FR3136191A1 - Coating process - Google Patents
Coating process Download PDFInfo
- Publication number
- FR3136191A1 FR3136191A1 FR2205451A FR2205451A FR3136191A1 FR 3136191 A1 FR3136191 A1 FR 3136191A1 FR 2205451 A FR2205451 A FR 2205451A FR 2205451 A FR2205451 A FR 2205451A FR 3136191 A1 FR3136191 A1 FR 3136191A1
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- coating
- bonding
- coating method
- forming
- deposition
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims abstract description 91
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 69
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims abstract description 28
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 18
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims abstract description 13
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims abstract description 13
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims abstract description 8
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 claims abstract description 7
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000011153 ceramic matrix composite Substances 0.000 claims description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 9
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 7
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 claims description 7
- -1 rare earth silicate Chemical class 0.000 claims description 7
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 claims description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 4
- VXEGSRKPIUDPQT-UHFFFAOYSA-N 4-[4-(4-methoxyphenyl)piperazin-1-yl]aniline Chemical compound C1=CC(OC)=CC=C1N1CCN(C=2C=CC(N)=CC=2)CC1 VXEGSRKPIUDPQT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910000323 aluminium silicate Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 claims description 3
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 claims description 3
- 239000005049 silicon tetrachloride Substances 0.000 claims description 3
- ZDHXKXAHOVTTAH-UHFFFAOYSA-N trichlorosilane Chemical compound Cl[SiH](Cl)Cl ZDHXKXAHOVTTAH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000005052 trichlorosilane Substances 0.000 claims description 3
- FIIGRZYDBNZZFN-UHFFFAOYSA-N trioxido(trioxidosilyloxy)silane ytterbium(3+) Chemical compound [Si]([O-])([O-])([O-])O[Si]([O-])([O-])[O-].[Yb+3].[Yb+3] FIIGRZYDBNZZFN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 12
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 7
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 238000003618 dip coating Methods 0.000 description 3
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 3
- 230000000930 thermomechanical effect Effects 0.000 description 3
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 239000000567 combustion gas Substances 0.000 description 2
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 2
- 229910021419 crystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 238000001962 electrophoresis Methods 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000007751 thermal spraying Methods 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920002134 Carboxymethyl cellulose Polymers 0.000 description 1
- 229910003902 SiCl 4 Inorganic materials 0.000 description 1
- OUUQCZGPVNCOIJ-UHFFFAOYSA-M Superoxide Chemical compound [O-][O] OUUQCZGPVNCOIJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- XQWQNVHACLGSBB-UHFFFAOYSA-N [Si]([O-])([O-])([O-])O.[Yb+3] Chemical compound [Si]([O-])([O-])([O-])O.[Yb+3] XQWQNVHACLGSBB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000010948 carboxy methyl cellulose Nutrition 0.000 description 1
- 229920006184 cellulose methylcellulose Polymers 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000012710 chemistry, manufacturing and control Methods 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000012713 reactive precursor Substances 0.000 description 1
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N silicon monoxide Chemical compound [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009718 spray deposition Methods 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 239000012808 vapor phase Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- 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
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
- C23C16/24—Deposition of silicon only
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/009—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone characterised by the material treated
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/45—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
- C04B41/52—Multiple coating or impregnating multiple coating or impregnating with the same composition or with compositions only differing in the concentration of the constituents, is classified as single coating or impregnation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/80—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone of only ceramics
- C04B41/81—Coating or impregnation
- C04B41/89—Coating or impregnation for obtaining at least two superposed coatings having different compositions
-
- 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
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
- C23C16/45557—Pulsed pressure or control pressure
