Titre de l'invention : Noyau de fonderie amélioré pour la fabrication de pièce aéronautique métallique creuse

Domaine Technique

[0001 ] L'invention concerne la fabrication de pièces aéronautiques métalliques creuses, notamment d’aube de turbomachine aéronautique, par des méthodes de fonderie à cire perdue. Plus précisément, l’invention se rapporte au noyau de fonderie utilisé dans la fabrication de pièces aéronautiques creuses, à un procédé de fabrication d’un tel noyau de fonderie, et à un procédé de fabrication d’une telle pièce aéronautique.

Technique antérieure

[0002] Les pièces aéronautiques métalliques, notamment les aubes de turbines haute pression à base de nickel, comportent généralement des canaux internes de refroidissement, rendant ces pièces creuses.

[0003] De manière connue, ces pièces creuses sont réalisées par des procédés de fonderie dits « à cire perdue », utilisant des noyaux céramiques permettant la formation des cavités internes formant les canaux de refroidissement sur la pièce finale. Ces procédés comprennent généralement les étapes suivantes :

- fabrication des noyaux céramiques, par exemple par injection céramique et frittage,

- injection des modèles en cire (injection de la cire autour du noyau),

- assemblage des modèles et fabrication du moule carapace,

- décirage pour enlever la cire et laisser la place à l’alliage, suivi d’une étape de cuisson du moule carapace,

- coulée sous vide des alliages à base de nickel et solidification contrôlée,

- décochage mécanique de la carapace et décochage chimique des noyaux, par exemple par dissolution, pour obtenir l’aube finale avec une cavité interne.

[0004] Les démarches actuelles de recherche et de développement visent à augmenter la performance des moteurs aéronautiques, et à diminuer les émissions de C0 ₂ et la consommation spécifique. Pour ce faire, il est nécessaire de développer des technologies d’aubes de turbine haute pression permettant d’accroître la température d’entrée des gaz en turbine (TET). Afin d’atteindre une TET plus élevée, de nouvelles technologies sont mises en place, notamment de nouveaux matériaux monocristallins à plus haute température, de nouveaux revêtements de protection compatibles des nouveaux alliages, ou de nouvelles barrières thermiques à conductivité thermique réduite et résistantes aux agressions environnementales.

[0005] Les circuits de refroidissement jouent en particulier un rôle majeur dans l’atteinte de ces objectifs. Par conséquent, la complexité de ces circuits tend à croître, intégrant des sections très fines et longues. Il en découle que ces circuits peuvent s’avérer difficilement fabricables. En effet, compte tenu de la fragilité de la composition céramique employée et de la nécessité d’utiliser des formes démoulables, l’élaboration de tels circuits par injection céramique dans un moule, qui représente le procédé généralement utilisé pour la fabrication des noyaux de fonderie, peut être laborieuse et coûteuse, présentant notamment un taux de rebuts élevé.

[0006] D’autre part, le décochage chimique de ces circuits complexes présente également des inconvénients tant d’un point de vue environnemental et industriel (manipulation de solvants très dangereux), que d’un point de vue de l’efficacité de cette étape du procédé, qui peut notamment être limitée par la complexité et/ou l’accessibilité par les fluides d’attaque chimique. De plus, la complexité croissante des canaux de refroidissement entraîne une augmentation du temps de décochage ainsi que des températures et pressions de traitement, ce qui peut à terme augmenter le risque d’interaction chimique entre le superalliage et les bases/acides employés. Enfin, la matière engagée pour réaliser ces noyaux n’est pas réutilisable et ne peut pas être régénérée à la fin du procédé.

[0007] A l’heure actuelle, différentes solutions existent, permettant de palier en partie certains de ces inconvénients. En particulier, il est connu d’utiliser des noyaux métalliques réfractaires à la place des noyaux céramiques, notamment à base d’alliages contenant du molybdène. Bien que cette technologie permette de réduire la finesse des canaux de refroidissement et d’obtenir des formes plus complexes, elle n’offre pas de solution aux autres problématiques précitées, notamment liées au recyclage, à l’environnement et au décochage des circuits complexes. Par ailleurs, le molybdène et ses alliages s’oxydent à haute température et se fragilisent. Ces métaux sont donc sensibles aux étapes de cuisson des noyaux, recuits de la carapace et lors de la coulée du superalliage. Cette dégradation peut conduire à l’érosion du matériau en contact avec le superalliage, créant ainsi des aspérités sur la surface interne de l’aube et par conséquent des perturbations fluidiques non souhaitables, pouvant entraîner une diminution de l’efficacité des circuits de refroidissement. Ces métaux sont de plus solubles dans le superalliage.

