Brevet FR2540765A1 — publié le 19840817

O " Procédé pour réaliser la liaison de titane et d'alliages fer nickel par soudage par diffusion à l'aide de cou- ches intermédiaire se" L'invention concerne un procédé pour réali- ser la liaison entre du titane (ou un de ses alliages) et un alliage fer-nickel (par exemple du "Permenorm" avec 50 % de nickel et 50 % de fer), dont la réalisation selon les procédés connus jusqu'à ce jour, du fait de données métal- lurgiques telles que la formation de phases inter-métalli- ques fragiles ou bien dleutectiques à bas point de fusion (figure 1 et figure 2) ont abouti à des résultats insuffi- sants portant entre autres sur des résistances mécaniques- trop faibles, de mauvaises valeurs d'allongement et l'ab- sence d'étanchéité sous vide poussé. Dans ce qui suit, le terme titane inclut aus- si bien le titane pur que des alliages de titane, Des domaines d'application pour la mise en oeuvre de la combinaison titane/permenorm sont par exemple à envisager dans l'industrie aéronautique et dans l'indus- trie spatiale, dans la construction des machines en géné- ral, dans la technique nucléaire et dans l'électrotechnique, o cette combinaison est mise en oeuvre comme pièce de transition ou bien comme composant Il y aura lieu de men- tionner par exemple des brides de soupapes et des soupapes magnétiques pour moteurs vernier dans lesquels l'utilisa- tion de titane procure des gains de poids importants. 2.- le but de l'invention est de créer un procédé grâce auquel il soit possible de réaliser des soudages de diffusion en utilisant des couches métalliques intermédiai- res pour la liaison titane/alliage fer-nickel Par des procédés conventionnels, tels que par exemple le vissage, la brasure, ou la soudure par faisceaux d'électrons, on. peut assembler sur la partie titane du titane et sur la partie permenorm du permenorm, Pour réaliser la liaison titane/alliage fer- nickel (par exemple permenorm) par soudage par diffusion, l'utilisation de couches intermédiaires de différents mé- taux selon la succession décrite plus en détail ci-après 9 est impérativement prescrite, car si elle n'est respectée, une liaison peut certes être créée 9 mais du fait de phases inter-métalliques fragiles formées entre le titane et les alliages fer-nickel, elle aboutit à des résistances mécani- ques trop réduites et à de mauvaises valeurs d'allongement. Un traitement thermique ultérieur 9 comme par exemple 19 échauf- fement lors de la brasure et de la soudure, provoquerait un développement et un accroissement des couches fragiles et abaisserait davantage encore les valeurs de résistance mécanique et d'allongement Mais par contre, si l'on res- pecte les couches intermédiaires prescrites, la liaison titane/alliage fer-nickel peut résister à des contraintes thermiques élevées, telles que celles qui interviennent par exemple lors du soudage par faisceaux d'électrons, lors du brasage à haute température ou bien lors des tem- pératures de fonctionnement élevées de la pièce constitu- tive, sans qu'il y ait lieu de s'attendre à des résultats insuffisants du fait de phases intermétalliques fragiles. Conformément à l'invention le procédé pour réaliser la liaison titane/alliage fer-nickel consiste à prévoir entre le titane et l'alliage fer-nickel, des cou- ches métalliques intermédiaires appropriées selon une suc- cession déterminée Ces couches intermédiaires peuvent être 3.- appliquées sous forme de couches vaporisées sous vide, sous forme de couches projetées à chaud, sous forme de couches déposées chimiquement ou bien sous forme de feuilles métal- liques ou bien de combinaisons de ces possibilités, des épaisseurs de couches différentes devant être utilisées se- lon le type de couches appliquées C'est ainsi que s'avè- re des plus favorables, une épaisseur de couche allant de A 1000 Nm selon la matériau de couche intermédiaire uti- lisé, dans le cas de couches vaporisées sous vide, de 0,1 mmn dans le cas de couches projetées à chaud et de 0,05 à 0,1 mm dans le cas de feuilles. Les combinaisons de couches intermédiaires suivantes conviennent pour la réalisation de la liaison titane/alliage fer-nickel, le premier matériau respective- ment mentionné constituant la première couche par rapport au titane et le dernier matériau mentionné la couche de début par rapport à l'alliage fernickel (tableau 12 et figures 3 à 11) - a) vanadium/chrome b) vanadium/chrome/nickel c) vanadium/fer d) vanadium/tungstèbne/platine/nickel Comme procédé d'assemblage il y a lieu d'uti- liser le soudage par diffusion. La combinaison vanadium/chrome/nickel s'avère être la plus appropriée pour les couches intermédiaires. Lors du choix des matériaux de couches intermédiaires, il y a lieu de veiller à ce qu'ils conviennent au soudage par diffusion pour la combinaison titane/alliage fer-nickel, c'est-à-dire qu'entre autres, les températures de fusion des matériaux de couches intermédiaires se situent dans une gamme de température se trouvant au voisinage des tem- pératures de fusion des matériaux de base titane/alliage fer-nickel, pour satisfaire à la règle à appliquer pour le soudage par diffusion, à savoir que la température de sou- 4.