-
- 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
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/46—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for heating the substrate
-
- 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
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/52—Controlling or regulating the coating process
-
- 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
- C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
- C23C28/04—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material
- C23C28/042—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material including a refractory ceramic layer, e.g. refractory metal oxides, ZrO2, rare earth oxides
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/12—Blades
- F01D5/28—Selecting particular materials; Particular measures relating thereto; Measures against erosion or corrosion
- F01D5/288—Protective coatings for blades
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
- C04B2111/00474—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00
- C04B2111/00982—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00 as construction elements for space vehicles or aeroplanes
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2230/00—Manufacture
- F05D2230/30—Manufacture with deposition of material
- F05D2230/31—Layer deposition
- F05D2230/314—Layer deposition by chemical vapour deposition
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2300/00—Materials; Properties thereof
- F05D2300/50—Intrinsic material properties or characteristics
- F05D2300/516—Surface roughness
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2300/00—Materials; Properties thereof
- F05D2300/60—Properties or characteristics given to material by treatment or manufacturing
- F05D2300/603—Composites; e.g. fibre-reinforced
- F05D2300/6033—Ceramic matrix composites [CMC]
Abstract
P rocédé de revêtement Procédé de revêtement, comprenant une étape de formation d’un revêtement d’accrochage (200) sur une surface d’un substrat (100), et une étape de formation d’un revêtement barrière (300) sur le revêtement d’accrochage (200). Le revêtement d’accrochage (200) est formé par dépôt chimique en phase vapeur, avec une pression de dépôt comprise entre 1 et 5 kPa et une température de dépôt comprise entre 964 et 1135°C, d’un précurseur comprenant du silicium, pour obtenir une rugosité moyenne Ra supérieure à 1 µm. Figure pour l’abrégé : Fig. 1.Coating method A coating method, comprising a step of forming an adhesion coating (200) on a surface of a substrate (100), and a step of forming a barrier coating (300) on the coating hooking (200). The bonding coating (200) is formed by chemical vapor deposition, with a deposition pressure of between 1 and 5 kPa and a deposition temperature of between 964 and 1135°C, of a precursor comprising silicon, to obtain an average roughness Ra greater than 1 µm. Figure for abstract: Fig. 1.
Description
Cette divulgation concerne le domaine des revêtements et plus particulièrement celui des procédés de revêtement, notamment pour protéger d’environnements agressifs les substrats à base céramique.This disclosure concerns the field of coatings and more particularly that of coating processes, in particular to protect ceramic-based substrates from aggressive environments.
Les matériaux composites à matrice céramique (CMC), et en particulier ceux à base carbure (généralement dénommés SiC/SiC) ont été proposés pour des nombreuses applications, et notamment pour la réalisation de pièces de turbines à gaz, telles que les aubes et les distributeurs. En effet, grâce à leurs propriétés de résistance à la chaleur, ces matériaux permettent de diminuer voire éliminer le refroidissement classiquement utilisé dans des pièces de turbine métalliques à base de nickel et/ou cobalt, tout en autorisant un accroissement des températures de fonctionnement.Ceramic matrix composite (CMC) materials, and in particular those with a carbide base (generally called SiC/SiC), have been proposed for numerous applications, and in particular for the production of gas turbine parts, such as blades and blades. distributors. Indeed, thanks to their heat resistance properties, these materials make it possible to reduce or even eliminate the cooling conventionally used in metal turbine parts based on nickel and/or cobalt, while allowing an increase in operating temperatures.
Cependant, dans l’environnement corrosif d’une turbine, les CMC SiC/SiC peuvent être soumis à oxydation donnant lieu à la formation d’oxyde de silicium, et la volatilisation de cet oxyde de silicium sous l’effet de la vapeur d’eau. Ainsi, pour des applications à haute température en environnement riche en oxygène et vapeur d’eau, l’application d’un revêtement de protection est préconisé sur les pièces en composite à matrice céramique.However, in the corrosive environment of a turbine, the SiC/SiC CMCs can be subjected to oxidation giving rise to the formation of silicon oxide, and the volatilization of this silicon oxide under the effect of the steam. water. Thus, for high temperature applications in an environment rich in oxygen and water vapor, the application of a protective coating is recommended on ceramic matrix composite parts.
