laser beam and of a linear energy. In particular, the focusing of the beam is controlled by adjusting the opening of a diaphragm which makes it possible to manage the size of the laser beam. The heating of the material of the particles leads to a change of orientation as explained below.
L’énergie linéique (EL) du laser (connu en anglais par l’expression « Linear Energy Density ») est ajustée en fonction des paramètres de la peinture (épaisseur, comportement, etc.) et des propriétés de conductivité de celle-ci. Dans la présente invention, l’énergie linéique correspond au rapport entre la puissance du laser P (exprimée en Joule (J)/seconde (s)) et la vitesse de balayage du laser V exprimée en millimètre (mm)/s. L’énergie linéique est exprimée en J/mm. En effet, une énergie linéique trop faible pourrait créer des défauts de type manque de liaison entre les particules et éventuellement une dégradation de la qualité des propriétés conductrices de la couche sacrificielle. A l’inverse, une énergie trop élevée pourrait entraîner une fusion trop importante des particules d'aluminium et entrainer une couche hétérogène de la peinture (porosités, épaisseur).The linear energy (EL) of the laser (known in English by the expression "Linear Energy Density") is adjusted according to the parameters of the paint (thickness, behavior, etc.) and its conductivity properties. In the present invention, the linear energy corresponds to the ratio between the power of the laser P (expressed in Joule (J)/second (s)) and the scanning speed of the laser V expressed in millimeter (mm)/s. The linear energy is expressed in J/mm. Indeed, too low a linear energy could create defects of the lack of connection type between the particles and possibly a degradation of the quality of the conductive properties of the sacrificial layer. Conversely, too high an energy could lead to excessive melting of the aluminum particles and result in a heterogeneous layer of paint (porosity, thickness).
Avantageusement, mais non limitativement, la source de laser est de type Nd :YAG (grenat d'yttrium-aluminium) dopé au néodyme. Ce type de laser génère une énergie compatible au besoin énergétique pour cette application. La longueur d’onde d’émission du faisceau laser est de l’ordre de 1064 nanomètres (nm). La puissance du faisceau laser est comprise entre 200 et 400 Watt (W). De préférence, la puissance du faisceau laser est de 400W.Advantageously, but not limitatively, the laser source is of the Nd:YAG (yttrium-aluminum garnet) type doped with neodymium. This type of laser generates energy compatible with the energy requirement for this application. The emission wavelength of the laser beam is of the order of 1064 nanometers (nm). The power of the laser beam is between 200 and 400 Watt (W). Preferably, the power of the laser beam is 400W.
En référence à la figure 4 et afin de fournir une conductivité uniforme dans la couche 4 de peinture, le balayage du laser sur la peinture anti-corrosion est réalisé suivant une trajectoire hélicoïdale 110 ou en tire-bouchon. La peinture ici présente une épaisseur comprise entre 20 et 100 µm. Le faisceau laser est appliqué à la surface de la peinture avec un taux de recouvrement Re de l’ordre de 10% et une largeur de bande Lb de l’ordre de 1 mm. L’énergie linéique dépend de la source, de la focalisation du faisceau laser et du type de peinture.With reference to FIG. 4 and in order to provide a uniform conductivity in the layer 4 of paint, the scanning of the laser on the anti-corrosion paint is carried out along a helical trajectory 110 or in a corkscrew. The paint here has a thickness between 20 and 100 µm. The laser beam is applied to the surface of the paint with a coverage rate Re of the order of 10% and a band width Lb of the order of 1 mm. The linear energy depends on the source, the focusing of the laser beam and the type of paint.
Dans la présente invention, nous entendons par l’expression « trajectoire hélicoïdale » le tracé du faisceau laser sur la peinture anti-corrosion correspondant à un déplacement en translation suivant une première direction et un déplacement en rotation dans un plan orthogonal à la première direction du faisceau laser par rapport à la pièce ou de la pièce par rapport au faisceau laser.In the present invention, we mean by the expression “helical trajectory” the path of the laser beam on the anti-corrosion paint corresponding to a displacement in translation along a first direction and a displacement in rotation in a plane orthogonal to the first direction of the laser beam to workpiece or workpiece to laser beam.
