L'application des alliages de cobalt dans les moteurs aérospatiaux

Le fonctionnement des moteurs aérospatiaux, des chambres de combustion haute température et haute pression aux composants de turbines rotatives à grande vitesse, met à l'épreuve les performances des matériaux à chaque étape. Grâce à leurs propriétés uniques, les alliages de cobalt sont devenus le composant essentiel garantissant le fonctionnement stable des moteurs, en particulier l'alliage de cobalt 6.

Composants internes du noyau des moteurs aérospatiaux

Les composants internes des moteurs aéronautiques sont soumis à des conditions environnementales extrêmes. Les aubes de turbine tournent à des milliers de tours par minute à des températures comprises entre 800 et 1 100 °C, supportant des températures élevées et une usure continue causée par les particules de sable et de poussière transportées par les flux de gaz à grande vitesse. Avec le temps, la surface des aubes est très vulnérable aux dommages.

En tant que zone centrale où le carburant brûle, la chambre de combustion présente des températures internes extrêmement élevées. Les gaz de combustion contiennent également de grandes quantités de composants corrosifs, tels que l'oxygène et les composés soufrés, qui corrodent continuellement les parois de la chambre.

Les soupapes doivent s'ouvrir et se fermer fréquemment, en synchronisation avec le fonctionnement du moteur. Dans les environnements à haute température, elles doivent résister aux frottements dus aux mouvements mécaniques et aux variations de température extrêmes au démarrage et à l'arrêt, ce qui les rend sujettes aux pannes dues à une contrainte thermique excessive.

Les roulements et les surfaces d'étanchéité subissent les frottements et les vibrations dus à un mouvement relatif continu. Une usure excessive peut nuire au rendement global du moteur.

L'alliage de cobalt 6 est un matériau adapté à de multiples composants.

Face aux exigences strictes des composants de moteurs aéronautiques, l'alliage de cobalt 6 a démontré une excellente adaptabilité. Dans la fabrication d'aubes de turbine, son introduction permet aux aubes de maintenir des performances stables sous haute température, haute pression et usure continue, prolongeant ainsi efficacement leur cycle de remplacement. L'adoption de l'alliage de cobalt 6 pour la chambre de combustion a considérablement amélioré sa résistance à la corrosion, lui permettant de préserver son intégrité structurelle face à l'érosion des gaz à haute température et d'assurer un fonctionnement continu fiable du moteur. L'utilisation de l'alliage de cobalt 6 pour les soupapes, grâce à son excellente résistance aux chocs thermiques, leur permet de supporter les variations fréquentes de température et les frottements mécaniques, réduisant ainsi le risque de pannes. L'utilisation de l'alliage de cobalt 6 pour les paliers et les surfaces d'étanchéité réduit efficacement le coefficient de frottement, minimise l'usure entre les composants et améliore la stabilité opérationnelle du moteur.

Performances de l'alliage de cobalt 6

L'alliage de cobalt 6 joue un rôle crucial dans les moteurs aérospatiaux grâce à ses propriétés uniques. En ce qui concerne la résistance à l'usure à haute température, les composés intermétalliques et carbures stables qu'il contient agissent comme un bouclier protecteur robuste, lui permettant d'atteindre une dureté de 40 à 45 HRC à température ambiante. Même à haute température, la dégradation de la dureté est extrêmement lente, ce qui rend sa résistance à l'usure bien supérieure à celle de l'acier ordinaire et des alliages à base de nickel, et lui permet de résister facilement aux contraintes d'usure rencontrées par des composants tels que les aubes de turbine.

La teneur en chrome (27 à 32 %) réagit avec l'oxygène à haute température, formant une couche protectrice dense d'oxyde de chrome (Cr₂O₃). Cette couche adhère étroitement à la surface du matériau et constitue une barrière robuste qui bloque efficacement l'oxydation et la corrosion à haute température causées par les gaz de combustion, prolongeant ainsi considérablement la durée de vie des composants tels que les chambres de combustion.

L'alliage de cobalt 6 conserve une résistance à la traction et aux chocs stable, même à haute température. Il ne se fissure donc pas et ne se fracture pas facilement sous l'effet de chocs thermiques importants au démarrage et à l'arrêt du moteur, ni lors de vibrations à haute fréquence en fonctionnement, offrant ainsi une base solide pour un fonctionnement sûr du moteur.

De plus, l'alliage de cobalt 6 présente un faible coefficient de frottement et d'excellentes propriétés antigrippantes. Ces caractéristiques le rendent particulièrement efficace dans des applications telles que les roulements et les surfaces d'étanchéité, où il peut réduire considérablement l'usure due au frottement, minimiser les pertes d'énergie et améliorer le rendement opérationnel global du moteur.

En résumé, l’alliage de cobalt 6 joue un rôle crucial dans de nombreux composants critiques des moteurs aérospatiaux en raison de ses caractéristiques de performance exceptionnelles.