A cause de l’environnement thermomécanique et chimique particulièrement agressif auquel le revêtement de protection pourrait être soumis, celui-ci devrait présenter de préférence un coefficient de dilatation compatible avec celui du substrat, une faible perméabilité aux espèces corrosives (ce qui comprend à la fois une faible diffusion moléculaire liée directement au paramètre physique d’herméticité et une faible diffusion ionique des ions superoxyde et hydroxyde, caractéristiques intrinsèques des silicates de terres rares) et une stabilité thermomécanique aux hautes températures, comme par exemple celles régnant dans une turbine à gaz. Pour cela, le revêtement de protection peut comprendre typiquement un revêtement barrière ou revêtement barrière environnementale (en anglais : « Environmental Barrier Coating » ou EBC), généralement à base de silicate de terre rare et, entre le substrat et le revêtement barrière, un revêtement d’accrochage (en anglais : « bond coating »), généralement à base de silicium, pour assurer leur adhésion. L’oxydation du silicium du revêtement d’accrochage peut par ailleurs former une couche intermédiaire de silice, nommée oxyde de croissance thermique (en anglais : « Thermal Growth Oxide » ou TGO), entre le revêtement d’accrochage et le revêtement barrière.Because of the particularly aggressive thermomechanical and chemical environment to which the protective coating could be subjected, it should preferably have an expansion coefficient compatible with that of the substrate, a low permeability to corrosive species (which includes both low molecular diffusion linked directly to the physical parameter of hermeticity and low ionic diffusion of superoxide and hydroxide ions, intrinsic characteristics of rare earth silicates) and thermomechanical stability at high temperatures, such as those prevailing in a gas turbine. For this, the protective coating may typically comprise a barrier coating or environmental barrier coating (in English: “Environmental Barrier Coating” or EBC), generally based on rare earth silicate and, between the substrate and the barrier coating, a coating bonding (in English: “bond coating”), generally based on silicon, to ensure their adhesion. The oxidation of the silicon in the bonding coating can also form an intermediate layer of silica, called thermal growth oxide (TGO), between the bonding coating and the barrier coating.
L’application de revêtements de protection sur des substrats ayant des formes complexes, comme les aubes de turbine, peut imposer aussi des contraintes géométriques, en particulier au niveau de fins bords d’attaque ou de fuite, ou de conduits ou cavités de refroidissement, avec des très faibles épaisseurs de revêtement pour ne pas affecter les performances aérodynamiques des aubes ou leur éventuel refroidissement.The application of protective coatings on substrates with complex shapes, such as turbine blades, can also impose geometric constraints, particularly at fine leading or trailing edges, or cooling ducts or cavities, with very low coating thicknesses so as not to affect the aerodynamic performance of the blades or their possible cooling.
En outre, quoique la formation de la couche intermédiaire d’oxyde de croissance thermique peut contribuer à protéger de la corrosion les substrats contenant du carbure de silicium, elle peut aussi avoir des effets thermomécaniques induits, comme par exemple la génération de contraintes mécaniques entre le revêtement d’accrochage et le revêtement barrière, à cause de l’accroissement volumique du silicium en s’oxydant pour former de la silice et de la transformation allotropique de la silice également associée à un changement volumique. En conséquence, à partir d’une épaisseur critique de la couche intermédiaire d’oxyde de croissance thermique, les contraintes mécaniques peuvent donner lieu à une fissuration en dôme (en anglais : « dome cracking »), aboutissant, à terme, à l’écaillage partiel ou total du revêtement barrière et donc à la perte de la fonction anti-corrosion.Furthermore, although the formation of the intermediate layer of thermal growth oxide can help protect substrates containing silicon carbide from corrosion, it can also have induced thermomechanical effects, such as for example the generation of mechanical stresses between the adhesion coating and barrier coating, because of the volume increase of silicon as it oxidizes to form silica and the allotropic transformation of silica also associated with a volume change. Consequently, from a critical thickness of the intermediate layer of thermal growth oxide, mechanical stresses can give rise to dome cracking, leading, ultimately, to dome cracking. partial or total peeling of the barrier coating and therefore loss of the anti-corrosion function.