[0008] Cet inconvénient peut être surmonté par l’application de revêtements sur le métal réfractaire. Cependant, afin de répondre à certaines propriétés, notamment de compatibilité chimique avec le métal réfractaire, une bonne adhérence avec ce dernier, être décochable et présenter un coefficient de dilatation thermique proche de celui du métal réfractaire, ces revêtements doivent être composés de plusieurs couches, et les procédés de réalisation de ces revêtements restent complexes.

[0009] Il existe donc un besoin pour une solution permettant de palier au moins en partie aux inconvénients précités.

Exposé de l’invention

[0010] Le présent exposé concerne un noyau de fonderie pour la fabrication de pièce aéronautique métallique creuse, notamment de pièce de turbine haute pression par fonderie à cire perdue, comprenant un matériau composite comprenant d’une part une première phase de formule M _n+1 AIC _n , où n = 1 à 3 et M étant un métal de transition choisi dans le groupe constitué du titane et/ou du niobium et/ou du molybdène, le matériau composite comprenant d’autre part une deuxième phase de formule AI ₄ C ₃ .

[0011] On comprend que la première phase est de type « phase MAX », structure cristalline de formule générique M _n+1 AX _n , associant des caractéristiques à la fois de métaux et de céramiques, et présentant notamment une bonne conductivité thermique et électrique, une bonne usinabilité, ainsi qu’une tolérance à l’endommagement et une résistance à l’oxydation à haute température. On comprend en outre que l’expression « pour la fabrication de pièce aéronautique métallique creuse » signifie que le noyau est adapté et convient pour la fabrication de telles pièces métalliques. Néanmoins, on comprend que cette application n’est pas limitative, un noyau présentant la même composition pouvant également convenir pour la fabrication de pièces en composite à matrice céramique (CMC), notamment.

[0012] Dans le présent exposé, l’utilisation de l’aluminium sur le site A permet d’assurer soit la formation d’une couche d’alumine protectrice par oxydation du noyau, soit une compatibilité avec des revêtements aluminoformeur éventuellement déposés sur le noyau. En outre, l’utilisation du carbone sur le site X est avantageuse en ce que les phases de type carbure ainsi formées présentent une température de fusion supérieure à 1500°C, et donc supérieure à la température de fusion du métal utilisé lors de la coulée du métal en fusion dans le moule carapace. Le carbone permet en outre de former des phases compatibles chimiquement avec AI ₄ C ₃ . Par ailleurs, le titane et/ou le niobium et/ou le molybdène, utilisés sur le site M, permettent, en coordination avec l'utilisation du carbone, d’obtenir des phases ayant des températures de fusion supérieures à celle du métal utilisé lors de la coulée, et présentant également de bonnes propriétés mécaniques jusqu’à 1500°C au moins.

[0013] En outre, l’association de cette première phase, avec une deuxième phase de formule AI ₄ C ₃ , est particulièrement avantageuse. En effet, le carbure d’aluminium (AI ₄ C ₃ ) est un composé inorganique, dont la température de fusion est très élevée (2200 °C), et qui peut aisément s’hydrolyser à température ambiante, en présence d’une atmosphère riche en eau. Ainsi, le matériau composite utilisé pour le noyau de fonderie du présent exposé intègre cette deuxième phase de carbure de d’aluminium aux joints de grains de la première phase. Cela permet de rendre le matériau composite particulièrement réactif aux atmosphères contenant de l’eau. La dégradation du carbure d’aluminium s’accompagne d’une variation de volume et d’un dégagement de gaz, à même de fragmenter le joint de grain et de propager des fissures dans la première phase initiale. Il est ainsi possible de propager le phénomène d’hydrolyse sur des distances relativement grandes, et ainsi de faciliter la fragmentation et le décochage du noyau. En d’autres termes, le matériau composite formant le noyau peut être dense et massif initialement, et être réduit en poudre par hydrolyse.

[0014] D’autre part, le gradient chimique entre le carbure d’aluminium et la première phase contenant de l’aluminium et du carbone est très limité, ce qui permet de limiter l’interdiffusion entre les différents éléments chimiques lors des étapes de mise en forme du noyau et de coulée. En outre, une fois le décochage du noyau réalisé, un matériau fragmenté, composé de grains de la première phase et d’aluminium hydraté peut être récupéré. Après séchage, cette matière peut être « rechargée » en AI ₄ C ₃ et réutilisée afin de fabriquer de nouveaux noyaux de fonderie.

[0015] Le matériau composite du noyau de fonderie selon le présent exposé allie ainsi les avantages précités liés aux composés réfractaires de la première phase, à l’utilisation d’une deuxième phase de formule AI ₄ C ₃ , permettant la réalisation de structures creuses de formes complexes, tout en autorisant un décochage aisé et rapide de noyaux fins, sans avoir recours à des solutions chimiques potentiellement néfastes pour la pièce fabriquée ultérieurement et pour l’environnement, et pouvant être recyclées. [0016] Dans certains modes de réalisation, la première phase est de l’une des formules parmi Nb ₄ AIC ₃ , Nb ₂ AIC, Mo ₂ TiAIC ₂ ou Ti ₂ AIC.