Dans un mode de réalisation, l’arbre de turbomachine est mis en rotation autour de l’axe longitudinal X et se déplace suivant l’axe longitudinal et de préférence de manière simultanée. Avantageusement, le déplacement de l’arbre est une translation. Pour cela, l’installation de compactage 5 comprend un élément de mise en rotation 14 de l’arbre qui est monté sur un bâti 15. Des paliers de guidage 16 montés sur le bâti permettent la mise en rotation de l’arbre par rapport au bâti. L’élément de mise en rotation 14 est avantageusement un moteur électrique ou thermique. Le moteur est relié au système électronique de commande 8 qui pilote la rotation du moteur dans un sens ou dans un autre sens. De même, la tête 7 de génération du laser se déplace suivant une direction r qui est parallèle à l’axe radial Z. Il s’agit ici d’une translation également. En d’autres termes, la tête de génération du laser sera fixe suivant les directions l et t. La tête est disposée une distance d comprise entre 50 et 200 mm.In one embodiment, the turbomachine shaft is rotated around the longitudinal axis X and moves along the longitudinal axis and preferably simultaneously. Advantageously, the movement of the shaft is a translation. For this, the compacting installation 5 comprises a rotation element 14 of the shaft which is mounted on a frame 15. Guide bearings 16 mounted on the frame allow the rotation of the shaft relative to the built. The rotation element 14 is advantageously an electric or thermal motor. The motor is connected to the electronic control system 8 which controls the rotation of the motor in one direction or in another direction. Similarly, the laser generation head 7 moves in a direction r which is parallel to the radial axis Z. This is also a translation. In other words, the laser generation head will be fixed along the l and t directions. The head is arranged at a distance d of between 50 and 200 mm.
La tête 7 se déplacera suivant la direction r de manière à régler la focalisation du laser et à s’adapter à la géométrie de l’arbre de turbomachine. L’arbre mis en rotation avance selon un pas prédéterminé. Le pas peut être de l’ordre de 1 mm/tour. La concaténation de la rotation et de la translation de l’arbre de turbomachine permettront un balayage du laser suivant la trajectoire hélicoïdale. Avantageusement, mais non limitativement, le système électronique de commande est relié au dispositif de compactage 6 de manière à piloter le déplacement de la tête 7.The head 7 will move along the direction r so as to adjust the focusing of the laser and to adapt to the geometry of the turbomachine shaft. The rotating shaft advances at a predetermined pitch. The pitch can be of the order of 1 mm/turn. The concatenation of the rotation and the translation of the turbomachine shaft will allow the laser to be scanned along the helical trajectory. Advantageously, but not limitingly, the electronic control system is connected to the compacting device 6 so as to control the movement of the head 7.
Suivant un autre mode de réalisation, l’arbre de turbomachine est mis en rotation autour de l’axe longitudinal et la tête 7 du dispositif de compactage 6 se déplace suivant la direction r et suivant une direction parallèle à l’axe longitudinal X de manière à obtenir le balayage du laser suivant une trajectoire hélicoïdale.According to another embodiment, the turbomachine shaft is rotated about the longitudinal axis and the head 7 of the compacting device 6 moves in the direction r and in a direction parallel to the longitudinal axis X so to obtain the scanning of the laser following a helical trajectory.
Dans le présent exemple de réalisation, la surface radialement interne 3 de l’arbre comprend également une couche de peinture anticorrosion dite «deuxième couche de peinture » 4’ comportant des particules métalliques. Cette deuxième couche 4’ de peinture anti-corrosion est identique à la première couche 4. De manière alternative, la première et la deuxième couches 4, 4’ sont différentes.In this exemplary embodiment, the radially inner surface 3 of the shaft also comprises a layer of anti-corrosion paint called the “second layer of paint” 4′ comprising metal particles. This second layer 4' of anti-corrosion paint is identical to the first layer 4. Alternatively, the first and second layers 4, 4' are different.
