Brevet FR2354170A1 — publié le 19780106

"a présente invention, due è Ogle Ridout SINGLETON, Jr., concerne, d'une façnn générale, la technique de jonction de composants en alliage d'aluminium par brasage ; et elle concerne, plus particulièrement, des compositions utilisées pour le brasage sous vide. Pour les buts de la présente invention, le terme de "vide" se réfère à des milieux ambiants dans lesquels les pressions sont inférieures à 100.10- mm Eg (torr) et les pressions partielles de 11 eau et des corps oxydants, tels que 02 sont inférieures respectivement à 10-4 et 8.10-4 mm Hg. ainsi qu'il est bien connu, les alliages d1 aluminium contenant du silicium sont appréciés comme étant d'utiles compositions de brasure. De plus, on a reconnu que l'addition de faibles quantités de magnésium @ alliages appropriés au brasage sous vide. Conformément à la présente invention, la demanderesse a trouvé qu'une composition de brasure essentiellement constituée par de l'aluminium, du silicium, du magnésium et de l'étain présente des propriétés spécialement désirables en vue du brasage sous vide, sous des pressions relativement faibles, telles qu'inférieures à 10-4 mm Hg par exemple. Une quantité de 0,1% d'étain environ est habituellement suffisante. Pour les avantages et bénéfices particuliers de la présente invention, et à la référence est faite à des expériences sont résultats et à la discussion sty rattachant qui sont exposés ci-après. La composition de brasure améliorée à base d'aluminium et de silicium selon la présente invention est constituée par de 7 à ain de silicium, de 0,2 à 0 de magnésium, de 0,05 i 0,3%, d'étain, és éventuelle de fer, 0,3% de manganèse et 0,15% d'impuretés éventuelles (moins de 0,05% de chacun des corps suivants :Cu, Ni, Zn, Ti et autres), le complément étant de l'aluminium. (A moins d'une indication contraire apparaissant d'après le contexte, les pourcentages donnés dans la présente description se réfèrent i des pourceatages seule sous On peut utiliser la composition seule sous la forme d'une pièce d'écartement, d'un fil ou d'un barreau ou bien on peut l'appliquer en tant que placage sur les composants d'alliage d'aluminium que l'on désire braser. Le placage peut être sur l'une ou sur les deux faces du composant central ou coeur, ou bien il peut même être stratifié entre des couches centrales et il constitue de façon caractéristique entre environ 5 et 20% de ltépaisseur du matériau composite.Toutes ces formes de mise en oeuvre et d'autres formes équivalentes sont désignées ici par commodité par l'expression "éléments de brasage". La présente invention, telle qu'elle est pratiquée de préférence, utilise une composition contenant de 9 à 11% de silicium, de 0,7 à it2fie de magnésium, de 0,15 à 0,2% d'étain, moins de 0,15 d'impuretés éventuelles, le complément étant de l'aluminium. Dans des formes de mise en oeuvre particulièrement efficaces, on utilise la composition précédente en tant que couche de placage externe sur un composant central (ou coeur) d'alliage d'aluminium, de préférence d'un alliage du type contenant de 0,1 à 0,3% de magnésium, moins de 0,25% de cuivre, 0,3% de silicium, 0,4% de manganèse et 0,15% d'impuretés éventuelles, le complément étant de 'aluminium, ou du type contenant de0,4 à 0,8% de silicium, de 0,25 à 0,4% de manganèse, de 0,4 à 0,8% de magnésium, moins de 028% de fer, 0,35% de chrome, 0,35 de cuivre, 0,35% de zinc et 0,15 d'impuretés éventuelles, le complément étant de 1' aluminium. Des alliages centraux (pour le coeur) appropriés comprennent ceux qui sont désignés par les numéros de code 1100, 3003, 3004, 3005, 3105, 6063 et 6951. Lorsqu'on applique la présente invention, il est préférable de conduire les opérations de brasage dans un milieu ambiant à faibles fuites, sous une pression réduite d'environ mm Hg ou plus basse. Ainsi qu'il a été noté précédemment, on effectue un certain nombre d'essais dans le but de révéler les qualités de l'invention et de les comparer avec celles d'autres compositions connues. On conduit ces expériences selon un mode opératoire normalisé exposé ci-après qui est proposé à titre d'exemples pour illustrer la mise en pratique de la présente invention. E X E M P L E I. Eprouvette à six étages. On prépare une éprouvette caractéristique à six étages, assemblée et prote au brasage, à partir de sept morceaux de feuille d'alliage plaquée, mesurant chacun 133 x 89 x 0,25 mm, espacés en relation pratiquement parallèle par six jeux de composant d'alliage de placage, chaque composant ayant 1,91 mm d'épaisseur et 10,3 mm de