Pour ces raisons, il convient donc de restreindre l’épaisseur des revêtements, et en particulier du revêtement d’accrochage. Généralement, les revêtements d’accrochage et barrière sont appliqués par projection thermique. Toutefois, pour assurer une couverture complète du substrat, ceci implique normalement des épaisseurs d’au moins 75 µm pour le revêtement d’accrochage et d’au moins 100 µm pour le revêtement barrière, épaisseurs qui peuvent être excessives pour les raisons susmentionnées.For these reasons, it is therefore appropriate to restrict the thickness of the coatings, and in particular the bonding coating. Generally, bonding and barrier coatings are applied by thermal spraying. However, to ensure complete coverage of the substrate, this normally involves thicknesses of at least 75 µm for the bond coating and at least 100 µm for the barrier coating, thicknesses which may be excessive for the reasons mentioned above.
Afin d’offrir des alternatives, les publications de demandes de brevets US 2020/0039892 A1 et US 2020/0039886 A1 ont proposé des procédés de revêtement comprenant chacun une étape de formation d’un revêtement d’accrochage sur une surface d’un substrat et une étape de formation d’un revêtement barrière sur le revêtement d’accrochage, dans lequel le revêtement d’accrochage comprend des grains colonnaires de silicium cristallin et est formé par dépôt chimique en phase vapeur d’un précurseur comprenant du silicium. Bien que ces procédés permettent d’obtenir des plus fines épaisseurs que la projection thermique, en particulier pour le revêtement d’accrochage, le revêtement d’accrochage obtenu ainsi est relativement lisse, ce qui limite l’adhésion du revêtement barrière.In order to offer alternatives, patent application publications US 2020/0039892 A1 and US 2020/0039886 A1 have proposed coating processes each comprising a step of forming an adhesion coating on a surface of a substrate and a step of forming a barrier coating on the bond coating, wherein the bond coating comprises columnar grains of crystalline silicon and is formed by chemical vapor deposition of a precursor comprising silicon. Although these processes make it possible to obtain thinner thicknesses than thermal spraying, in particular for the bonding coating, the bonding coating thus obtained is relatively smooth, which limits the adhesion of the barrier coating.
La présente divulgation concerne un procédé de revêtement, comprenant une étape de formation d’un revêtement d’accrochage sur une surface d’un substrat, par dépôt chimique en phase vapeur d’un précurseur comprenant du silicium, le revêtement d’accrochage comprenant des grains colonnaires de silicium cristallin, et une étape de formation d’un revêtement barrière sur le revêtement d’accrochage. Afin d’obtenir un revêtement d’accrochage particulièrement fin, mais avec une bonne adhésion au revêtement barrière, l’étape de formation du revêtement d’accrochage peut s’effectuer avec une pression de dépôt comprise entre 1 et 5 kPa et une température de dépôt comprise entre 964 et 1135°C, pour obtenir une rugosité moyenne Ra du revêtement d’accrochage supérieure à 1 µm. Par ailleurs, le précurseur pour l’étape de formation du revêtement d’accrochage peut comprendre un précurseur peu réactif, en particulier le trichlorosilane et/ou le tétrachlorure de silicium.The present disclosure relates to a coating method, comprising a step of forming an adhesion coating on a surface of a substrate, by chemical vapor deposition of a precursor comprising silicon, the adhesion coating comprising columnar grains of crystalline silicon, and a step of forming a barrier coating on the bonding coating. In order to obtain a particularly thin bonding coating, but with good adhesion to the barrier coating, the step of forming the bonding coating can be carried out with a deposition pressure of between 1 and 5 kPa and a temperature of deposition between 964 and 1135°C, to obtain an average roughness Ra of the bonding coating greater than 1 µm. Furthermore, the precursor for the step of forming the bonding coating may comprise a poorly reactive precursor, in particular trichlorosilane and/or silicon tetrachloride.