[0017] La phase Ti ₂ AIC est aluminoformeuse et ne nécessite donc pas l’ajout d’un revêtement permettant la formation de cette couche protectrice. Son coefficient de dilatation thermique est de l’ordre de 7-9x10 ⁶ K ¹ , ce qui est proche de l’alumine, et permet d’éviter l’écaillage de l’oxyde formé à haute température.

[0018] Les phases Nb ₄ AIC ₃ , Nb ₂ AIC, Mo ₂ TiAIC ₂ ne sont pas aluminoformeuses. Il est préférable d’ajouter un revêtement permettant la formation de cette couche protectrice. Néanmoins, leur coefficient de dilatation thermique est également de l’ordre de 7-9x10 ⁶ K ¹ , proche de l’alumine, et autorise donc le dépôt direct d’une couche d’alumine ou d’un revêtement aluminoformeur.

[0019] Ces phases permettent ainsi de s’affranchir d’un dépôt multi-couche très long à mettre en œuvre. Ce sont également des phases réfractaires qui ont une résistance mécanique proche de celle des céramiques utilisées, mais avec une meilleure ductilité que ces dernières, ce qui rend leur utilisation plus aisée.

[0020] Dans certains modes de réalisation, le matériau composite comprend entre 1 et 50% de deuxième phase en volume du matériau composite, de préférence entre 1 et 20%. Ces valeurs permettent d’assurer la fragmentation du matériau composite par hydrolyse, tout en laissant un volume suffisant de première phase dans le matériau composite, permettant de conserver les avantages techniques liés à cette première phase. En outre, cette fraction de phase AI ₄ C ₃ permet d’assurer la stabilité chimique du matériau à haute température, tout en permettant d’induire un phénomène d’hydrolyse facilitant le décochage.

[0021] Dans certains modes de réalisation, une surface externe du noyau de fonderie est recouverte par une couche d’alumine.

[0022] La dégradation du noyau, par hydrolyse du carbure d’aluminium dans une atmosphère contenant de l’eau, ne doit avoir lieu que lors du décochage du noyau. Ainsi, la présence d’une couche d’alumine adhérente et dense en surface du noyau permet de protéger le matériau composite de la dégradation pendant les autres étapes de fabrication d’une pièce de fonderie précédant le décochage du noyau, notamment pendant l’étape de décirage.

[0023] Dans certains modes de réalisation, la couche d’alumine présente une épaisseur comprise entre 1 et 50 pm. Cette épaisseur permet d’assurer la protection du noyau au cours de la fabrication d’une pièce de fonderie. Plus précisément, la couche d’alumine ainsi formée est suffisamment fine pour ne pas avoir d’impact sur le retrait du noyau par décochage, mais isole chimiquement le cœur du noyau de l’extérieur.

[0024] Le présent exposé concerne également un procédé de fabrication d’un noyau de fonderie pour la fabrication de pièce aéronautique métallique creuse, notamment de pièce de turbine haute pression par fonderie à cire perdue, le noyau de fonderie comprenant un matériau composite comprenant d’une part une première phase de formule M _n+1 AIC _n , où n = 1 à 3 et M étant un métal de transition choisi dans le groupe constitué du titane et/ou du niobium et/ou du molybdène, le matériau composite comprenant d’autre part une deuxième phase de formule AI ₄ C ₃ , le noyau de fonderie étant obtenu par un procédé de métallurgie des poudres comprenant une étape de mélange dans laquelle des poudres permettant d’obtenir le matériau composite sont mélangées, et une étape de mise en forme.

[0025] Le mélange des poudres permettant d’obtenir le matériau composite peut comprendre le mélange de poudres pures de carbone, d’aluminium, de titane et ou de carbure de titane, et/ou de niobium, et ou de carbure de niobium et/ou de molybdène et/ou de carbure d’aluminium AI ₄ C ₃ . En d’autres termes, le matériau composite constitutif du noyau de fonderie est obtenu en faisant réagir les différentes poudres des éléments constitutifs de ce matériau à haute température. Ce procédé présente l’avantage de faire intervenir, dans l’élaboration du matériau composite, la phase AI ₄ C ₃ , permettant d’apporter les éléments Al et C nécessaires, apportant ainsi les avantages précités.