hauteur. Dans chacun des jeux ci-dessus, les composants sont constitués par une section de tube de 76 mm de diamètre extérieur et deux bandes de 108 mm de longueur, les bandes étant chacune cintrées essentiellement sous la forme d'une ondulation slnusordale comprise entre 3ut/2 et Il Tr/2 radians. L'assemblage de l'éprouvette s'effectue pratiquement comme suit. Sur le premier morceau de feuille, on place une section de tube et une paire de bandes cintrées, leurs dimensions en hauteur respectives étant perpendiculaires au plan. de la feuille. La section du tube occupe une position centrale sur la feuille, tandis que les bandes cintrées sont respectivement situées sur les faces opposées du tube de façon à couvrir la largeur de la feuille, leurs noeuds centraux étant dirigés loin du tube et espacés d'environ 3,2 mm depuis les ettrémités opposées respectives de la feuille. Ensuite, on place le deuxième morceau de feuille sur la section de tube mentionnée et une paire de bandes, de sorte que sa position soit directement au-dessus du premier morceau de feuille. On répète ensuite l'opération, en terminant par la mise en place du dernier morceau de feuille au sommet de l'empilement résultant. Pour assurer un dégagement ou évent au tube, on découpe. une encoche circulaire de 12,7 mm de diamètre sur le sommet de la section de tube, le fond de l'encoche étant espacé d'environ 1,6 mm du bord inférieur de la section. Le dégagement est rendu commun aux sections restantes par un trou de 12,7 mm de diamètre dans chacun des cinq morceaux de feuilles internes. Une fois qu'elle est ainsi assemblée, on fixe l'éprouvette sur un support oxydé en alliage couramment dénommé acier inoxydable pour pouvoir la transporter facilement. On place un thermocouple en contact avec l'éprouvette, de façon à fournir une indication de la température de cette éprouvette. Il. Mode opératoire d'évaluation. On huile la feuille plaquée de brasure d' aluminium si on la manipule manuellement. Préalablement à l'assemblage de l'éprouvette, on en dégraisse toutes les pièces par solvant dans du perchloroéthylène. Après déraissage, on utilise des gants pour. éviter des empreintes digitales sur le matériau. On soumet individuellement les éprouvettes assemblées, dans un four de brasage sous vide à paroi froide, à un cycle de brasage constitué par les opérations élémentaires suivantes 1. On fait dégager le four dans l'atmosphère, les parois du four étant chauffées à 820C environ avec de lteau chaude. 2. On enlève la porte du four. 3. On place l'éprouvette dans le four et on ferme la porte, et on applique de l'eau froide sur les parois. 4. On pompe le four jusqu'au vide désiré et on applique de la chaleur sur 11 éprouvette. 5. On abaisse la pression au-dessous de 10 4 mm Hg avant que la température de I1 éprouvette dépasse environ de 425 à 4850C. 6. On enregistre le potentiel de sortie du thermocouple et la pression du système au cours du cycle de brasage. 7. Après 18 minutes environ, lorsque I1 éprouvette atteint la température de brasage désirée, on coupe le chauffage du four et on le remplit d'azote. 8. Lorsque le thermocouple indique moins de 54000 environ, on applique de l'eau froide sur les parois, on enlève la porte du four et on sort l'éprouvette pour la faire refroidir. 9. On replace la porte et on refait le vide dans le four par pompage. Lorsqu'elles sont refroidies, on enlève les éprouvettes brasées des supports et on les examine visuellement. Préalablement à l'examen on coupe les éprouvettes en deux, le plan de coupe étant perpendiculaire aux plans des morceaux de feuille et parallèle à leurs bords longitudinaux. Il est en conséquence possible de voir la totalité des cordons de brasage dans le voisinage des jonctions brasées. L'évaluation des éprouvettes est basée sur l'aptitude à la formation d'un cordon de brasage complet ayant de bonnes caractéristiques d'uniformité et de qualité. Le but est de parvenir à la formation d'un cordon de brasage continu dans toutes les zones de contact entre les diverses pièces d'une éprouvette. On mesure le milieu ambiant de brasage en fonction de la température et de la pression. Du fait que les températures sont pratiquement les mêmes d'une expérience à l'autre, cependant la pression est la seule variable importante. On détermine la pression soit à l'aide d'une- jauge ionique, soit à l'aide d'une jauge à thermocouple. III. Résultats et discussion. Pour les besoins de l'expérience, la présente invention est mise en oeuvre sous la forme d'une composition de brasure constituée par 10,4% de