Afin d’atteindre la deuxième couche 4, 4’ de peinture (située à l’intérieur de l’arbre), un organe de déviation 17 est installé à l’intérieur de l’arbre de turbomachine. L’organe de déviation 17 est monté pivotant à l’intérieur de l’arbre et son pivotement est piloté par le système électronique de commande 8 auquel celui-ci est relié. Avantageusement, l’organe de déviation 17 est un miroir à renvoi. De la sorte, le faisceau laser qui arrive sur le miroir est réfléchi sur la deuxième couche de peinture. Le balayage de cette deuxième couche 4’ de peinture est réalisé de la même manière que pour la première couche de peinture 4, c’est-à-dire suivant une trajectoire hélicoïdale.In order to reach the second layer 4, 4′ of paint (located inside the shaft), a deflection member 17 is installed inside the turbomachine shaft. The deflection member 17 is pivotally mounted inside the shaft and its pivoting is controlled by the electronic control system 8 to which it is connected. Advantageously, the deflection member 17 is a deflection mirror. In this way, the laser beam which arrives on the mirror is reflected on the second layer of paint. The scanning of this second layer 4′ of paint is carried out in the same way as for the first layer of paint 4, that is to say following a helical trajectory.
La figure 5 illustre une couche 4 ou 4’ de peinture anti-corrosion avec des particules d’aluminium présentant une épaisseur de l’ordre de 20 à 90 µm. En fonction de la focalisation du faisceau laser celui-ci se diffusera plus ou moins dans toute l’épaisseur de la couche de peinture. Par exemple, une focalisation de 100% génère une zone Z1 dont la profondeur est sensiblement égale à l’épaisseur de la couche de peinture. En revanche une focalisation de l’ordre de 40% génère une zone Z2 dont la profondeur est inférieure à l’épaisseur de la couche 4, 4’ de peinture.Figure 5 illustrates a 4 or 4' layer of anti-corrosion paint with aluminum particles having a thickness of the order of 20 to 90 µm. Depending on the focus of the laser beam, it will diffuse more or less throughout the entire thickness of the paint layer. For example, a focus of 100% generates a zone Z1 whose depth is substantially equal to the thickness of the layer of paint. On the other hand, a focusing of the order of 40% generates a zone Z2 whose depth is less than the thickness of the layer 4.4' of paint.
De manière avantageuse, mais non limitativement, le diamètre du faisceau laser est compris entre 0.2 et 5 mm.Advantageously, but not limitatively, the diameter of the laser beam is between 0.2 and 5 mm.
Nous allons maintenant décrire le procédé de compactage de la pièce de turbomachine, à l’aide de l’installation 5 décrite ci-dessus. Le procédé comprend une étape d’installation de la pièce mécanique dans l’enceinte 12. La pièce est mise en rotation par le système électronique de commande 8. Simultanément ou après l’étape de mise en rotation, un faisceau laser est généré sur la couche 4 de peinture revêtant la pièce 1. Le faisceau laser est orienté en direction de la peinture en réalisant un angle d’environ 90° avec l’axe de rotation. Celui-ci fournit également plusieurs impulsions. La durée de chaque impulsion est comprise entre 4 et 8 ms pendant l’étape de génération. La pièce mécanique 1 est également déplacée en translation suivant l’axe longitudinal de sorte que le laser balaie la couche de peinture suivant la trajectoire hélicoïdale. Pendant cette étape de génération, l’apport d'énergie permettra d'amener la température des particules d'aluminium à une valeur correspondant à celle de leur température de fusion ou à une valeur inférieure à celle-ci de sorte que les particules soient fondues ou partiellement fondues et puissent s'agglomérer les unes avec les autres. Nous comprenons que cela permet un changement d’orientation ou déplacement des particules métalliques pour la mise en contact. Les particules en contact réalisent une continuité électrique. De même, le gaz inerte est projeté dans l’enceinte concomitamment à l’étape de génération du laser.We will now describe the process for compacting the turbomachine part, using the installation 5 described above. The method includes a step of installing the mechanical part in the enclosure 12. The part is rotated by the electronic control system 8. Simultaneously or after the rotation step, a laser beam is generated on the layer 4 of paint coating part 1. The laser beam is oriented in the direction of the paint by making an angle of approximately 90° with the axis of rotation. This also provides several pulses. The duration of each pulse is between 4 and 8 ms during the generation stage. The mechanical part 1 is also moved in translation along the longitudinal axis so that the laser sweeps the paint layer along the helical trajectory. During this generation step, the energy input will bring the temperature of the aluminum particles to a value corresponding to that of their melting temperature or to a value lower than this so that the particles are melted. or partially melted and may agglomerate with each other. We understand that this allows a change in orientation or movement of the metal particles for contacting. The particles in contact achieve electrical continuity. Similarly, the inert gas is projected into the enclosure at the same time as the laser generation stage.