[0026] Par ailleurs, l’étape de mise en forme peut comprendre l’injection d’un liant sur une poudre (nommée « binder jetting » en anglais), l’injection d’un mélange de poudre métallique et d’un polymère thermoplastique (ou procédé MIM pour « Métal Injection Molding » en anglais) ou tout autre procédé d’impression 3D connu adapté, de préférence suivi d’un déliantage et/ou d’un frittage conventionnel, ou d’un déliantage et/ou frittage non conventionnel comme le « frittage flash » (ou frittage SPS pour « Spark Plasma Sintering » en anglais), par exemple.

[0027] Dans certains modes de réalisation, l’étape de mélange comprend le mélange de poudres pures constitutives de la première phase de manière à obtenir la première phase sous forme de poudre, puis le mélange de ladite première phase sous forme de poudre avec une poudre d’AI ₄ C ₃ de manière à obtenir la deuxième phase.

[0028] En d’autres termes, les poudres pures de carbone, d’aluminium, de titane et/ou de carbure de titane, et/ou de niobium, et/ou de carbure de niobium, et/ou de molybdène, et/ou de carbure d’aluminium sont mélangées en premier lieu, de manière à obtenir la première phase dans un premier temps, puis la première phase obtenue est mélangée à une poudre de carbure d’aluminium dans un deuxième temps, de manière à obtenir la deuxième phase. Cela permet d’améliorer la maîtrise des proportions de chaque phase.

[0029] Dans certains modes de réalisation, l’étape de mélange comprend le mélange de poudres pures constitutives de la première phase avec une poudre d’AI ₄ C ₃ en excès de manière à former le matériau composite en une opération.

[0030] En d’autres termes, selon cette configuration, le mélange des poudres n’est pas réalisé en deux temps (fabrication de la première phase dans un premier temps, puis mélange avec une poudre de carbure d’aluminium), mais les poudres pures précitées sont mélangées dans une même opération avec une poudre d’AI ₄ C ₃ en excès, c’est-à- dire en sur-stœchiométrie, permettant ainsi la formation du matériau composite « in situ ». Le fait de faire réagir la poudre d’AI ₄ C ₃ en sur-stœchiométrie par rapport à la première phase recherchée permet de maintenir une fraction volumique contrôlée de cette phase dans le matériau final.

[0031 ] Dans certains modes de réalisation, la première phase est de formule Ti ₂ AIC, le procédé comprenant, après l’étape de mise en forme du noyau de fonderie, une étape d’oxydation du noyau permettant la formation d’une couche d’alumine sur une surface du noyau.

[0032] Ainsi que mentionné précédemment, la phase de formule Ti ₂ AIC est aluminoformeuse, et permet ainsi la formation d’une couche d’alumine par simple oxydation du noyau, sans nécessiter l’ajout d’un revêtement multi couches complexe permettant la formation de cette couche protectrice. Néanmoins, cette étape de dégradation du noyau ne doit pouvoir être activée qu’après la coulée réalisée. Cette étape d’oxydation permet de produire une couche d’alumine adhérente et dense en surface du noyau à même de protéger le matériau composite de la dégradation, notamment pendant l’étape de décirage. On notera en outre que l’étape ultérieure de coulée du métal étant réalisée sous vide, cette dernière ne pose pas de problème particulier vis-à-vis de ces matériaux.

[0033] Dans certains modes de réalisation, la première phase est de l’une des formules parmi Nb ₄ AIC ₃ , Nb ₂ AIC, Mo ₂ TiAIC ₂ , le procédé comprenant, après l’étape de mise en forme du noyau de fonderie, une étape de dépôt d’un revêtement aluminoformeur, puis une étape d’oxydation du revêtement permettant la formation d’une couche d’alumine sur une surface du noyau.

[0034] Ainsi que mentionné précédemment, ces phases ne sont pas aluminoformeuses, et nécessitent donc l’ajout d’un revêtement permettant la formation de cette couche protectrice. Néanmoins, ces phases sont compatibles de revêtements aluminoformeurs aptes à former une couche d’alumine par oxydation. Il est ainsi possible de former une couche protectrice d’alumine de manière simple, sans nécessiter l’ajout d’un revêtement multi couches complexe pour former cette couche protectrice.

[0035] Dans certains modes de réalisation, l’étape d’oxydation est réalisée en disposant le noyau dans une enceinte sous air compris entre 1000°C et 1400°C.

[0036] Le présent exposé concerne également un procédé de fabrication par fonderie à cire perdue d’une pièce aéronautique métallique creuse, notamment d’une pièce de turbine haute pression, utilisant un noyau de fonderie obtenu par un procédé selon l’un quelconque des modes de réalisation précédents, le procédé comprenant, après des étapes de coulée d’un métal fondu autour du noyau de fonderie et de solidification dudit métal, une étape de décochage du noyau de fonderie par étuvage.

