Brevet FR2577616A1 — publié le 19860822

La présente invention se rapporte à un procédé de fa- brication d'un corps de support métallique pour un conver- tisseur d'épuration des gaz d'échappement, en particulier dans des moteurs à combustion interne de véhicules automo- biles, ainsi qu'à un corps de support métallique fabriqué selon ce procédé. Par exemple d'après la demande de brevet DE-A-2 924 592, l'on connait un procédé de fabrication d'un corps de support métallique pour un convertisseur catalytique desti- né à épurer des gaz d'échappement, procédé selon lequel toutes les couches individuelles des tôles d'acier formant le corps de support métallique sont solidarisées par brasa- ge. Toutefois, dans ce procédé, les tôles d'acier consti- tuant les couches individuelles sont munies, après un dé- graissage et/ou un décapage, d'un dépôt superficiel de bra- sure aux endroits auxquels le brasage doit ensuite être ef- fectué. Ce dépôt de brasure s'opère alors soit par bandes, dans la direction des ondulations des tôles d'acier ondulées ou perpendiculairement à ces ondulations, soit encore sur toute la surface, après quoi les couches de tôle d'acier pourvues de ce dépôt de brasure sont empilées en superposi- tion pour former le corps de support, pour être ensuite brasées dans un four de brasage, à des températures pouvant atteindre jusqu'à 1200 C. L'inconvénient affectant ce mode opératoire consiste en ce qu'une quantité de brasure relativement grande est nécessaire pour braser ce corps de support, étant donné que quasiment toutes les zones des couches de tôle d'acier ve- nant mutuellement en contact doivent être munies de brasure. Un autre inconvénient résulte du fait que, à cause du dépôt de brasure et de liant entre les couches individuel- les de tôle d'acier du corps de support, il subsiste en fin de compte de grands intervalles qui, après l'évaporation ou la combustion respective du liant, doivent être comblés au cours du processus de brasage par la brasure quiest tout d'abord très liquide. Da-ns ce cas cependant,. une jonction brasée impeccable dans toutes les zones de contact des couches de tôle ne peut pas être garantie. De surcroit, les zones brasées comblant les interstices peuvent se traduire par des efforts importants imposés aux couches de tôle, ces efforts pouvant impliquer une déformation, voi- re même éventuellement une destruction des tôles à paroi très mince. Un problème supplémentaire soulevé par le procédé de brasage connu provient également du décapage des toles,de- vant être exécuté avant le dépôt de brasure. Les décapants utilisés à cet effet sont extraordinairement agressifs et ils peuvent provoquer une détérioration progressive de la tôle constituant les couches lorsqu'ils ne sont pas complè- tement éliminés après le brasage, ce qui est difficile et compliqué. D'autre part, lorsque le décapant est utilisé avec une trop grande parcimonie, l'obtention d'une jonction métallique brasée parfaite à tous les emplacements souhaités n'est pas garantie. L'invention a par conséquent pour objet de proposer un procédé de fabrication d'un corps de support métallique ainsi qu'un tel corps fabriqué d'après ce procédé, dans le- quel, tout en évitant les inconvénients susmentionnés, l'on n'utilise que la quantité de brasure qui est nécessaire à la liaison mutuelle sûre des couches individuelles des tô- les d'acier ou, respectivement,de ces tôles d'acier et du boitier. Dans le procédé conforme à l'invention, dans lequel le corps de support consiste en un corps alvéolé renfermé par un boîtier, pourvu sur sa surface d'un revêtement à effet catalytique, et se composant de couches de tôles d'a- cier lisses et ondulées résistant à la chaleur, qui se suc- cèdent en superposition alternée et sontsolidarisées par brasage, procédé dans lequel la brasure, nécessaire au bra- sage à des températures pouvant atteindre jusqu'à 1200 C, est déposée sous la forme d'un mélange de particules de bra- sure solides et d'un liant sur les zones devant être bra- sées les unes aux autres, cet objet est atteint par le fait que ledit corps de support est tout d'abord formé par empi- lement des couches individuelles de tôles d'acier; par le fait que le mélange brasure-liant est ensuite pulvérisé sur au moins une face frontalede ce corps de support; et par le fait que le corps de support ainsi traité est ensuite soumis à un brasage à haute température sous vide. Selon d'autres conceptions judicieuses de ce procédé: - -préalablement au dépôt de brasure, le corps de