Application du revêtement résistant à l'usure en carbure de silicium dans les bagues

Technologie TBC de base pour les revêtements de vannes d'arrêt

Les revêtements barrière thermique sur les pièces de vanne doivent offrir une adhérence, une résistance à l'érosion et une isolation thermique tout en préservant l'ajustement dimensionnel et l'intégrité de l'étanchéité.

• Couche supérieure céramique à base d'YSZ pour l'isolation et la résistance à la fatigue thermique

• Couche de liaison MCrAlY pour la protection contre l'oxydation et l'ancrage du TBC

• Projection par plasma sous atmosphère inerte pour le contrôle de la porosité

• Épaisseurs de revêtement de 80 à 250 μm selon l'application et l'exposition

Tous les processus suivent les directives de revêtement AMS 2437, ISO 14923 et NADCAP.

Matériaux couramment revêtus dans les assemblages de vannes d'arrêt

Ces substrats bénéficient de revêtements céramiques qui réduisent l'oxydation de surface et les gradients thermiques pendant le fonctionnement cyclique.

Étude de cas : Clapet de vanne en Inconel 625 revêtu d'YSZ pour turbine à vapeur

Contexte du projet

Un client a demandé un revêtement YSZ appliqué par plasma sur un clapet de vanne en Inconel 625 utilisé dans une turbine à vapeur à haute pression fonctionnant à 920°C. L'épaisseur cible du revêtement était de 150 μm avec une finition de surface Ra ≤ 5 μm. La couche de liaison MCrAlY a été appliquée en premier, suivie de la couche supérieure YSZ.

Composants de vanne typiquement revêtus et applications

Les revêtements sont conçus pour l'isolation thermique, la préservation des surfaces d'étanchéité et la stabilité dimensionnelle sur de longues périodes de service.

Défis dans le revêtement barrière thermique des composants de vannes d'arrêt

1. Défaillance d'adhérence de la couche de liaison survient après 500 cycles thermiques lorsque la rugosité de surface du substrat dépasse Ra 6,0 μm avant le revêtement.

2. Érosion par les particules de vapeur entraîne un amincissement de la couche supérieure YSZ au-delà de 25 % en 1000 heures dans des systèmes d'écoulement à 30 m/s.

3. Fissuration dans les couches supérieures prend naissance au niveau des angles vifs avec des rayons inférieurs à 1,0 mm sous choc thermique au-dessus de 950°C.

4. Le risque de délaminage augmente lorsque le désaccord de dilatation thermique dépasse 15 × 10⁻⁶/K entre le substrat et les couches céramiques.

5. Les exigences de finition de surface inférieures à Ra 5 μm sont critiques pour les zones d'étanchéité et doivent être maintenues après le revêtement.

Solutions TBC par plasma pour les assemblages de vannes d'arrêt

1. Projection par plasma LPPS permet d'obtenir une porosité inférieure à 5 % et une force d'adhérence dépassant 30 MPa pour les environnements thermiques à cycles élevés.

2. Précision de masquage ±0,1 mm protège les faces d'étanchéité pendant le processus de projection, garantissant l'absence de céramique sur les surfaces usinées.

3. YSZ avec 8 % en poids de stabilisant Y₂O₃ maintient la stabilité de la phase tétragonale jusqu'à 1200°C dans des conditions de cyclage thermique répété.

4. Traitement HIP avant projection à 1030°C élimine la porosité interne avant l'application de la couche céramique pour une meilleure adhérence.

5. Vérification par MMT garantit que toutes les dimensions critiques revêtues restent dans une tolérance de ±0,01 mm après le revêtement.

Résultats et vérification

Méthodes de fabrication

Les substrats ont été usinés par commande numérique à partir d'Inconel et d'Hastelloy forgés ou coulés. Les couches de liaison ont été appliquées par plasma, suivies des couches supérieures céramiques sous température et atmosphère contrôlées.

Finition de précision

La finition de surface post-projection a été rodée à Ra 4,8 μm. Les dimensions critiques ont été revérifiées par MMT et rodées à la main là où l'intégrité de l'étanchéité était requise.

Post-traitement

Les pièces ont reçu un traitement thermique après l'application du TBC pour stabiliser l'adhérence. Une passivation finale a été effectuée pour éliminer les contaminants résiduels.

Inspection

Des essais aux rayons X ont validé l'adhérence du revêtement et l'épaisseur des couches. La MES a confirmé l'absence de délaminage ou de fissures. Tous les revêtements répondaient aux spécifications du client pour l'adhérence (≥30 MPa) et la résistance thermique.

FAQ

1. Quelles compositions céramiques sont utilisées pour les TBC de vannes ?

2. Comment assurez-vous l'adhérence des revêtements sur les surfaces courbes des vannes ?

3. Quelle est l'épaisseur typique de revêtement pour les vannes d'arrêt de turbine ?

4. Les surfaces d'étanchéité peuvent-elles être revêtues ou doivent-elles être masquées ?

5. Les TBC sont-ils applicables aux corps de vanne en acier inoxydable ?