[0037] En d’autres termes, après solidification du métal dans un moule céramique et autour du noyau de fonderie, l’ensemble est disposé dans un dispositif, par exemple une étuve, de préférence à hygrométrie contrôlée. Comme évoqué précédemment, la présence de la phase AI ₄ C ₃ entre les joints de grain permet, dans un air chargé en eau, la désagrégation du noyau de fonderie. Cela permet ainsi de faciliter le décochage, et en particulier d’améliorer le décochage des canaux très fins, tout en s’affranchissant de l’utilisation de solutions chimiques, telles que des acides, potentiellement néfastes pour la pièce fabriquée.

[0038] Dans certains modes de réalisation, le procédé comprend, avant l’étape de décochage, une étape dans laquelle une ouverture est réalisée dans la pièce.

[0039] Plus précisément, les artifices de coulée sont supprimés et une ouverture est réalisée dans la pièce sans la couche d’alumine. Il est ainsi possible de faciliter davantage le décochage du noyau, le matériau composite ainsi dégradé pouvant être évacué par l’intermédiaire de cette ouverture.

[0040] Dans certains modes de réalisation, le procédé comprend, après l’étape de décochage, une étape de récupération, dans laquelle le matériau décoché par étuvage est récupéré de manière à être réutilisé pour la fabrication d’un autre noyau de fonderie en repartant de l’étape de mélange.

[0041] En d’autres termes, une fois la dégradation du noyau réalisée, un matériau fragmenté composé de grains de la première phase et d’aluminium hydraté peut être récupéré. Après séchage, cette matière peut être « rechargée » en AI ₄ C ₃ lors de l’étape de mélange et être ainsi réutilisée afin de fabriquer de nouveaux noyaux. Il est ainsi possible de recycler le noyau de fonderie décoché, permettant ainsi de répondre au moins en partie aux problématiques environnementales précitées.

[0042] Le présent exposé concerne également un procédé de fabrication d’une pièce aéronautique creuse en composite à matrice céramique utilisant un noyau obtenu par un procédé selon l’un quelconque des modes de réalisation précédents, le procédé comprenant, après des étapes d’insertion du noyau dans une préforme fibreuse, d’imprégnation d’une matrice céramique dans la préforme fibreuse et de solidification de la matrice, une étape de décochage du noyau par étuvage. On notera que le noyau de fonderie obtenu par un procédé selon le présent exposé, est plus simplement nommé « noyau » lorsqu’il est utilisé pour la fabrication de pièces en composite à matrice céramique (CMC).

Brève description des dessins

[0043] L’invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description détaillée faite ci-après de différents modes de réalisation de l’invention donnés à titre d’exemples non limitatifs. Cette description fait référence aux pages de figures annexées, sur lesquelles :

[0044] [Fig. 1] La figure 1 représente une vue en perspective d’une aube métallique creuse de turbine haute pression,

[0045] [Fig. 2] La figure 2 représente une section transversale de l’aube de la figure 1 ,

[0046] [Fig. 3] La figure 3 est une vue en perspective d’un noyau de fonderie selon le présent exposé,

[0047] [Fig. 4] La figure 4 représente schématiquement les étapes d’un procédé de fabrication d’une pièce métallique creuse selon un premier mode de réalisation conforme à l’exposé,

[0048] [Fig. 5] La figure 5 représente schématiquement les étapes d’un procédé de fabrication d’une pièce métallique creuse selon un deuxième mode de réalisation conforme à l’exposé. Description des modes de réalisation

[0049] La figure 1 représente une vue en perspective d’une aube creuse 10 de turbine haute pression, et la figure 2 représente une vue en coupe de ladite aube 10, montrant les différents circuits de refroidissement 12 au sein de cette aube 10.

[0050] Une telle aube est obtenue, selon le présent exposé, par un procédé par fonderie à cire perdue. En particulier, les circuits de refroidissement 12 sont obtenus en utilisant, au cours du procédé de fabrication, un noyau de fonderie 1 , fabriqué lors d’une étape préliminaire du procédé, et dont la forme correspond à la forme des circuits de refroidissement 12 destinés à être formés.

[0051] Un tel noyau de fonderie 1 , conforme au présent exposé, est représenté en perspective sur la figure 3. Certaines portions 2 de ce noyau 1 , permettant d’obtenir les différents canaux de refroidissement 12, sont complexes ou fines. Néanmoins, le noyau de fonderie 1 selon le présent exposé comprend un matériau composite permettant de faciliter l’élimination de ce noyau 1 , lors de l’étape de décochage décrite ultérieurement.

[0052] En effet, le matériau composite comprend deux phases : une première phase dite « phase MAX », et une deuxième phase de formule AI ₄ C ₃ , autrement dit du carbure d’aluminium.