sup- port peut être inséré dans un boîtier tubulaire consistant en de la tôle d'acier résistant à la chaleur, et être relié à ce boîtier lors du brasage;. - un corps cylindrique de support peut être formé par enveloppement spiroTdal d'un ruban d'acier lisse et d'un ru- ban d'acier ondulé parallèle à l'axe d'enveloppement; - le mélange brasure-liant peut être pulvérisé, par rapport à la face frontale du curps de support, selon un an- gle tel que le dépôt de brasure s'étende uniformément sur toute la face frontale, et jusqu'à une profondeur d'au moins 1 mm et de 10 mm au plus à partir de cette facefrontale; - ce mélange brasure-liant peut être pulvérisé selon un angle aigu par rapport à la face frontaledu corps de support; - une quantité de brasure de 0,01 g à 0,05 g, de pré- férence de 0,015 g à 0,03 g, peut être pulvérisée par cen- timètre-carré de la facefrontale du corps de support; et - après le brasage, le corps de support peut être re- froidi dans le four de brasage, tout d'abord sous vide jus- qu'en deçà de la température de solidification de la brasu- re, puis avec adjonction d'azote, jusqu'au voisinage de la température ambiante. L'invention concerne également un corps de support métallique fabriqué selon le procéde conforme à l'invention. D'après l'invention, pour fabriquer 1-e corps de support, - les couches de tôle individuelles sont tout d'abord combi- nees en superposition aux cotes souhaitées, le corps de su- port ainsi formé est éventuellement inséré dans un boitier tubulaire, après quoi le dépôt de brasure a lieu par pulvé- risation d'au-moins une face extrême du corps de support (seule étant munie de ce dépôt de brasure une région présen- tant une profondeur d'au moins 1 mm et de 10 mm au maximum mesurée à partir de la face frontale), puis l'on procède pour finir à un brasage à haute température sous vide. Selon d'autres caractéristiques avantageuses de ce corps de support, la tôle d'acier formant les couches indi- viduelles peut consister en un acier renfermant uneO PmOrtiOn de chrome d'environ 15 % à 20 %, environ 5 % d'aluminium et d'autres additifs; et l'alliage de brasure utilisé pour le brasage peut renfermer une prcoportion de chrme d'environ 20 %. ' Le résultat de ce procéde, simple et économisant la brasure en particulier pour ce qui concerne le dépôt de cette brasure, est un corps de support doué d'une robustes- se mecanique suffisante et dont les couches de tôle forment, entre elles et vis-à-vis du boitier qui les entoure, une liaison purement métallique pouvant résister à de fortes contraintes au voisinage des faces frontales. Du fait que la brasure est déposee seulement en de faibles quantités, c'est à peine si l'on constate une influence défavorable exercée sur les propriétés du matériau constituant les couches de tôle individuelles, de préférence enroulées spiroidalement en un corps cylindrique. De surcroît, l'apparition d'efforts dans le corps de support est exclue dans une large mesure grâce au fait qu'on évite de grands intervalles entre les couches de tôle lors de l'empilement. Enfin, le brasage sous vide permet de se dispenser de l'utilisation de décapants agressifs. L'invention va à présent être décrite plus en détail à titre d'exemples nullement limitatifs, en regard du dessin annexé sur lequel: la figure 1 est une-coupe longitudinale fragmentaire d'un convertisseur destiné à l'épuration des gaz d'échappe- ment dans des moteurs à combustion interne de véhicules au- tomobiles; la figure 2 est une coupe transversale fragmentaire du corps de support d'après la figure 1; et la figure 3 illustre schématiquement le procédé pour déposer la brasure conformément à l'invention. Sur la figure 1 du dessin, la référence numérique 1 désigne un convertisseur d'épuration des gaz d'échappement, qui est incorporé dans un conduit 2 des gaz d'échappement du moteur à combustion interne d'un véhicule automobile et est destiné à éliminer, par réaction catalytique subséquente, les substances nocives renfermées par les gaz d'échappement. Dans l'exemple de réalisation illustré sur le dessin, ce convertisseur consiste en un corps de support 4 alvéolé (en nid d'abeilles), logé dans un boitier tubulaire 3 et compor- tant, à sa surface, un revêtement à effet catalytique con- sistant par exemple en des métaux nobles. Le corps de sup- port 4 se compose de couches à superposition alternée de tô- les d'acier lisses et ondulées, résistant à la chaleur et du type feuilles, qui sont reliées métalliquement les unes aux autres au voisinage