- dage par diffusion doit être à peu près de 5/10 à 8/10 de la température de fusion du matériau Ainsi, il est égale- ment possible pour des raisons de cc-t de réaliser la liai- son de la combinaison de matériaux titane/couches intermé- diaires/alliage fer-nickel par soudage par diffusion en une seule opération Dans le cas du choix d'un matériau de cou- ches intermédiaires avec une température de fusion sensi- blement plus élevée ou plus basse, il faut s'attendre pour une température de soudage par diffusion déterminée, à-une liaison défectueuse. Le pré-traitement mécanique et chimique des surfaces à souder doit être ais en oeuvre par des méthodes appropriées connues, en prenant Boin que la rugosité maxi- male soit Rt par stockage des surfaces nettoyées décapées dans un réci- pient avec de l'acétone. Les valeurs caractéristiques et les méthodes suivantes doivent être considérées comme convenables pour, la réalisation de la liaison titane/alliage fer-nickel par soudage par diffusion en utilisant des couches intermédiai- res. Les parties à assembler sont introduites se- lon la succession déterminée, dans une chambre à vide, et il importe peu que les couches intermédiaires se présentent sous la forme de feuilles, sous la forme de couches vapo- risées sous vide, sous la forme de couches projetées h chaud ou sous la forme de couches rapportées chimiquement ou encore sous la forme de combinaisons des précédentes. Après établissement du vide à un niveau et à un préchauffage qui dépend du volume des pièces cons- titutives de façon que la température de soudage par diffu- sion de 9000 C soit présente partout sur les surfaces à souder, on établit la pression, une pression superficielle d'environ 10 107 Pa étant appliquée Le temps de soudage par 5.- diffusion est de 90 minutes Après le soudage par diffu- sion, les pièces sont refroidies sous pression dans le vide à environ 450 Co Ensuite, la chambre est mise à l'air libre, les pièces étant maintenues jusqu'à un refroidissement com- plet à la température du local sous pression, pour compen- ser les contraintes intervenant du fait des matériaux dif- férents et des dilatations linéaires différentes qui en résultent. 6.- R E V E N D I C A T I O N S 1. Procédé pour réaliser une liaison entre du titane et un alliage fer-nickel par soudage par diffu- sion, procédé caractérisé en ce que, entre le titane et l'alliage fernickel sont rapportées selon une succession déterminée des couches métalliques intermédiaires et qu'en- suite elles sont assemblées par soudage par diffusion avec des paramètres déterminés. 2. Procédé selon la revendication 1, carac- térisé en ce que les couches métalliques intermédiaires sont rapportées sous la forme de couches vaporisées sous vide. 3. Procédé selon la revendication 1, carac- térisé en ce que, comme couches intermédiaires, on utilise des feuilles de métal, l'épaisseur d'une couche individuel- le étant de 0,05 à 0,1 mm. 4. Procédé selon la revendication 1, carac- térisé en ce que les couches intermédiaires sont projetées à chaud et ont des épaisseurs de 0,1 mm. 5 Procédé selon l'une quelconque des reven- dications 1 et 2, caractérisé en ce que la couche intermé- diaire vaporisée sous vide a une épaisseur de 100 à 1000 l Nm. 6. Procédé selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 5, caractérisé en ce que la couche metalli- que intermédiaire est constituée de couches individuelles selon la succession titane/vanadium/chrome/nickel/alliage fer-nickel. 7. Procédé selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 5, caractérisé en ce que les couches métal- liques intermédiaires sont rapportées selon la succession titane/vanadium/chrome/alliages fer-nickel. 8. Procédé selon la revendication 7, carac- térisé en ce que la succession des couches comporte titane/ vanadium/fer/alliage fer-nickel. 9. Procédé selon la revendication 5, carac- térieé en ce que pour les couches intermédiaires, on chci- sit la succession titane/vanadim/tungstène/platine/nickel/ alliage fer-nickel. 10 Procédd selon l'une quelconque des re- vendications 1 à 9, caractdrisé en ce que le soudage par diffusion est effectué sous vide à 1,33 10-7 105 Pa à une température de 900 C, & une pression correspondant A une pression superficielle d'environ 10 107 Pa et avec un temps de soudure de 90 minutes - 11. Procédé selon la revendication 10, ca- ractérisé en ce qu'après l'achèvement du temps de soudage par diffusion de 90 minutes, la liaison est complètement refroidie sous pression à la température du local. 12 Procédé selon l'une quelconque des re- vendications 1 à 11, caractérisé en ce que les surfaces à souder par diffusion titane/couches intermédiaires/alliage fer-nickel, après le traitement mécanique ou chimique ap- proprié, sont protégées par stockage sous acétone d'une nouvelle formation d'oxyde et des soudures, empêchant le processus de diffusion.