[0053] Les phases MAX sont des matériaux dits stoechiométriques, connus en soi, de formule : M _n+1 AX _n , avec n=1 à 3, M étant un métal de transition, A un élément du groupe A et X du carbone et/ou de l’azote.

[0054] Dans le présent exposé, l’élément utilisé dans le groupe A est de l’aluminium (Al) afin d’assurer soit la formation d’une couche d’alumine lorsque des phases aluminoformeuses sont utilisées, soit la compatibilité avec des revêtements aluminoformeurs déposés ultérieurement. L’élément utilisé sur le site X est du carbone (C). En effet, les phases contenant de l’azote (N) ont souvent des températures de fusion inférieures à leurs homologues contenant du carbone et la compatibilité chimique avec la phase AI ₄ C ₃ n’est pas assurée. Enfin, l’élément utilisé sur le site M est déterminé de telle sorte que le matériau obtenu ait un point de fusion supérieur à 1500°C. Les phases MAX à base de chrome (Cr), telle que Cr ₂ AIC par exemple, ne conviennent pas pour la présente application car elles commencent à se décomposer autour de 1500°C. De même les phases MAX à base de zirconium (Zr) ont une température de fusion trop basse, notamment inférieure à 1500°C. [0055] Ainsi, dans l’application du présent exposé, la première phase utilisée peut être de formule Nb ₄ AIC ₃ , Nb ₂ AIC, Mo ₂ TiAIC ₂ ou Ti ₂ AIC.

[0056] La deuxième phase de formule AI ₄ C ₃ est un carbure connu dont la température de fusion est très élevée (2200 °C). Elfe est en outre aluminoformeuse à haute température. Néanmoins, la propriété particulièrement avantageuse dans le cadre de l’invention est la facilité que présente cette phase à s’hydrolyser à température ambiante en présence d’une atmosphère riche en eau. La décomposition de cette phase suit la réaction suivante :

AI4C3 + 1 2 H ₂ 0 ® 4 AI(OH) ₃ + 3 CH ₄

[0057] Cette réaction peut être catalysée en optimisant le niveau d’hygrométrie mais également la température.

[0058] Ainsi, compte tenu de la présence de la deuxième phase de formule AI ₄ C ₃ , entre les joints de grain de la première phase, le noyau de fonderie 1 comprenant ce matériau composite peut être aisément éliminé en étant dégradé par hydrolyse, à l’issue du procédé de fabrication de l’aube.

[0059] A cet égard, le procédé de fabrication d’aubes selon le présent exposé est un procédé par fonderie à cire perdue. Les différentes étapes de ce procédé, selon d’un premier mode de réalisation, sont présentées sur la figure 4.

[0060] La première étape S 100 de ce procédé consiste à fabriquer le noyau de fonderie 1 décrit ci-dessus, destiné à être utilisé ensuite dans la fabrication d’aubes creuses de turbomachine selon la technique de la fonderie à la cire perdue. Le noyau de fonderie 1 ainsi fabriqué à l’étape S100 est disposé dans un moule à cire, en étant maintenu dans une position prédéterminée, de manière à injecter de la cire autour du noyau pour former la modèle en cire présentant la forme de la pièce finale (étape S200). Après démoulage du moule à cire, le modèle en cire est ensuite plongé à plusieurs reprises dans une barbotine afin de former un moule céramique (étape S300). Après élimination de la cire (étape S400), obtenue en disposant par exemple l’ensemble dans un four autoclave, le métal fondu, par exemple des alliages à base de nickel, est coulé dans le moule céramique et autour du noyau céramique, ce dernier étant à nouveau maintenu en position fixe à l’intérieur du moule céramique, et le métal est ensuite solidifié par solidification contrôlée (étape S500). Enfin, le moule céramique et le noyau de fonderie 1 sont éliminés par décochage, afin d’obtenir la pièce finale (étape S600). [0061 ] Conformément au présent exposé, l’étape S100 de fabrication du noyau de fonderie 1 se décline en plusieurs étapes. Dans un premier temps, des poudres métalliques sont mélangées entre elles, de manière à obtenir une poudre composite comprenant la première et la deuxième phase (étape S110). Selon le premier mode de réalisation, des poudres pures d’aluminium (Al), de carbone (C), de niobium (Nb), et/ou de carbure de niobium (NbC) et ou de molybdène (Mo) et/ou de titane (Ti), et ou de carbure de titane (TiC), sont mélangées avec une poudre de carbure d’aluminium AI ₄ C ₃ en excès, de manière à former in situ un matériau composite comprenant la première phase et la deuxième phase, de telle sorte que la deuxième phase représente entre 1 et 50%, de préférence entre 1 et 20% du volume total du matériau composite.