Ultérieurement, le miroir (organe de déviation 17) est installé à l’intérieur de la pièce creuse et la deuxième couche 4’ est balayée avec le faisceau laser suivant également une trajectoire hélicoïdale.Subsequently, the mirror (deflection member 17) is installed inside the hollow part and the second layer 4' is scanned with the laser beam also following a helical trajectory.
Avec un faisceau laser émettant des impulsions laser d’une durée de 4 à 8 ms et généré à une puissance de 400W, la résistivité de la couche de peinture anodique, mesurée avec un ohmmètre (Ohm), est inférieure à 5 Ohms. Cela confirme que la peinture compactée avec le faisceau laser est rendue conductrice. La peinture présente un aspect uniforme, sans défaut, et homogène en épaisseur (avec une réduction de l’épaisseur de quelques micromètres).With a laser beam emitting laser pulses with a duration of 4 to 8 ms and generated at a power of 400W, the resistivity of the anodic paint layer, measured with an ohmmeter (Ohm), is less than 5 Ohms. This confirms that the paint compacted with the laser beam is made conductive. The paint has a uniform appearance, flawless, and homogeneous in thickness (with a reduction in thickness of a few micrometers).
En dehors de la plage de durée d’impulsion entre 4 et 8 ms et de la plage de puissance de 300 à 500 W, la peinture risque d’être endommagée par des portions décapées ou brûlées.Outside the pulse duration range between 4-8ms and the power range 300-500W, the paint may be damaged by stripped or burnt portions.
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|---|---|---|---|
| FR2104547A Pending FR3122342A1 (en) | 2021-04-30 | 2021-04-30 | PROCESS FOR COMPACTING AN ANTI-CORROSION PAINT ON A TURBOMACHINE PART |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR3122342A1 (en) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1626106A2 (en) * | 2004-07-23 | 2006-02-15 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Method of forming a conductive wiring pattern by laser irradiation and a conductive wiring pattern |
| WO2009140628A1 (en) * | 2008-05-15 | 2009-11-19 | Applied Nanotech Holdings, Inc. | Photo-curing process for metallic inks |
| WO2013178588A1 (en) * | 2012-06-01 | 2013-12-05 | 3D-Micromac Ag | Method and system for producing a multilayer element and multilayer element |
| FR2991216A1 (en) | 2012-05-29 | 2013-12-06 | Snecma | METHOD FOR COMPACTING ANODIC PAINTS WITH COLLISION OF SANDBLASTING JETS |
| FR3040013A1 (en) | 2015-08-13 | 2017-02-17 | Snecma | METHOD FOR COMPACTING AN ANTI-CORROSION PAINT OF A TURBOMACHINE PIECE |
| US20200385587A1 (en) * | 2018-03-28 | 2020-12-10 | Mitsui Mining & Smelting Co., Ltd. | Conductive film formation composition and method for manufacturing conductive film |
| WO2021084202A1 (en) * | 2019-10-31 | 2021-05-06 | Safran Aircraft Engines | Method for compacting an anti-corrosive paint of a turbine engine part |
-
2021
- 2021-04-30 FR FR2104547A patent/FR3122342A1/en active Pending
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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