Grâce à ces paramètres de dépôt, il est possible d’obtenir une microstructure particulière du revêtement d’accrochage, offrant une bonne adhésion du revêtement barrière même avec une épaisseur très fine. Ainsi, le revêtement d’accrochage peut présenter une épaisseur maximale inférieure à 20 µm, de préférence inférieure à 10 µm.Thanks to these deposition parameters, it is possible to obtain a particular microstructure of the bonding coating, offering good adhesion of the barrier coating even with a very thin thickness. Thus, the bonding coating can have a maximum thickness of less than 20 µm, preferably less than 10 µm.
Afin de protéger le substrat d’un environnement particulièrement agressif, le revêtement barrière peut comprendre un silicate de terre rare, en particulier du disilicate d’ytterbium. Afin d’obtenir une bonne couverture du substrat, même dans des cavités difficilement accessibles, avec une faible épaisseur de ce revêtement barrière, l’étape de formation du revêtement barrière peut s’effectuer par dépôt par voie liquide, par exemple par enduction par trempage (en anglais : « dip coating ») et/ou par électrophorèse. Le revêtement barrière peut présenter une épaisseur maximale inférieure à 40 µm, de préférence inférieure à 30 µm.In order to protect the substrate from a particularly aggressive environment, the barrier coating may include a rare earth silicate, in particular ytterbium disilicate. In order to obtain good coverage of the substrate, even in cavities that are difficult to access, with a low thickness of this barrier coating, the step of forming the barrier coating can be carried out by liquid deposition, for example by dip coating. (in English: “dip coating”) and/or by electrophoresis. The barrier coating may have a maximum thickness of less than 40 µm, preferably less than 30 µm.
Le procédé peut comprendre une étape supplémentaire de formation d’un revêtement de protection contre la dégradation par calcium–magnesium–alumino-silicates. Le substrat peut former une pièce de turbine, en particulier dans un moteur à turbine à gaz, et/ou comprendre un matériau au moins partiellement céramique, en particulier un matériau composite à matrice céramique.The process may include an additional step of forming a protective coating against degradation by calcium–magnesium–alumino-silicates. The substrate may form a turbine part, in particular in a gas turbine engine, and/or comprise an at least partially ceramic material, in particular a ceramic matrix composite material.
La présente divulgation concerne aussi un revêtement obtenu par le procédé susmentionné.The present disclosure also relates to a coating obtained by the aforementioned process.
L'invention sera bien comprise et ses avantages apparaîtront mieux, à la lecture de la description détaillée qui suit, d'un mode de réalisation représenté à titre d'exemple non limitatif.The invention will be well understood and its advantages will appear better, on reading the detailed description which follows, of an embodiment shown by way of non-limiting example.
Dans une première étape du procédé suivant ce mode de réalisation, une surface d’un substrat 100 au moins partiellement céramique, qui peut être par exemple, un matériau composite à matrice céramique (CMC), et notamment un CMC SiC/SiC, peut d’abord être soumise à un dépôt chimique en phase vapeur pour former un revêtement d’accrochage 200. Dans cette étape de formation du revêtement d’accrochage 200, le précurseur utilisé peut comprendre par exemple du trichlorosilane (HCl3Si) et/ou du tétrachlorure de silicium (SiCl4), et le dépôt chimique en phase vapeur peut être effectué à une température comprise entre 964 et 1135°C et une pression comprise entre 1 et 5 kPa, de manière à former un revêtement d’accrochage 200 d’une épaisseur moyenne t200inférieure à, par exemple, 20 µm, voire même inférieure à 10 µm, avec néanmoins une rugosité moyenne Ra supérieure à 1 µm. Dans le contexte de cette divulgation, on entend par rugosité moyenne Ra la moyenne arithmétique de l’écart z de l’épaisseur ponctuelle du revêtement d’accrochage 200 par rapport à son épaisseur moyenne t200sur toute la surface du revêtement d’accrochage 200. Aux températures et pressions indiquées, la vitesse de dépôt peut être de l’ordre de 1 µm/h. La durée de cette étape peut donc être de l’ordre des 10 heures pour les épaisseurs