La projection thermique : une voie nouvelle pour la mise en forme des alliages à base de nickel

Thermal spraying : an innovative technique for the forming of nickel base alloys

¹ Laboratoire d'Études et de Recherches sur les Matériaux et les Propriétés de Surface, Institut Polytechnique de Sévenans, Belfort, France
² Département des Matériaux, Division des Grosses Propulsions Liquides, SEP - SNECMA, Vernon, France
³ Département des Matériaux et des Techniques Avancées, Turbomeca, Bordes, France
⁴ Département des Matériaux, Sochata, Châtellerault, France

Résumé

Les concepteurs privilégient de plus en plus remploi de structures à parois minces, entraînant des pertes conséquentes de matière entre les bruts initiaux et les pièces finies lorsque les méthodes conventionnelles d'usinage sont employées. Ceci est particulièrement pénalisant lorsque les matériaux considérés sont coûteux ou stratégiques, à l'instar des alliages à base de nickel. Par ailleurs, certains alliages nouvellement mis au point sont délicats à mettre en forme par les méthodes conventionnelles ; c'est par exemple le cas de l'alliage à base de nickel NK17CDAT (Astroloy). La conjugaison de ces deux aspects nous a amené à développer une méthode de mise en forme utilisant la technique de projection à la torche à plasma d'arc ; cette méthode a été dénommée "plasmaformage".

Ce mémoire développe les travaux relatifs à la mise en forme de structures en alliages à base de nickel par plasmaformage et à la quantification de leurs propriétés mécaniques. Il apparaît que les niveaux de performances mécaniques atteints sont très voisins de ceux obtenus avec des procédés plus conventionnels (forgeage ou compaction isostatique à chaud par exemple), ce qui laisse entrevoir des perspectives d'application intéressantes pour cette technique. Les premières applications envisagées se situent dans le domaine aéronautique dont les exigences ont servi de repère dans ces travaux.

Abstract

Thin wall structures are more and more privileged by designers. This implies significant losses of matter between the initial rough parts and the final components when conventional machining techniques are implemented. This is of course especially penalizing when dealing with costly materials, like nickel base alloys. In other respects, some new alloys are difficult to machine or to forge; this is the case for example of the Astroloy nickel base alloy (Afnor NK17CDAT).

This paper presents works relative to the spray forming, using a plasma spraying torch, of nickel base alloys and to the characterization of their mechanical properties. It appears that the level of mechanical properties reached implementing this technique is close to the ones obtained using more conventional processes (i.e., forging, hot isostatic pressing). The very first applications are connected to aerospace, which requirements were used as angle in these works, but the potential application range seems much wider.