Advanced Master position - Cemef

CENTRE DE MISE EN FORME
U.M.R. CNRS 7635
Advanced Master position
Projet CoSTiC 3D : Collage Structurale du bord d’attaque en alliage de Titane sur une aube en
Composites 3D pour une application moteur d’avion
Structural bonding of a Titanium alloy edge on a 3D composite fan blade for aircraft engine
application
Contexte et objectifs du projet
Le motoriste de Safran Aircraft Engines développe des solutions innovantes permettant
d'améliorer la robustesse tout en diminuant le poids de moteurs. La solution de « tissage 3D»,
utilisant une structure tridimensionnelle en fibre de carbone tissée, permet de réaliser des pièces
complexes en matériaux Composites à Matrice Organique (CMO), aussi solides que légères. Cette
technologie est utilisée pour réaliser la partie structurelle des aubes du futur moteur LEAP, sur
laquelle est assemblé par collage le bord d’attaque en alliage de titane.
L’un des objectifs du projet est de corréler les performances mécaniques de l’assemblage à la
caractérisation des surfaces avant collage. Le but de cette étude est de caractériser et
comprendre les interactions et les mécanismes d’adhésion entre le titane préparé par voie
chimique et le primaire de collage appliqué après traitement de surface.
© Eric Drouin / Snecma / Safran
http://www.snecma.com
Pour répondre à ce besoin, l’étude devra permettre :
- la caractérisation des surfaces du bord d’attaque en titane après application de la préparation
de surface de référence validée en production. Les effets du procédé de traitement de surface et
des états de surfaces du matériau brut (rugosité, topologie) sur les caractéristiques finales de la
surface devront être finement caractérisés (XPS, IRTF, mouillabilité, rugosimétrie, etc.)
- la compréhension des mécanismes d’adhésion du primaire de collage sur le bord d‘attaque en
Titane. L’interface entre le primaire et le titane préparé par voie chimique devra être
caractérisée d’un point de vue physico-chimique. La mise en évidence et la nature des
interactions favorables à l’adhésion, leur durabilité en fonction des paramètres du traitement de
surface seront recherchées. Par ailleurs, une caractérisation fine des faciès de rupture sur
éprouvettes collées rompues (pelage, cisaillement, etc.) avec définition du caractère
cohésif/adhésif devra permettre de mieux définir la responsabilité de la préparation de surface
et/ou du primaire de collage dans le mode de rupture, voire celle de l’adhésif.
- la compréhension du vieillissement des interfaces Titane/primaire. L’environnement de
l’assemblage collé à l’entrée du moteur et les cycles de réparation de la pièce exposent l’aube
FAN à des cycles thermiques et en humidité. Une recherche bibliographique sur les mécanismes
de dégradation des interfaces dans ces conditions, la diffusion inter-faciale et prise en masse de
l’assemblage collé (humidité) en lien avec les propriétés d’adhésion sera visée.
Profil du candidat et déroulement du stage
Ingénieur ou équivalent bac+5, le candidat devra idéalement avoir une compétence en physicochimie des surfaces. Une partie du projet consistera à réaliser des essais de traitement de
surface en laboratoire, ce qui nécessite un goût prononcé pour des travaux expérimentaux. Le
deuxième volet important concerne la caractérisation fine des surfaces avant et après
assemblage. Des connaissances en mécanique des matériaux, microscopie électronique, rugosité
optique, spectrométrie Infra-rouge et/ou de photoélectrons XPS seraient souhaitées.
Basé au CEMEF, centre de l’Ecole des Mines de Paris à Sophia Antipolis, l’étudiant interagira avec
l’équipe de Safran Aircraft Engines pour la préparation et la réalisation des éprouvettes.
Période : Octobre 2016 - Septembre 2017
Contact :
[email protected]
[email protected]
04 93 95 75 65
04 93 67 89 59
Candidature : http://www.cemef.mines-paristech.fr/sections/formations/masteres-specialises/presentation
Advanced Master position
Structural bonding of a Titanium alloy edge on a 3D composite fan blade for aircraft engine
application
Context and project objectives
Safran Aircraft Engines develop innovative solutions to improve the efficiency of aircraft engine
by reducing their weight. The "3D weaving" solution, based on a 3D structure of woven carbon
fibre, allows for making complex parts in Organic Matrix Composites as strong as light. This
technology is used for making the structural part of the fan blades, on which is assembled the
Titanium edge by bonding.
One objective of the project is to correlate the mechanical performance of the assembly to the
surfaces characterization before bonding. The aim of this study is to characterize and understand
the interactions and adhesion mechanisms between Titanium, prepared by chemical means, and
a primer applied after surface treatment.
To meet this objective, the study will focus on:
- Characterizing Titanium edge surfaces after application of the reference surface preparation
validated by production. The effects of the surface treatment and surface states of the raw
material (roughness, topology) on the final characteristics of the surface should be carefully
examined (XPS, FTIR, wetting, roughness, etc.).
- Understanding adhesion mechanisms of the primer on the Titanium edge. The interface
between the primer and chemically prepared titanium will be characterized from a
physicochemical point of view. Highlighting the nature of interactions which promotes adhesion
and durability, depending on surface treatment parameters, will be studied. Furthermore, a
detailed characterization of the fracture surfaces from broken specimens (peel, shear tests, etc.)
with definition of the cohesive / adhesive type of failure, will give a better understanding of the
role of surface preparation and / or primer in the kind of rupture.
- Understanding the aging of Titanium / primer interface. The engine environment and repair
cycles expose the assembly to thermal cycling and humidity. A literature review on interfaces
degradation mechanisms in these conditions, the interfacial diffusion and solidification of the
bonded assembly (with moisture) in connection with the adhesion properties will be targeted.
Competences required
Engineer or equivalent, the candidate will ideally have competences in physical chemistry of
surfaces. Part of the project is to perform laboratory tests of surface treatment, which requires a
taste for experimental work. The second important aspect concerns the fine characterization of
surfaces before and after assembly. Knowledges in mechanics of materials, electron microscopy,
optical roughness, Infra-red spectrometry and / or photoelectron are desired.
The advanced master will take place at CEMEF, Ecole des Mines de Paris at Sophia Antipolis,
France. The student will be in contact with Safran Aircraft Engines for sample preparation
Period : October 2016 - September 2017
Contact
[email protected]
[email protected]
04 93 95 75 65
04 93 67 89 59
Candidature : http://www.cemef.mines-paristech.fr/sections/formations/masteres-specialises/presentation