silicium, 0,33% de fer, 1,02% de magnésium, 0,18% d'étain, moins de 0,15% d'impuretés éventuelles, le complément étant de l'aluminium. On applique la composition en placage sur les deux faces d'une feuille en alliage d'aluminium, le placage constituant 15% de l'épaisseur de l'ensemble composite. L'alliage du coeur -central est constitué par de 0,25 à 0,50% de silicium, de 0,30 à 0,70 de fer, de 0,30 à 0,50% de manganèse, de 0,20 à 0,40% de magnésium, moins de 0,10% de cuivre, 0,15% de chrome et 0,15% d'impuretés éventuelles, le complément étant de l'aluminium. Au cours de l'expérience, la température atteint 59000 avec une pression d'environ 5,10-5 mm Hg, la pression étant toujour@ inférieure à 1.10 4 mm Hg pour des températures supérieures à 480 C Les gaz résiduels sont en prédominance de la-vapeur d'eau, qui est nuisible. De façon surprenante, les résultats sont supérieurs à ceux obtenus en appliquant les compositions de brasure connues, dans des conditions similaires. Les alliages connus expérimentés sont spécifiés dans le Tableau ci-après Si Fe Mn Mg 3i Pb Zn Ou Ti 10,7 0,27 9,70,25 0,11 1,19 0,05 0,01 % 10,4 0,28 0,20 2,04 0,08 @ 10,5 0,21 On effectue d'autres expériences sous des pressions nettement supérieures, mais dans des conditions telles que l'alliage d'expérience contenant de l'étain s'avère être comparativement inférieur. En conséquence, à l'époque actuelle, l'utilisation avantageuse de l'étain parait devoir être limitée à des milieux ambiants sous pression relativement faible telle qu'inférieure à 10-4 @ mm Hg par exemple. Une révélation inattendue des résultats des expériences est l'amélioration marquée de l'aptitude à la formation d'un cordon de brasage complet par la composition contenant de l'étain par rapport à la composition contenant du bismuth décrite dans le brevet US n0 3 853 547 de la demanderesse. Ceci est d'une importante particulière du fait que, bien que la composition contenant de l'étain présente une sensibilité inhabituelle à la pression telle qu'expérimentée, l'étain est moins comateux que le bismuth. Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à celui de ses modes d'application non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ses diverses parties, ayant été plus particulièrement envisagés ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS - 1. Composition de brasure pour joindre des composants en alliage d'aluminium par brasage sous vide, caractérisée en ce qu'elle est constituée en poids par de 7 à 14% de silicium, de 0,2 à 2% de magnésium, au moins 0,05% mais moins de 0,3% d'étain, moins de 0,6% de fer, moins de 0,3% de manganèse, moins de 0,15 d1 impuretés éventuelles, le complément étant de l'aluminium. 2. Composition de brasure selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle contient de 9 à 11% de silicium, de 0,7 à 1,2% de magnésium et de 0,15 à 0,2% d'étain. 3. Elément de brasage caractérisé en ce qu'il est constitué par une composition selon la revendication 1 ou 2. 4. Elément de brasage selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il a la forme d'une pièce d'épaisseur, d'un fil ou d'un barreau. 5. Feuille de brasage de placage composite ayant un coeur central en alliage d'aluminium et une couche de placage fixée sur une face du coeur central, caractérisée en ce que la couche de placage est constituée par une composition selon la revendication 1 ou 2. 6. Feuille de placage selon la revendication 5, caractérisée en ce que la couche de placage telle que définie est fixée sur les deux faces du coeur central. 7. Feuille de placage selon la revendication 5 ou 6, caractérisée en ce que le coeur central est composé d'un alliage d'aluminium constitué par de 0,1 à 0,3% de magnésium, moins de 0,25% de cuivre, moins de 0,3% de silicium, moins de 0,4% de manganèse et moins de 0,15 d'5mpuretés éventuelles, le complément étant de l'aluminium. 8. Feuille de placage selon la revendication 5 ou 6, caractérisée en ce que le coeur central est composé par un alliage d'aluminium constitué par de 0,4 à 0,8% de silicium, de 0,25 à 0,4% de manganèse, de 0,4 à 0,8% de magnésium, moins de 0,8% de fer, moins de 0,35% de chrome, moins de 0,35% de cuivre, moins de 0,35* de zinc et moins de o, 15% d'impuretés éventuelles, le complément étant de l'aluminium. 9. Procédé de jonction de composants en alliage d'aluminium caractérisé en ce que les composants sont brasés sous vide avec une composition selon la revendication 1 ou 2. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'on effectue le brasage sous une pression inférieure à mm Eg.