visées. Cette étape peut notamment être effectuée dans un réacteur à parois chaudes, pour effectuer le dépôt indépendamment de la géométrie du substrat 100. Le précurseur en phase vapeur peut circuler dans ce réacteur avec un temps de séjour qui peut être compris, par exemple, entre 0,11 et 0,45 secondes.In a first step of the method according to this embodiment, a surface of a substrate 100 at least partially ceramic, which can be for example a ceramic matrix composite material (CMC), and in particular a SiC/SiC CMC, can be first be subjected to chemical vapor deposition to form an adhesion coating 200. In this step of forming the adhesion coating 200, the precursor used can comprise for example trichlorosilane (HCl 3 Si) and/or silicon tetrachloride (SiCl 4 ), and the chemical vapor deposition can be carried out at a temperature between 964 and 1135 ° C and a pressure between 1 and 5 kPa, so as to form an adhesion coating 200 of an average thickness t 200 less than, for example, 20 µm, or even less than 10 µm, with nevertheless an average roughness Ra greater than 1 µm. In the context of this disclosure, the term average roughness Ra is understood to mean the arithmetic average of the deviation z of the point thickness of the bonding coating 200 relative to its average thickness t 200 over the entire surface of the bonding coating 200 At the temperatures and pressures indicated, the deposition speed can be of the order of 1 µm/h. The duration of this step can therefore be of the order of 10 hours for the target thicknesses. This step can in particular be carried out in a reactor with hot walls, to carry out the deposition independently of the geometry of the substrate 100. The precursor in the vapor phase can circulate in this reactor with a residence time which can be comprised, for example, between 0 .11 and 0.45 seconds.
Dans une deuxième étape du procédé suivant ce mode de réalisation, un revêtement barrière 300 peut être formé sur le revêtement d’accrochage 200 par un procédé de dépôt connu, tel que le dépôt par voie liquide, par exemple par enduction par trempage ou par electrophorèse. Ce revêtement barrière 300 peut notamment comprendre un silicate de terre rare, comme par exemple du disilicate d’ytterbium (Yb2Si2O7), ainsi que d’autres composants, comme par exemple de l’oxyde de fer trivalent (Fe2O3), et peut présenter une épaisseur moyenne t300inférieure à 40 µm, voire même inférieure à 30 µm. Ainsi, ensemble, le revêtement d’accrochage 200 et le revêtement barrière 300 peuvent avoir une épaisseur totale inférieure à 50 µm.In a second step of the process according to this embodiment, a barrier coating 300 can be formed on the bonding coating 200 by a known deposition process, such as liquid deposition, for example by dip coating or by electrophoresis. . This barrier coating 300 may in particular comprise a rare earth silicate, such as for example ytterbium disilicate (Yb 2 Si 2 O 7 ), as well as other components, such as for example trivalent iron oxide (Fe 2 O 3 ), and can have an average thickness t 300 of less than 40 µm, or even less than 30 µm. Thus, together, the bonding coating 200 and the barrier coating 300 can have a total thickness of less than 50 µm.
Dans une étape subséquente, il est envisageable de procéder à l’application, sur le revêtement barrière 300, d’un revêtement supplémentaire (non illustré) de protection contre la dégradation par calcium–magnesium–alumino-silicates (CMAS). Ce revêtement supplémentaire peut comprendre un silicate de terre rare, et en particulier un monosilicate de terre rare tel que le monosilicate d’ytterbium (Y2SiO5). Il peut être appliqué par un procédé de dépôt connu tel que le dépôt par projection plasma, le dépôt par voie liquide ou le dépôt chimique en phase vapeur. Son épaisseur peut être par exemple entre 5 et 100 µm.In a subsequent step, it is possible to apply, on the barrier coating 300, an additional coating (not illustrated) for protection against degradation by calcium–magnesium–alumino-silicates (CMAS). This additional coating may comprise a rare earth silicate, and in particular a rare earth monosilicate such as ytterbium monosilicate (Y 2 SiO 5 ). It can be applied by a known deposition process such as plasma spray deposition, liquid deposition or chemical vapor deposition. Its thickness can for example be between 5 and 100 µm.
