Les deux procédés les plus courants pour la mise en uvre de ces revêtements sont ceux dits de « pack cémentation » [50]. Dans un premier temps, la pièce est recouverte de quelques micromètres de Pt par dépôt électrolytique. L’utilisation de l’électroplaquage n’est pas sans inconvénients. La pollution par des éléments tels que le soufre et le phosphore issus des électrolytes liquides employés sont responsables de problèmes d’écaillage des couches d’oxydes formées lors de l’oxydation des dépôts [51]. Enfin, les bains utilisés constituent une source de pollution environnementale et sont de moins en moins compatibles avec les réglementations sur les effluents industriels.
La pièce revêtue de platine est ensuite soumise au processus de pack cémentation. Typiquement, elle est déposée dans un lit de poudres mélangées (aluminium ou alliages d’aluminium, poudre de fer, chlorures d’ammonium et alumine pulvérulente) dans une enceinte sous flux d’halogène chauffée (c. 1100°C). L’équilibre s’établissant entre la poudre et la phase gazeuse mène à la formation d’aluminium sous forme de vapeur se déposant sur la pièce. Ce dépôt peut s’effectuer soit par diffusion interne d’aluminium dans le substrat, soit par croissance externe (procédés dit respectivement à haute et basse activité) [52, 53]. Les étapes de dépôt de platine et d’aluminisation peuvent chacune être suivies ou non de traitement de diffusion ou de recuits [45].
Les structures obtenues par ces moyens présentent en général 3 strates, comme on peut le voir sur l’exemple de la figure 10 [54].
On peut généralement distinguer, en partant de la surface:
1)- Une couche superficielle biphasique (PtAl2+NiAl) ou monophasique ((Ni,Pt)Al) ;
2)- Une couche intermédiaire, constituée par le dépôt initial oxydé ; 3)- Une couche d’interdiffusion revêtement-matrice, riche en Ni.
Fig.10 ; Structure d’un revêtement PtAl sur alliage PWA 1480 [55].
Cette structure tend à disparaître par diffusion au cours du temps, lors de l’exposition aux hautes températures, Pt et Al diffusant vers le substrat et Ni vers la surface, comme on le verra plus loin.
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Chapitre I Titane, Alliages de Titane et Revêtements Métalliques Protecteurs
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De nombreux procédés ont été mis au point pour proposer des alternatives à la technique plaquage + pack cémentation. Certains se sont appliqués à réduire le processus à la seule pack cémentation. Le lit de poudres de celle-ci est alors constitué d’une poudre d’alliage platine-silicium et d’un mélange de poudres producteur d’aluminium. Divers autres métaux peuvent y être incorporés, comme du chrome et parfois du manganèse, du hafnium, du lanthane, de l’yttrium, etc. On peut aussi substituer un autre métal noble (Ru, Rh, Pd, etc.) au platine [56-58]. Les essais de remplacement du platine par des métaux non nobles ne semblent pas devoir être concluants [41]. Tous les métaux diffusent à la fois dans le substrat, lors d’un chauffage comprenant divers paliers de température (en général deux paliers principaux précédés éventuellement d’un chauffage de pré-diffusion). Si le procédé présente le grand avantage de supprimer le plaquage du platine, les inconvénients de la CVD « pack cémentation » demeurent, à savoir l’éventuelle pollution des surfaces et des trous par les particules du lit de poudre, le chauffage important subi par les pièces (760°C à 1050°C) pendant une période non négligeable (presque deux heures) et surtout le lit de poudres qu’il faut remplacer à chaque application , avec tous les problèmes de traitement des déchets que cela pose [52]. Pour s’affranchir des poudres, et des problèmes de pollution qui s’y rattachent, des procédés d’aluminisation employant des granulés ont été élaborés. Ces granulés contenant la source d’aluminium sont chauffés dans un courant de gaz halogène ou de HF avec lequel ils réagissent. Le gaz contenant les composés d’aluminium passe ensuite sur les pièces où il se dépose [59]. Les problèmes d’effluents et de pollution sont ici résolus : les granulés n’entrent pas en contact avec les pièces à recouvrir et peuvent être régénérés, mais ce procédé n’a pas encore été adapté au co-dépôt aluminium-platine. Le domaine des dépôts PVD a été aussi exploré, cette technique permettant facilement les co-dépôts à st chiométrie contrôlée ou les dépôts successifs de métaux différents. Mais celle-ci est très mal adaptée aux pièces à géométries complexes et difficile à mettre en oeuvre au niveau industriel. En effet, les techniques PVD ne permettent pas de recouvrir les surfaces trop accidentées, en raison du caractère directionnel de la trajectoire des particules obtenues par pulvérisation cathodique. De plus, les niveaux de vide nécessaires à la mise en uvre de la PVD sont pénalisants dans un contexte industriel, en raison du temps et de l’équipement nécessaires.
On a vu que la plupart des revêtements d’aluminiure de platine reposent sur le ternaire (Ni,Pt)Al, plutôt que sur le composé binaire PtAl [60]. Il est donc légitime de s’interroger sur le rôle joué par le nickel dans ces systèmes. La majorité des études de revêtements à base d’aluminium et de platine utilise des substrats de superalliage à base de nickel (CMSX-4 ou RR3000 par exemple), la présence de cet élément dans la couche est donc inévitable, soit que celle-ci ait été obtenue par diffusion interne d’Al (pack cémentation à haute activité), ou que le nickel ait diffusé lors des essais d’oxydation. On ne peut donc pas dissocier l’effet du nickel sur les cinétiques d’oxydation des revêtements aluminium-platine dans ces études. Des études sur d’autres substrats sont nécessaires pour discerner l’effet du platine sans interférer avec la présence de nickel.
Chapitre I Titane, Alliages de Titane et Revêtements Métalliques Protecteurs
Il ressort de cette première analyse que les méthodes actuelles utilisées pour l’élaboration de ces revêtements, quoique déjà appliquées en production, présentent certains inconvénients intrinsèques, et que les conditions de dépôt ne peuvent être appliquées aux alliages de titane de type Ti6242 sans endommager leur microstructure. Ces inconvénients peuvent être levés par des procédés d’élaboration mettant en uvre des dépôts et co-dépôts MOCVD. À notre connaissance, ces procédés n’ont jamais été expérimentés à ce jour pour la protection des aluminiures de titane. Nous allons nous intéresser maintenant au comportement du systèmes Pt-Al et Pt-Ti-Al puis à celui des revêtements Pt- Al appliqués aux superalliages à base Ni tels que décrits dans la littérature.