[0062] Une fois l’étape de mélange effectuée, le noyau de fonderie 1 est mis en forme (étape S120), de manière à ce que ce dernier prenne la forme souhaitée. Cette étape peut être réalisée par divers procédés connus tels que l’injection d’un liant sur une poudre (nommée « binder jetting » en anglais), l’injection d’un mélange de poudre métallique et d’un polymère thermoplastique (ou procédé MIM pour « Métal Injection Molding » en anglais) ou tout autre procédé d’impression 3D connu adapté, de préférence suivi d’un déliantage et/ou frittage conventionnel, ou d’un déliantage et/ou frittage non conventionnel comme par exemple le « frittage flash » (ou frittage SPS pour « Spark Plasma Sintering » en anglais), ou tout autre procédé connu adapté, ou une combinaison de ces différents procédés.

[0063] Ensuite, une étape de formation d’une couche d’alumine, permettant de former une couche d’alumine d’épaisseur comprise entre 1 et 50 pm est effectuée (étape S140). Cette étape est réalisée par oxydation du noyau de fonderie 1 en portant ce dernier à une température comprise entre 1000 et 1400°C. Cependant, selon la première phase utilisée dans le matériau composite, une étape préliminaire à cette étape d’oxydation peut être nécessaire. En effet, ainsi qu’évoqué précédemment, les phases de formule Nb ₄ AIC ₃ , Nb ₂ AIC, Mo ₂ TiAIC ₂ ne sont pas aluminoformeuses, si bien que le fait de porter un noyau 1 comprenant un matériau composite ayant l’une de ces premières phase, à une température comprise entre 1000 et 1400°C, ne permettra pas la formation d’une couche d’alumine. Par conséquent, dans ce cas de figure, l’étape S120 de mise en forme du noyau est suivie d’une étape de dépôt d’un revêtement aluminoformeur (étape S130).

[0064] Par exemple, une couche de molybdène (Mo) peut être déposée directement sur le noyau par projection thermique. Du silicium (Si) et de l’aluminium est ensuite déposé par cémentation en caisse (« pack-cementation » en anglais) à 1100° C. Un traitement de quelques heures sous air à 1200°C permet la formation d’un couche d’alumine en surface. Un dépôt direct d’aluminium par cémentation ou sol-gel, suivi d’une oxydation sous air à 1100° C est également possible. Ce revêtement aluminoformeur peut également être déposé par des techniques connues telles que le dépôt chimique en phase vapeur (dit « dépôt CVD » de l’anglais « Chemical vapor déposition »), dépôt physique en phase vapeur (dit « dépôt PVD » de l’anglais « physical vapor déposition »), ou l’enduction par trempage (« dip coating » en anglais), par exemple. Une fois le dépôt du revêtement aluminoformeur effectué, l’étape S140 de formation de la couche d’alumine par oxydation peut être réalisée, dans les conditions précitées.

[0065] En revanche, la phase de formule Ti ₂ AIC est aluminoformeuse. Par conséquent, lorsque cette dernière est utilisée pour la première phase du matériau composite, l’étape S120 de mise en forme du noyau 1 peut être suivie immédiatement par l’étape S140 de formation de la couche d’alumine par oxydation, sans nécessiter d’étape préalable de dépôt d’un revêtement.

[0066] Le noyau de fonderie 1 ainsi obtenu, comprenant une couche d’alumine sur sa surface externe, peut être ensuite utilisé dans le procédé de fabrication de pièces par fonderie à cire perdue décrit ci-dessus, notamment à l’étape S200 d’injection de la cire autour du noyau 1 pour former la modèle en cire. La structure interne du noyau 1 ne sera pas affectée par l’étape d’élimination de la cire (étape S400), du fait de la présence de la couche d’alumine sur sa surface externe.

[0067] Par ailleurs, l’étape S600 mentionnée ci-dessus, comprenant le décochage du noyau de fonderie 1 , peut être réalisée en disposant l’ensemble dans étuve à hygrométrie contrôlée (humidité relative HR >50%) ou de préférence dans un autoclave à vapeur d’eau, à des températures comprises entre 100 et 180°C, et des pressions comprises entre 6 et 12 bars. L’application d’une pression permet d’accélérer la cinétique de décochage tout en facilitant l’accès des vapeurs aux sections fines. Cette étape est de préférence précédée par une étape de formation d’une ouverture dans la pièce, permettant de faciliter l’évacuation du noyau 1 dégradé par hydrolyse dans l’étuve précitée. On notera qu’au cours de cette étape, la couche d’alumine peut être évacuée en même temps que le composite se dégradant, ou peut également rester adhérente au superalliage base nickel, offrant une protection contre l’oxydation interne des canaux de refroidissement.