Dans une étape finale, l’ensemble des revêtements superposés peut être soumis à un traitement thermique de stabilisation.In a final step, all of the superimposed coatings can be subjected to a stabilization heat treatment.
Les revêtements obtenus par ce procédé sont particulièrement résistants aux environnements agressifs à haute température, et sont en particulier applicables aux pièces de turbine exposées à des gaz de combustion, comme par exemple les aubes et distributeurs des turbines de moteurs à turbine à gaz. La
Dans un tel moteur 1 à turbine à gaz, les pièces des turbines haute pression 6 et basse pression 7, notamment les aubes et distributeurs, sont soumises à des contraintes mécaniques importantes dans l’environnement particulièrement agressif des gaz de combustion. Elles peuvent donc bénéficier du procédé de revêtement décrit ci-dessus.In such a gas turbine engine 1, the parts of the high pressure 6 and low pressure 7 turbines, in particular the blades and distributors, are subject to significant mechanical stresses in the particularly aggressive environment of the combustion gases. They can therefore benefit from the coating process described above.
Quoique la présente invention ait été décrite en se référant à un exemple de réalisation spécifique, il est évident que des différentes modifications et changements peuvent être effectués sur ces exemples sans sortir de la portée générale de l'invention telle que définie par les revendications. Par conséquent, la description et les dessins doivent être considérés dans un sens illustratif plutôt que restrictif.Although the present invention has been described with reference to a specific embodiment, it is obvious that various modifications and changes can be made to these examples without departing from the general scope of the invention as defined by the claims. Therefore, the description and drawings should be considered in an illustrative rather than a restrictive sense.
Claims (10)
formation d’un revêtement d’accrochage (200) sur une surface d’un substrat (100), par dépôt chimique en phase vapeur d’un précurseur comprenant du silicium,
formation d’un revêtement barrière (300) sur le revêtement d’accrochage (200),
le procédé étant caractérisé en ce que l’étape de formation du revêtement d’accrochage (200) s’effectue avec une pression de dépôt comprise entre 1 et 5 kPa et une température de dépôt comprise entre 964 et 1135°C, pour obtenir une rugosité moyenne Ra du revêtement d’accrochage (200) supérieure à 1 µm.Coating process, comprising the following steps:
formation of an adhesion coating (200) on a surface of a substrate (100), by chemical vapor deposition of a precursor comprising silicon,
formation of a barrier coating (300) on the bonding coating (200),
the method being characterized in that the step of forming the bonding coating (200) is carried out with a deposition pressure of between 1 and 5 kPa and a deposition temperature of between 964 and 1135°C, to obtain a average roughness Ra of the bonding coating (200) greater than 1 µm.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR2205451A FR3136191A1 (en) | 2022-06-07 | 2022-06-07 | Coating process |
| PCT/FR2023/050800 WO2023237834A1 (en) | 2022-06-07 | 2023-06-06 | Coating method |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR2205451A FR3136191A1 (en) | 2022-06-07 | 2022-06-07 | Coating process |
| FR2205451 | 2022-06-07 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR3136191A1 true FR3136191A1 (en) | 2023-12-08 |
Family
ID=83996132
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR2205451A Pending FR3136191A1 (en) | 2022-06-07 | 2022-06-07 | Coating process |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR3136191A1 (en) |
| WO (1) | WO2023237834A1 (en) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5320880A (en) * | 1992-10-20 | 1994-06-14 | Micron Technology, Inc. | Method of providing a silicon film having a roughened outer surface |
| US20100035417A1 (en) * | 2005-11-30 | 2010-02-11 | Eugene Technology Co., Ltd. | Method of fabricating polycrystalline silicon thin film |
| US9719420B2 (en) * | 2014-06-02 | 2017-08-01 | General Electric Company | Gas turbine component and process for producing gas turbine component |
