Brevet FR2037042A1 — publié le 19701231

La présente invention concerne un procédé de recou- virement, en particulier de soudage tendre, de matières qui contiennent des atomes etfou des ions métalliques, et qui se recouvrent spontanément et rapidement d'une couche d'oxyde de métal mécaniquement solide, de même qu'à l'utilisation du procédé Boarlr la fabrication d'une couche de contact électriquement conductrice et/ ou thermiquement conductrice dune surface de matière. Ces matières, dont l'aluminium par exemple est un représentant typique, étaient jusqu'à ce jour, à cause de la couche d'oxyde métallique qui recouvre leur surface, qui est mécaniquement solide et d'une façon générale stable, réfractaires à un procédé simple de plaquage ou de soudage, comme le cas est bien connu par exemple dans le cas de cuivre.On connaît cependant des procé- dés divers pour le reuvrement de ces matières, qui sont en partie très compliqués, ou bien présentent par ailleurs des inconvénients inhérents aux procédés. ainsi en est-il par exemple dans un pro cédé connu qui est en particulier utilisé pour la soudage de l'aluminium, et dans lequel la pointe du fer à souder est déplacée par: les vibrations des ultra-sons. Ceci rend nécessaire cependant l'utilisation d'un outil spécial relativement compliqué. Dans un autre procédé connu, des moyens de soudage à point de fusion relativement élevé, (400-500 C) sont nécessaires, qui contiennent des cristaux d#znc. On a ensuite aussi proposé comme moyens de soudage des composés organiques qui étaient déjà- fluorétiques, mais ceux-ci pouvaient deventir dangereux lors d'une destruction thermique Dans un autre groupe de procédés de soudage, l'alu iniuz fut recouvert , avant le soudage, avec de l'argent ou du nickel.Ce recouvrement était réalisé au moyen soit d'un procédé à chaud soit d'un procédé humide électrolytique (plaquage à l'ar- gent) soit d'un procédé chimique non galvanique (plaquage au nickel). Aucun de ces procédés connus ne présente pependant les propriétés habituelles de simplicité, de sureté et defacilité, qui sont inhérentes au soudage du cuivre et de ses alliages au moyen de Sn-Pb, Sn-Tn, ou autres soudages tendres semblables, de même qu'à l'utilisation d'un fondant non dangereux, stable à la corrosion, comme par exemple la oollophane ou autres produits semblables. La présente invention a pour objet de proposer un- procédé de recouirement et en particulier de' soudage tendre de matières qui présentent les propriétés mentionnées et où on ne rencontre pas les inconvénients cièdessusindiqués. La solution du but propos est, selon l'invention. caractérisée en ce que l'on met en contact la surface à métalliser de la matière avec une substance contenant des atomes de métal et/ou des ions métalliques, à point de fusion au dessous de tOO C, qui,l'air et à l'état fondu, est pratiquement chimique- ment stable au moins pendant un court laps de temps, et qui mouille la matière à recouvrir. La matière à métalliser peut contenir des atomes de Li, Be, , Ca, li et/ou Zr, et/ou des ions de même nature. Pour le procédé ci-dessus mentionné les matières à traiter comprennent avant tout des métaux , des alliages ou composés métalliques, comme par exemple l'aluminium ou un alliage d'Âl, de Mg ettou de Si. De façon avantageuse, le point de fusion de la substance, avec laquelle la matière à recouvrir est lise en contact, est inférieur à 60 C, et de préférence même inférieur à la température du corps humain. -Des substances, dont le point de fusion est inférieur à 100 C, conviennent au procédé ci- dessus indiqué, étant donné que cette limite supérieure de la tempitature, qui correspond au point d'ébullition de l'eau dans des conditions normales, est facile à produire et à contrôler. En outre, le procédé correspondant à l'invention se laisse conduire facilement avec un appareil refrotaissant à l'eau des parties de la matière 'dont la température ne doit pas dépasser le point d'ébullition de l'eau, dont 100 C. Si le point de fusion de la substancs se tient au dessous de 60 C, le. présent procédé se présente d'autant plus simplement , étant donné que la main de l'homme peut supporter cette température pendant un long temps sans dommage, de telle sorte qu'avec des substances qui ont cette-propriété, on peut travailler sans qu'un refroidissement spécial soit nécessaire. Si le point de fusion de la substance utilisée se tient même en dessous de la température du corps humain, il n'y a du point de vue température absolument aucun problème pour an travailleur utilisant cette substance, et les conditions pour un travail de longue durée sont réunies. Une substance contenant des atomes ou des ions Ga peut etre particulièrement apprhpriée au soudage de l'alumi- nium, comme des essais l'ont montré.Dans ce cas, la substance est composée de préférence, au moins en partie, par exemple de gallium métallique pu,. d'un alliage ou composé métallique renfermant du gallium sétallique. On