Peut-on retirer et réappliquer un TBC endommagé sans abîmer le substrat ?

Du point de vue de l’ingénierie de maintenance, de réparation et de révision (MRO), le retrait et la réapplication des revêtements barrières thermiques (TBC – Thermal Barrier Coatings) constituent une pratique standard et bien établie, essentielle pour prolonger la durée de vie économique des composants de turbine à haute valeur ajoutée. Lorsqu’ils sont réalisés selon des procédés contrôlés et validés, ces travaux peuvent être effectués sans endommager la pièce de base en superalliage, restaurant le composant dans un état quasi neuf ou apte au service.

Procédés de retrait des TBC et contrôle des dommages

La clé d’un retrait réussi consiste à sélectionner une méthode qui élimine efficacement les couches céramiques et métalliques sans attaquer ni altérer la microstructure du substrat.

1. Décapage chimique

Il s’agit de la méthode la plus courante et la plus privilégiée pour retirer la couche céramique YSZ et la couche d’accrochage métallique.

• Procédé : Les composants sont immergés dans des bains chimiques chauffés et agités (solutions alcalines chaudes ou acides spécifiques). Ces solutions sont formulées pour dissoudre le système de revêtement TBC tout en ayant un effet de gravure négligeable sur les superalliages à base de nickel ou de cobalt.

• Contrôle des dommages : Le procédé est hautement contrôlé. La chimie, la température et le temps d’immersion sont strictement régulés afin de prévenir toute attaque intergranulaire, piqûre ou fragilisation par l’hydrogène du matériau de base. Des inspections post-décapage, notamment par ressuage fluorescent (FPI), sont obligatoires pour vérifier l’intégrité du substrat.

2. Décapage mécanique

Utilisé de manière sélective, souvent après le décapage chimique pour retirer les résidus tenaces.

• Procédé : Les techniques incluent le grenaillage avec des médias doux (comme les coquilles de noix broyées ou les billes plastiques) ou le jet d’eau à haute pression.

• Contrôle des dommages : L’utilisation de médias durs (comme l’alumine) doit être évitée, car ils peuvent déformer plastiquement la surface, induire des contraintes résiduelles ou créer des micro-entailles susceptibles de devenir des points d’initiation de fissures. L’objectif est d’abraser le revêtement sans marteler ni couper le substrat.

Inspection et évaluation critiques après décapage

Après le retrait du revêtement, la pièce n’est pas automatiquement prête pour un nouveau dépôt. Elle subit une inspection rigoureuse afin de déterminer si le matériau de base reste exploitable.

1. Inspection dimensionnelle : La pièce est mesurée pour s’assurer qu’elle est toujours conforme aux plans d’ingénierie et que le processus de décapage n’a pas entraîné de perte dimensionnelle significative.

2. Inspection de surface et sous-surface :

   • Inspection visuelle et FPI : Pour détecter toute fissure de surface, piqûre ou corrosion pouvant avoir été dissimulée par le revêtement.

   • Analyse métallographique : Des coupes peuvent être réalisées sur des zones échantillons ou sacrificielles afin de vérifier l’absence de dommages microstructuraux sous-jacents tels que la recristallisation ou la croissance des grains due au service antérieur.

3. Évaluation pour la remise à neuf : Si des dommages sont identifiés, la pièce peut nécessiter des étapes supplémentaires de remise à neuf avant un nouveau dépôt, telles que :

   • Réparation par soudage : Pour reconstruire les zones usées ou endommagées.

   • Traitement thermique : Pour restaurer les propriétés mécaniques du substrat, crucial pour les composants fabriqués à partir d’alliages tels que l’Inconel 718.

   • Réusinage : Pour restaurer les dimensions critiques et les états de surface via l’usinage CNC.

Réapplication et assurance qualité

Une fois que la pièce de base est certifiée conforme, le processus de re-revêtement commence à nouveau, suivant les mêmes normes rigoureuses de préparation de surface et d’application que pour une pièce neuve.

• Repréparation de surface : La pièce décapée subit un cycle complet de préparation — dégraissage, grenaillage et nettoyage chimique — afin de garantir une adhérence parfaite pour la nouvelle couche d’accrochage.

• Nouvelle application du revêtement : Une nouvelle couche d’accrochage et une couche céramique YSZ sont appliquées dans des conditions contrôlées, souvent par des prestataires accrédités NADCAP, assurant le respect des normes de qualité aéronautiques les plus élevées.

• Validation finale : Le composant nouvellement revêtu subit une inspection finale portant sur l’épaisseur du revêtement, l’adhérence et l’absence de défauts avant d’être déclaré apte au service.

Considérations et limites d’ingénierie

1. Nombre de cycles : Bien que les composants puissent subir plusieurs cycles de décapage et de revêtement, il existe une limite pratique. Chaque cycle thermique en service et chaque étape de remise à neuf consomment une partie de la "vie" du métal de base, et la pièce peut finir par ne plus répondre aux spécifications de propriétés initiales.

2. Viabilité économique : La décision de rénover est d’ordre économique : elle équilibre le coût du décapage, de l’inspection, de la réparation potentielle et du re-revêtement par rapport au prix d’une pièce neuve.

3. Performance des pièces re-revêtues : Une pièce correctement remise à neuf avec un nouveau système TBC est considérée comme pleinement qualifiée pour le service. Les performances et la durée de vie du nouveau revêtement sont équivalentes à celles d’origine, à condition que le substrat sous-jacent soit sain.