| US20200039886A1 (en) | 2018-07-31 | 2020-02-06 | General Electric Company | Silicon Bond Coat with Amorphous Structure and Methods of Its Formation |
| US20200039892A1 (en) | 2018-07-31 | 2020-02-06 | General Electric Company | Silicon Bond Coat With Columnar Grains and Methods of its Formation |
| FR3114588A1 (en) * | 2020-09-29 | 2022-04-01 | Safran Ceramics | Process for manufacturing an environmental barrier |
-
2022
- 2022-06-07 FR FR2205451A patent/FR3136191A1/en active Pending
-
2023
- 2023-06-06 WO PCT/FR2023/050800 patent/WO2023237834A1/en unknown
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5320880A (en) * | 1992-10-20 | 1994-06-14 | Micron Technology, Inc. | Method of providing a silicon film having a roughened outer surface |
| US20100035417A1 (en) * | 2005-11-30 | 2010-02-11 | Eugene Technology Co., Ltd. | Method of fabricating polycrystalline silicon thin film |
| US9719420B2 (en) * | 2014-06-02 | 2017-08-01 | General Electric Company | Gas turbine component and process for producing gas turbine component |
| US20200039886A1 (en) | 2018-07-31 | 2020-02-06 | General Electric Company | Silicon Bond Coat with Amorphous Structure and Methods of Its Formation |
| US20200039892A1 (en) | 2018-07-31 | 2020-02-06 | General Electric Company | Silicon Bond Coat With Columnar Grains and Methods of its Formation |
| FR3114588A1 (en) * | 2020-09-29 | 2022-04-01 | Safran Ceramics | Process for manufacturing an environmental barrier |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2023237834A1 (en) | 2023-12-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7700167B2 (en) | Erosion-protective coatings on polymer-matrix composites and components incorporating such coated composites | |
| TWI405873B (en) | Method of preparing wear-resistant coating layer comprising metal matrix composite and coating layer prepared by using the same | |
| US9109279B2 (en) | Method for coating a blade and blade of a gas turbine | |
| EP2104656B1 (en) | Composite material part with a silicon-containing ceramic matrix protected against corrosion | |
| JP7154806B2 (en) | Segmented environmental barrier coating system and method of forming same | |
| CA2576004A1 (en) | Oxidation-resistant coating and formation method thereof, thermal barrier coating, heat-resistant member, and gas turbine | |
| FR2895742A1 (en) | LAMINATE SYSTEM WITH PYROCHLORINE PHASE | |
| EP3538500B1 (en) | Turbomachine part coated with a thermal barrier and process for obtaining same | |
| US20050079050A1 (en) | Gas turbine engine and method of producing the same | |
| RU2770128C2 (en) | Part containing protective coating with gradually changing composition | |
| JP2015531822A (en) | Abrasive coatings made of materials with low surface roughness | |
| FR3136191A1 (en) | Coating process | |
| WO2023094757A1 (en) | Coating method | |
| FR2718464A1 (en) | Superalloy article and method of mfr. | |
| US20180252119A1 (en) | Turbine engines, engine structures, and methods of forming engine structures with improved interlayer bonding | |
| FR3132107A1 (en) | ENVIRONMENTAL BARRIER COATINGS. | |
| US7879459B2 (en) | Metallic alloy composition and protective coating | |
| EP1600525B1 (en) | Process for making or repairing a coating on a metallic substrate | |
| FR3133861A1 (en) | Core-shell particle with dual anti-corrosion and anti-CMAS function | |
| FR3100048A1 (en) | CMC turbine ring with variable thickness protective coating and method of manufacturing such a ring | |
| WO2024023428A1 (en) | Coating application method and turbine blade with coating applied according to this method | |
| WO2024099721A1 (en) | Composition for an abradable seal for a turbomachine | |
| FR2941967A1 (en) | Fabricating a thermal barrier covering a superalloy metal substrate, comprises depositing a platinum layer containing platinoids on the substrate, performing a thermal treatment of the piece, and depositing a ceramic layer on treated piece | |
| FR3133853A1 (en) | Part in CMC material with pre-cracked environmental barrier for thermomechanical accommodation | |
| FR3122595A1 (en) | Method of manufacturing a turbine blade for a turbomachine |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 2 |
|
| PLSC | Publication of the preliminary search report |
Effective date: 20231208 |