peut aussi utiliser un alliage de gallium et d'aluminium et/ou dezinc. Etant donné que le mercure présente essentiellement les propriétés ci-dessus indiquées, on peut aussi l'utiliser par principe comme une substance avec laquelle on peut mettre en contact avec. la matière à recouvrir. Etant donné, cependant , que le mercure est dangereux et qu'il présente ainsi un grand risque pour ceux qui travaillent avec, et étant donné par ailleurs qutil attaque en outre rapidement par exemple l'aluminium, il se trouve à-la limite de la possibilité d'utilisation,,de telle sorte que le gallium d'une façon générale est préféré au mercure. Le procédé selon l'invention sera décrit finalement, à titre d'exemple, dans le cas d'un soudage d'aluminium avec emploi du gallium. Une surface d'aluminium peut être mise en contact avec du gallium d'une façon simple, par exemple par léger frottement au moyen d'un-élément de matière solide, qui par exemple peut être poreuse ou élastique, ou bien peut comprendre un barreau de verrou de céramique, dont la pointe est mouillée ou recouverte localement d'une faible quantité de gallium métallique ou d'un alliage aluminium-gallium. On mouille ainsi complètement avec du gallium la surface de l'aluminium. On peut alors procéder facile- ment au soudage sur cette surface mouillée de gallium, car il n'y a pas de val203 solide, dur, et impénétrable pour ltempêcher. Ceci est même toujours possble, alors que la surface mouillée a été stockée pendant des heures dans de l'air normal. En dehors de la méthode de l'enduisage de la surface de l'aluminium selon la technique c & dessus indiquée, on peut aussi appliquer la substance, par exemple un alliage de soudure tendre avec du gallium métallique, encore à ltétat liquide sur la surface à souder ou à métallised. L'explication physique de ce comportement inhabituel se trouve vraisemblablement dans les données de base suivantes Si la couche de val203 qui se trouve sur la surface de l'aluminium est localement détruite , le gallium liquide (le gallium pur a un point de fusion voisin de 290C, de telle sorte que même la chaleur développée par le léger frottement est suffisante pour fondre localement le gallium) mouille la surface nue de l'aluminium, et cette couche s'étend probablement aussi sous la couche d'oxyde à une distance relativement considérable, de telle sorte que la fine couche d'oxyde d't1203 se sépare de l ltalusinius métal compact, et pour ainsi dire flotte sur la couche liquide de gallium, et/ou se mélange avec elle.Il est bien connu que le gallium s'interpénè- tre légèrement avec le réseau cristallin des composés d'aluminium car il a un diamètre d'ion qui est vraisemblable à celui de l'aluminium qui lui est apparente. Il peut aussi se former un mélange Al-Ga non.eutectique. De ce processus, il résulte que meme une quantité au départ à peine visible de gallium métallique est suffisante pour la préparation de nombreux millimètres carrés de surface dtaluxinium à métalliser.Le volute de départ de la substance métal- lisante s'accroit pendant le frottement sur la surface d'aluminium jusqu'à se multiplier plusieurs fois, et même si, à la suite de cela, se forme une masse- poussiéreuse bran gris, elle agit toujours corme une substance métallisante et qui éloigne l'oxyde Peut etre la teneur en li203 de la substance favorise-t-elle la dese truction locale d'une nouvelle quantité non attaquée de couche d'oxyde sur la surface de l'aluminium. On prépare encore une fois, de cette façon, la surface de l'aluminium avec une couche qui contient du gallium, et on répand le moyen de soudage habituel sur la surface après avoir atteint le point defusion. Entant donné que la couche contenant du gallium peut etre très fine, la teneur en gallium restant dans le composé consolidé et soudé influence très peu les propriétés chu il ques et mécaniques du composé. La teneur'en gallium nécessaire pour un enlèvement efficace de la couche de {1203 est si insignifiante que, souvent les trames de gallium restantes sur la pointe du fer à souder après préparation dune premibre partie de surface de composé selon le procédé ci-desèus indiqué , suffit pour souder une ou plusieurs autres parties de surface de compos se trouvant sur une partie du surface qui n'a pas encore été traitée en gallium. La présente invention peut, comme on l'expliquera ci-après, être utilisée également par exemple selon une autre technique : on peut utiliser un agent de soudage qui contient du gallium métallique, par exemple uneutectique Sn-Pb auquel 0,1% ou moins de gallium ont été ajoutes. La teneur en gallium peut être si faible que les propriétés mécaniques de l'alliage de base de l'a#gent de soudage ne soient pratiquement pas influencées, et là encore un enduisage léger direct de la surface de l'aluminium à souder à l'aide de la pointe du fer i souder mouillée par cet agent de soudure est suffisant pour enlever la couche d'oxyde Al2O3. De cette façon, on peut