d'au moins une face frontale du corps de support, par brasage à haute température sous vide. Comme le met davantage en évidence la figure 2, le corps de support 4 a été formé dans ce cas, d'une manière connue, par enroulement spiroidal de deux rubans 9 et 10 de tôle d'acier, l'un, 9, de ces rubans étant lisse et l'autre ruban 10 présentant des ondulations qui s'étendent parallè- lement à l'axe d'enroulement. Le corps de support 4 en tôle métallique, ainsi enroulé en un corps cylindrique et compor- tant au moins une couche de tôle lisse 9 sur son enveloppe externe, est introduit dans un boitier tubulaire 3 pour être à ce stade seulement, à l'inverse des procédés de fa- brication connus, muni d'un dépôt de brasure, puis brasé -; il s'établit ainsi une liaison métallique dans la région des faces extrêmes, non seulement entre les couches individuel- les de ruban d'acier en contact, mais également entre le corps de support 4 et le boitier 3 qui l'entoure. Néanmoins, pour qu'il ne soit pas déposé une quantité de brasure inutilement grande, la brasure pulvérulente, brassée avec un adhésif à base de matière plastique pour former un mélange pulvérisable de viscosité correspondante, est déposée seulement sur des faces extrêmes 5 et éventuel- lement 6 du corps de support 4, en décrivant avec la face frontale un angle aigu devant mesurer entre environ 5 et 45 La figure 3 illustre schématiquement et à titre d'e- xemple un procédé possible pour déposer la brasure. Dans ce cas, le convertisseur i est fixé sur un dispositif de rete- nue rotatif non représenté en détail, et il est pulvérisé frontalement par un dispositif de pulvérisation désigné par 12 et installé sur le côté du dispositif de retenue. Ce dis- positif de pulvérisation 12 fonctionne par exemple à air comprimé; il aspire, par l'intermédiaire d'un conduit d'as- cension 16, un mélange 11 d'une poudre à braser appropriée et d'un adhésif à base de matière plastique, renfermé par un réservoir 13; puis il dépose ce mélange sur la facefrontale du convertisseur 1, à partir d'une buse de pulvérisa- tion 14. Pour faire à coup sûr en sorte que la poudre à bra- ser, spécifiquement plus lourde, ne se dépose pas au fond du réservoir 13, mais soit uniformément répartie dans le mé- lange 11, il est prévu un dispositif d'agitation 17 qui est également en fonction lors de la marche du dispositif de pulvérisation 12. Ce dispositif d'agitation.17 consiste alors, par exemple, en une pièce en tôle 18 du type pale, qui est logée dans le réservoir 13 et à laquelle un mouve- ment rotatoire peut être imprimé par un mécanisme agitateur, entrainé par un champ magnétique tournant et incorporé dans un plateau 19 de retenue dudit réservoir 13. L'ensemble doit être agencé de telle sorte que le jet pulvérisé 15 rencon- tre la face extrême 5 du convertisseur 1, en toutes zones, selon un angle aigu de 5 à 45 . Il est alors commode, au cours du processus de pulvérisation, que la buse de pulvéri- sation proprement dite soit en mouvement au-dessus de la surface à pulvériser, ou bien, comme illustré sur le dessin, que le corps de support 4 accomplisse une rotation au-des- sous du jet pulvérisé 15 couvrant la région comprise entre le centre et le bord de la face extrême 5 dudit corps, si bien que toutes les zones de la surface sont uniformément munies de brasure. L'angle de pulvérisation proposé par l'invention assure alors une imprégnation uniforme de la face frontale du corps de support par la brasure, jusqu'à une profondeur d'au moins 1 mm et de 10 mm au maximum, ce qui, comme des expériences l'ont mis en évidence, confère au corps de support une ré- sistance suffisante à l'encontre de contraintes axiales. Il est avantageux que la quantité de brasure déposée soit d'en- viron 0,01 g à 0,05 g, de préférence de 0,015 à 0,03 g pour chaque centimètre-carré de la face extrême du corps de sup- port. Une fois la brasure déposée sur au moins une face ex- trême du convertisseur 1, mais éventuellement aussi sur les deux faces extrêmes 5 et 6 ainsi que sur une face étagée 7 délimitée par l'extrémité du boitier 3, le convertisseur est introduit dans un four à vide dans lequel il s'opère un brasage à haute température (à des températures atteignant jusqu'à 1200 C) et sous vide (par exemple à une pression alors l'inévitable pellicule d'oxyde des tôles d'acier for- tement allié devant être solidarisées par b.rasage et il ac- tive le métal, de sorte qu'une liaison métallique hautement résistante peut être obtenue en présence d'une brasure