Revêtement abradable - Définition

Applications industrielles

En premier lieu, les joints d’étanchéité sans contact fonctionnant avec revêtements abradables notamment :

• dans le secteur aéronautique :
  • contact rotor-stator d’hélicoptère
  • contact aube turbine de compresseur
• dans la production d’électricité :
  • les turbines et compresseurs

Propriétés majeures des revêtements abradables

(Cas des turbines et compresseurs de turboréacteurs)

Ils doivent résister à des endommagements ayant deux origines : l’endommagement dû au contact avec l’aube et celui dû à l’environnement de la conduite des gaz.

L’abradabilité

En cas d’interaction avec une aube, les particules de l’abradable doivent se détacher facilement du reste de l’abradable. Pour cela le matériaux doit avoir une faible cohésion structurale, ou une faible résistance au cisaillement.

Durée de vie

Comme les mécanismes de contact sont complexes, à la fois liés à l’impact de l’aube et à la friction des matériaux, il faut que ce soit un mécanisme d’usure le plus favorable possible qui se produise afin d’assurer que le revêtement dure plusieurs centaines d’heures. C’est le cœur du problème : avoir un matériau qui s’use préférentiellement à l’aube mais qui garde ses propriétés dans la durée. La composition de l’abradable doit favoriser les bons mécanismes d’usure.

Le résistance à l'érosion gazeuse

L’érosion est causée par l’entraînement gazeux et les petites particules pouvant être chargés par ce milieux.

La résistance aux températures

L’environnement des conduites de gaz de turboréacteurs conduisant à des températures de 300 à 1 800 °C, le revêtement doit garder ses propriétés mécaniques et donc éviter :

• la perte des propriétés de résistance mécanique à haute température (fluage) face à l’impact-friction avec une aube
• la fatigue thermique (amorçage de fissure suite à un trop grand nombre des cycles thermiques),
• l’interdiffusion des matériaux du revêtement vers le carter.

Dans certains cas, ils ont aussi une fonction d’isolation thermique des matériaux du carter, sauf s’ils sont déposés sur une autre couche spécifiquement conçue pour la protection thermique de celui-ci.

La résistance à l’ambiance extrêmement corrosive et à l’oxydation

Les fortes températures et pressions, la présence de vapeur d’eau, les porosités dans le matériaux, favorisent l’oxydation. La présence d’eau et de particules (vols au-dessus du milieu marins pour les turboréacteurs) favorise la corrosion.

Quelques fabricants

• Flame Spray,
• Sulzer-Metco,
• Technetics,
• Praxair,
• …

Historique

Le matériau abradable a été créé entre la fin des années 1960 pour les turboréacteurs d’avions. Durant des années, des recherches importantes en développement (impliquant chercheurs et motoristes) ont permis d’augmenter les températures auxquelles les abradables peuvent frotter sans danger sur les pales de rotor : on est passé ainsi de 350 à 1 200 °C, l’augmentation des températures étant favorable à l’efficience de ces moteurs. Ils sont désormais présents dans tous les réacteurs actuels. Les turbines et compresseur terrestres ont commencé à les utiliser que depuis les années 1990 : turbines à gaz de centrale, turbocompresseurs automobiles, compresseurs, pompes, etc.