assurer le mouillage de la surface avec le métal de soudage en une seule opération. Le procédé de soudage de l'aluminium sous emploi de gallium métallique selon la présente invention équivaut dans la pratique de façon surprenante à l'emploi d'un agent mouillant lors du lavage ou du nettoyage de verre, de métal ou de produit céramique. La résistance à la corrosion d'une partie de surface de liaison soudée selon le procédé décrit ne doit pas. être plus mauvaise que par exemple celle d'une surface de liaison soudée selon un procédé aux ultra-sons. Naturellement, des surfaces dsalu- minium couvertes d'une épaisse couche de gallium réagissent immé diatement avec de l'eau courante, et il se forme aussitôt un cratère ou un trou qui va jusqu'à la base mime de la couche d'allia ge aluminium gallium. Vais, si la couche de départ de la couche contenant du gallium est si faible que la quantité de gallium présente se dissout dans le métal de soudage, la résistance à la corrosion d'une telle surface de liaison n'ést pas lésée, en comparaison avec des parties de soudure qui ont eté faites vec les mêmes éléments de soudage (mais sans gallium) au moyen d'ultra-sons. Comme on le sans, le gallium g est pas dangereux. Pour empêcher l'oxydation des agents de soudage de base (par exemple du type de Sn) pendant le processus de soudure, on peut utiliser des agents fondants résistant à la corrosion et non dangereux connus, comme par exemple la collophane. Butant donné que l'on n'a besoin ni d'outils particuliers, ni de connaissances partioulières, chacun peut en peu de temps être mis à m4me de pratiquer la soudure d'alu- minium, s'il a une connaissance de la soudure de ouivre. Bien que l'actuel prix du gallium métallique soit plutat élevé , l'extrèmement faible quantité nécessaire (de l'ordre de grandeur de 10- gr par cm de surface soudée) fait que zen le prix d'un composé de soudure est néanmoins bas. Comme on la déjà mentionne, le procédé suivant l'in- vention n'est pas limité à l'aluminium pur, niais il peut aussi être appliqué à d'autres matières1 et en particulier aux métaux et alliages qui présentent des propriétés semblables, c'est-à-dire qui sont caractérisés par une rapide formation d'une couche d'oxyde empêche la soudure traditionnelle, et une mouillabilité au gallium liquide. Il va sans dire que, pour un alliage donne, on doit choisir un alliage de soudure de base approprié, afin d'éviter la formation de composés friables ou cassants. REVEEDICATIONS 10) Procédé de recouvrement, en particulier de soudage tendre, de matières qui contiennent des atomes et/ou des ions métalliques, et qui se recouvrent spontanément et rapidement d'une couche d'oxyde de métal mécaniquement solide, caractérisé en ce que l'on met en contact la surface à métalliser de la matière avec une substance contenant des atomes et/ou dev ions métalliques, à point fusion situé en dessous de 10000, qui dans l'air est chimiquement pratiquement stable à ltétat liquide au moins pendant un temps court, et qui mouille la matière à recouvrir. 20) Utilisation du procédé selon la revendication 1 pour la réalisation, sur une surface de matière, d'une couche de contact conduisant l'électricité et/ou conduisant la chaleur. 3 ) Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que la matière à métalliser contient des atomes de Li, Be, Mg, Ca, li, et/ou Zr, et/ou des ions de ces atomes. 4 ) Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que, comme matière à traiter, on utilise un métal, un alliage ou un composé de métal, par exemple l'aluminium ou un alliage d'li et de Xg et/ou de Si. 5.) Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le point de fusion de la substance se situe en dessous de 600C, de préférence en dessous de la température du corps humain. 6.) Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que la substance contient des atomes de Ga et/ou des ions Ga. 70) Procédé selon la revendication 6 caractérisé en ce que la substance est ai moins en partie composée par exemple de gallium métalliqute pur, d'un composé ou un alliage de métal conte- nant du gallium métallique. 80) Procédé selon la revendication 7 caractérisé en ce que l'on utilise, comme substance, un alliage de gallium avec de l'aluminium et/on du zinc. 90) Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que la substance, par esemple un alliage de soudage tendre avec du gallium métallique, est appliqué à l'état liquide sur la surface à métalliser ou à souder. 100) Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que la surface à métalliser est enduite avec un morceau de matière solide qui, au moins en partie, est couvert ou mouillé avec la substance contenant par exemple du gallium métallique. 110) Procédé selon la revendication 10 catactérisé en ce que le-morceau de matière solide est poreux et/ou élastique. 120) Procédé selon la revendicaion 10,caractérisé en ce que le morceau de matière solide comprend du verre et/ou de la céramique.