ap- propriée et de températures de brasage correspondantes. Pour obtenir un brasage impeccable et détériorant le moins possi- ble le matériau de substrat, il faut utiliser des matériaux sensiblement "conciliables", tant pour ce qui concerne les matériaux à braser que l'alliage de brasure proprement dit. Dans le cas d'application au brasage d'un convertis- seur d'épuration des gaz d'échappement décrit dans le pré- sent mémoire, dans lequel le convertisseur est exposé à des températures des gaz d'échappement pouvant atteindre jusqu'à 1000 C environ, il est nécessaire d'utiliser des qualités d'acier résistant à la chaleur, aussi bien pour les tôles du corps de support que pour le boîtier tubulaire 3. Pour ce qui concerne les tôles du support, il s'est avéré commode et avantageux d'utiliser des aciers ferritiques renfermant un pourcentage de chrome relativementélevé d'environ 15 % à % et un pourcentage d'aluminium d'environ 5 %, ainsi que d'autres additifs tels que du zirconium ou du cérium, qui doivent former une couche d'oxyde adhérant fermement. Pour le boîtier enveloppant, il est possible d'employer, en fonc- tion de la contrainte thermique, des matériaux dont les pourcentages en chrome sont sensiblement identiques, ou éventuellement,e moins importants. Par exemple, le boîtier peut consister en un acier de la qualité X 5 Cr Ti 12 pour des contraintes thermiques mo- destes ou X 10 Cr Al 18 pour des contraintes thermiques plus fortes, en combinaison avec des tôles de support de la qualité X 5 Cr Al Co Zr 205 (Aluchrom-S), ou bien X 2 Cr A1 Ce 205 (Alsichrom). Une brasure à base de nickel renfermant environ 20 % de chroment 10 % de silicium, connuesous la dénomination "Nicrobraz 30" (marque déposée de la société dite "Wall Colmonoy Corp."),s'est révélée très appropriée pour ces combinaisons-de matériaux. Pour conférer au corps de support ainsi brasé une structure superficielle se prêtant à l'application du revê- tement "washcoat" recevant le revêtement catalyseur en mé- tal noble, le refroidissement dans le four doit avoir lieu d'une manière bien déterminée après le brasage du corps de support. A cette fin, les corps de support sont tout d'abord refroidis sous vide, dans-le four, jusqu'en deçà de la tem- pérature de solidification de la brasure avoisinant 1080 C. Après qu'une température d'environ-1040 C a été atteinte, un refroidissement accéléré est amorcé par adjonction d'azo- te conférant aux tôles de support un étatde surface ap- - proprié, si bien que le revêtement "washcoat",exécuté en- suite d'une manière connue,rencontre une couche de fond adequate. L'introduction d'azote dans le four provoque de surcroît une accélération du processus de refroidissement, de sorte que tout le cycle de brasage de la pièce ne dure plus qu'environ deux heures. Le corps de support fabriqué conformément à l'inven- tion manifeste, bien qu'on utilise seulement de très peti- tes quantités de brasure et que le brasage ait pratiquement lieu seulement aux faces frontales, une très bonne robustesse qui exclut à coup sûr une excursion conique du noyau des couches de tôle enroulées spiro dalement, provoquée par les forces axiales développées au cours du fonctionnement du véhicule automobile, et provenant éventuellement aussi du flux gazeux. Il en résulte également une retenue rigide du corps de support 4 dans le boîtier tubulaire 3 qui l'entou- re, lequel peut à son tour, comme le montre la figure 1, être retenu mécaniquement dans le conduit externe 2 des gaz d'échappement, en munissant par exemple ce conduit tubu- laire 2, au voisinage du boîtier 3, de déformations ren- trantes 8 qui assujettissent par coincement le convertis- seur 1 dans ledit conduit 2. Toutefois, la fixation du convertisseur 1 dans le conduit 2 pourrait également être assurée par une passe de soudage au cours de laquelle le boîtier 3 est fixé dans ce conduit 2 des gaz d'échappement. Pour finir, l'on fera encore observer que le corps de support peut,bien entendu,être fabriqué non pas seulement par enroulement spiroïdal de deux couches de tôle, mais éga- lement par superposition stratifiée d'un grand nombre de couches individuelles et distinctes de tôle d'acier; la- forme de la section du corps de support peut naturellement aussi s'écarter de la configuration circulaire. De plus, ce corps de support peut être inséré et brasé dans un boitier pouvant être, à son tour, directement incorporé dans le conduit des gaz d'échappement, au moyen de brides ou d'or- ganes analogues. Enfin, l'on appellera l'attention sur le fait que le dépôt de brasure peut également être assuré au moyen d'un pinceau ou d'un outil analogue. L'essentiel réside alors uniquement dans le fait que seules les faces extrêmes du corps de support, 'le cas échéant une seule et unique face extrême, sont pourvues uniformément de brasure et le soient en outre seulement jusqu'à une profondeur limitée. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au procédé et au corps de support décrits et représentés, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un corps de support métal- lique pour un convertisseur d'épuration des gaz d'échappe- ment, en particulier dans des moteurs à combustion interne de véhicules automobiles, procédé dans lequel le corps de support consiste en un corps alvéolé renfermé par un boi- tier, pourvu sur sa surface d'un revêtement à effet cataly- tique, et se composant de couches de tôles d'acier lisses et ondulées résistant à la chaleur, qui se succèdent en su- perposition alternée et sont reliées les unes aux autres par brasage, procédé dans lequel la brasure, nécessaire au brasage à des températures pouvant atteindre jusqu'à 1200 C, est déposée sous la forme d'un mélange de particules de bra- sure solides et d'un liant sur les zones devant êtres soli- darisées par brasage, procédé caractérisé par le fait que ledit corps de support (4) est tout d'abord formé par empi- lement des couches individuelles de tôles d'acier (9, 10); par le fait que le mélange brasure-liant est ensuite pulvé- risé sur au moins une face frontale (5, 6) de ce corps de support; et par le fait que le corps de support ainsi traité est ensuite soumis à un brasage à haute température sous vide. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que, préalablement au dépôt de brasure, le corps de support (4) est inséré dans un boitier tubulaire (3) consis- tant en de la tôle d'acier résistant à la chaleur, et est relié à ce boitier lors du brasage. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait qu'un-corps cylindrique de support (4) est for- mé par enveloppement spiroidal d'un ruban d'acier lisse (9) et d'un ruban d'acier ondulé (10) parallèle à l'axe d'en- veloppement. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le mélange brasure-liant est pulvérisé, par rapport à la face frontale- du corps de support (4), selon un angle tel que le dépôt de brasure s'étende uniformément sur toute cette face frontale (5, 6), et jusqu'à une profondeur d'au moins i mm et de 10 mm au ma- ximum mesurée à partir de ladite face frontal. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé par le fait que le mélange brasure-liant est pulvérisé selon un angle aigu par rapport à la face frontale (5, 6) du corps de support (4). 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait qu'une quantité de brasure de 0,01 g à 0,05 g, de préférence de 0,015 g à 0,03 g, est pul- vérisée par centimètre-carré dela face frontale du corps-de support (4). 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que, après le brasage, le corps de support est refroidi dans le four de brasage, tout d'a- bord sous vide jusqu'en deçà de la température de solidifi- cation de la brasure, puis avec adjonction d'azote, jusqu'au voisinage de la température ambiante. 8. Corps de support métallique fabriqué conformément au procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, pour un convertisseur d'épuration des gaz d'échappement des- tiné en particulier à des moteurs à combustion interne de véhicules automobiles, ce corps de support consistant en un corps alvéolé renfermé par un boîtier, pourvu sur sa surfa- ce d'un revêtement à effet catalytique, et se composant de couches de tôles d'acier lisses et ondulées résistant à la chaleur, qui se succèdent en superposition alternée et sont reliées les unes aux autres par brasage, corps caractérisé par le fait que lesdites couches de tôles d'acier (9, 10) de ce corps de support (4) sont solidarisées par brasage seule- ment au voisinage d'au moins l'une de ses faces frontales (5, 6), jusqu'à une profondeura'au moins i mm et de 10 mm au maximum mesurée à partir de ladite face frontale. 9. Corps de support métallique selon la revendication 8, caractérisé par le fait que la tôle d'acier formant les couches individuelles (9,- 10) consiste en un acier renfer- mant une proportion de chromane d'environ 15 % à 20 %, environ 5 % d'aluminium et d'autres additifs; et par le fait que l'alliage de bra- sure utilisé pour le brasage renferme une proportion de chrome d'environ %.