[0068] Enfin, l’étape S600 de décochage peut être suivie par une étape de récupération (étape S700), ou recyclage, dans laquelle le matériau composite décoché par étuvage, alors sous forme de poudre, est récupéré de manière à être réutilisé pour la fabrication d’un autre noyau de fonderie 1 , en repartant de l’étape de mélange S110. Plus précisément, une fois la dégradation du noyau réalisée, un matériau fragmenté composé de grains de la première phase et d’aluminium hydraté est récupéré. Après séchage, cette matière peut être « rechargée » en AI ₄ C ₃ et réutilisée afin de fabriquer de nouveaux noyaux de fonderie 1.

[0069] Les différentes étapes d’un procédé de fabrication d’aubes par fonderie à cire perdue selon un deuxième mode de réalisation du présent exposé, sont présentées sur la figure 5.

[0070] Le procédé selon le deuxième mode de réalisation diffère du procédé selon le premier mode de réalisation en ce que l’étape S110 de mélange des poudres est décomposée en deux sous-étapes. En effet, alors que dans le cadre du premier mode de réalisation, l’étape de mélange est réalisée en une seule opération, dans laquelle le matériau composite est formé in situ de par la présence en excès de la phase AI ₄ C ₃ l’étape S110 de mélange des poudres dans le cadre du deuxième mode de réalisation comprend dans un premier temps le mélange de poudres pures constitutives de la première phase permettant d’obtenir la première phase (étape S111), puis le mélange de la première phase ainsi obtenue avec une poudre d’AI ₄ C ₃ permettant d’obtenir ex situ le matériau composite (étape S112).

[0071 ] A titre d’exemple, lors de l’étape S111 , une première phase de formule Nb ₄ AIC ₃ peut être obtenue en mélangeant des poudres pures de niobium, d’aluminium et de carbure de niobium (Nb : Al : NbC) suivant les proportions molaires 1 ,2 : 1 ,1 : 2,8 respectivement. Dans ce cas, les grains de niobium présentent un diamètre inférieur à 44 pm, une pureté de 99,8%, et une masse volumique de 8,57 g/cm ³ . Les grains d’aluminium présentent un diamètre inférieur à 44 pm, une pureté de 99,5%, et une masse volumique de 2,70 g/cm ³ , et les grains de carbure de niobium présentent un diamètre inférieur à 10 pm, une pureté de 99%, et une masse volumique de 7,82 g/cm ³ . Ces différentes poudres peuvent être mélangées en attriteur et dans un solvant (par exemple de l’éthanol), puis soumises à un séchage et à un frittage réactif jusqu’à 1700°C. Le massif poreux ainsi obtenu est broyé pour être réduit en poudre.

[0072] A titre d’exemple également, lors de l’étape S111 , une première phase de formule Ti ₃ AIC ₂ peut être obtenue en mélangeant des poudres pures de titane, d’aluminium et de carbure de titane (Ti : Al : TiC) suivant les proportions molaires 1 :

1.05 : 1.9 respectivement. Dans ce cas, les grains de titane présentent un diamètre inférieur à 45 pm, une pureté de 99,5%. Les grains d’aluminium présentent un diamètre compris entre 45 et 150 pm, une pureté de 99,5% et les grains de carbure de titane présentent un diamètre de 2 pm, une pureté de 99,5%, et une masse volumique de 7,82 g/cm3. Ces différentes poudres peuvent être mélangées dans un mélangeur à boulet, puis soumises à un frittage réactif jusqu’à 1450°C.Le massif poreux ainsi obtenu est broyé pour être réduit en poudre.

[0073] On notera en outre que, lors de l’étape S111 , les poudres pures peuvent également être mélangées avec une poudre AI ₄ C ₃ . Dans ce cas, la poudre d’AI ₄ C ₃ contribue à la formation de la première phase, mais n’est pas en quantité suffisante pour former in situ le matériau composite, de telle sorte que la deuxième étape S112 est nécessaire, et permet d’ajouter une quantité nécessaire de poudre d’AI ₄ C ₃ , permettant d’obtenir les proportions d’AI ₄ C ₃ mentionnées précédemment dans le matériau composite.

[0074] Bien que la présente invention ait été décrite en se référant à des exemples de réalisation spécifiques, il est évident que des modifications et des changements peuvent être effectués sur ces exemples sans sortir de la portée générale de l'invention telle que définie par les revendications. En particulier, des caractéristiques individuelles des différents modes de réalisation illustrés/mentionnés peuvent être combinées dans des modes de réalisation additionnels. Par conséquent, la description et les dessins doivent être considérés dans un sens illustratif plutôt que restrictif.

[0075] Il est également évident que toutes les caractéristiques décrites en référence à un procédé sont transposables, seules ou en combinaison, à un dispositif, et inversement, toutes les caractéristiques décrites en référence à un dispositif sont transposables, seules ou en combinaison, à un procédé.