Brevet FR2681331A1 — publié le 19930319

PROCEDE DE MODIFICATION DES TEMPERATURES CARACTERISTIQUES DE TRANSFORMATION D'UN ALLIAGE METALLIQUE A MEMOIRE DE FORME La présente invention a pour objet un procédé de modification des températures caractéristiques de transformation d'un alliage métallique à mémoire de forme et notamment d'un alliage de type cuivreux contenant du zinc ou de l'aluminium. Les alliages à mémoire de forme, tels que ceux réalisés à base de cuivre-zinc-aluminium ou cuivre-alum inium-nickel, se transforment d'une phase haute température à une phase basse température, lors du passage dans une zone de températures déterminée. C'est de cette transformation que les alliages à mémoire de forme tirent leurs propriétés de mémoire de forme. De ces propriétés, il résulte que l'on peut donner à tout objet en alliage à mémoire de forme, deux formes : l'une à basse température, l'autre à haute température. La température de déformation d'un alliage à mémoire de forme dépend d'une part, de la composition de cet alliage, c'est-à-dire des proportions relatives des différents composants de celui-ci, et d'autre part, de l'éducation que l'on fait subir aux éléments réalisés à base de cet alliage, en exerçant sur eux un certain nombre de contraintes dans des conditions de températures déterminées. Il serait intéressant, à partir d'un même alliage à mémoire de forme de pouvoir régler la température de transformation de phase, selon les applications. Le but de la présente invention est de fournir un procédé qui, partant d'un alliage à mémoire de composition déterminée, permette de réaliser une modification de la température de transformation, et plus particulièrement une augmentation de cette température, par variations de sa composition chimique. A cet effet, le procédé qu'elle concerne, consiste à soumettre l'alliage à mémoire de forme à un traitement thermique à une température supérieure à 700"C. La modification de la composition de l'alliage peut résulter, dans un tel cas, de l'évaporation ou de l'oxydation d'éléments de base. L'évaporation de zinc, bien connue dans le cas de traitement thermique des laitons sous vide peut intervenir parallèlement à une oxydation à l'occasion de traitements sous air. La grande oxydabilité de l'aluminium conduit à la formation d'une couche à base d'alumine. Selon un premier mode de mise en oeuvre, le traitement thermique auquel est soumis l'alliage à mémoire de forme est effectué en présence d'air. Selon un autre mode de mise en oeuvre, le traitement thermique auquel est soumis l'alliage à mémoire de forme est effectué sous gaz neutre. L'opération de traitement thermique à haute température peut être réalisée en une seule passe, pendant une durée comprise entre trente minutes et plusieurs heures. Dans la mesure où le traitement thermique est effectué en présence d'air, il se forme à la surface de l'élément en alliage à mémoire de forme une couche d'oxyde. Cette couche d'oxyde, qui s'épaissit au fur et à mesure de l'avancement du traitement, atteint progressivement une valeur limite. Le ralentissement du processus d'oxydation et de l'évaporation éventuelle de certains éléments entraîne une évolution de type logarithmique des températures de transformation en fonction du temps de traitement thermique. Ainsi, la variation des températures de transformation est relativement rapide au début de la phase de chauffage, et se ralentit nettement par la suite. Conformément à une autre possibilité, dans la mesure où le traitement thermique est effectué en présence d'air, le procédé consiste à opérer en plusieurs passes, avec refroidissement de l'élément en alliage à mémoire de forme entre deux passes. Avantageusement dans ce cas, le procédé consiste à réaliser un décapage de l'élément après refroidissement entre deux passes de traitement thermique. Ce décapage peut être réalisé par ultra-sons, après immersion de l'échantillon ou de façon mécanique.. I1 s'agit d'un traitement thermique qui permet une oxydation et/ou une perte en zinc beaucoup plus rapide que celle qui résulterait du traitement thermique en une seule passe de durée équivalente. En effet, au cours de chaque passe du traitement thermique, il se forme une couche d'oxyde à la surface de l'élément. Par refroidissement et par décapage, cette couche d'oxyde est supprimée, de telle sorte que, lors de la reprise du traitement thermique,cette dernière se reforme à une vitesse importante. En outre, dans le cas d'un alliage contenant du zinc, la suppression de la couche d'oxyde favorise l'évaporation du zinc. Dans ce cas, les températures de transformation de l'élément en alliage à mémoire de forme évoluent linéairement avec le nombre de passes, ces évolutions dépendant de la durée de chaque passe. I1 doit être noté que pour une variation de température de transformation prédéterminée, la durée du traitement dépend d'une part, de la température et de la durée du traitement thermique, et d'autre part, de la géométrie de l'élément en alliage à mémoire de forme. Cette durée de traitement est fonction du rapport surface de l'élément/volume de l'élément. I1 doit également être noté qu'un traitement thermique long peut permettre, dans certains cas, une réduction de l'étalement du cycle de transformation en homogénéisant l'alliage de façon parfaite. Un traitement thermique long est un traitement d'une durée supérieure ou égale à une heure. Le procédé selon l'invention est illustré ci-après en référence à quelques courbes montrant l'évolution de la température de transformation en fonction du traitement thermique Figure 1 représente une courbe montrant la variation de la température de transformation d'un alliage cuivre-zinc-aluminium en fonction du temps du temps de traitement, à température constante au cours d'une seule passe Figure 2 représente une courbe similaire à celle de figure 1 dans le cas d'un alliage de cuivre-aluminium-nickel Figure 3 est une vue représentant plusieurs courbes de variation de la température de transformation d'éléments en alliage de cuivre-zinc-aluminium, au cours d'un traitement thermique en plusieurs passes Figure 4 représente une courbe de variation de la température de transformation d'éléments en alliage de cuivre-aluminium-nickel, au cours d'un traitement thermique en plusieurs passes Figure 5 représente deux courbes comparatives d'un traitement direct et d'un traitement en plusieurs passes d'un même élément en alliage de cuivre-zinc-aluminium Figure 6 représente deux courbes correspondant à deux éléments de géométries différentes, réalisées dans le même alliage de cuivre-zinc-aluminium, subissant le même traitement thermique en plusieurs passes. La figure 1 est un diagramme représentant la variation de la température de transformation d'un élément en alliage à mémoire de forme cuivre-zinc-aluminium, ayant subi un traitement thermique à une tempé rature de 850"C. Ce traitement thermique est effectué en une seule passe. Comme il ressort du diagramme, il en résulte une évolution logarithmique des températures de transformation en fonction du temps de traitement thermique, la variation étant relativement rapide au cours des premières dizaines de minutes de traitement, et se ralentissant nettement par la suite. Le diagramme de figure 2 représente la variation de la température de transformation d'un élément en alliage cuivre-aluminium-nickel, au cours d'un traitement thermique en une passe à 850"C. Comme dans le diagramme précédent, l'évolution des températures de transformation en fonction du temps de traitement thermique est logarithmique. La figure 3 est un diagramme représentant l'évolution de la variation de températures de transformation de deux éléments en alliage à mémoire de forme cuivre-zinc-aluminium ayant subi un traitement thermique à 850"C en plusieurs passes de trente minutes chacune. I1 ressort de ces courbes que les températures de transformation évoluent sensiblement linéairement avec le nombre de passes. Toutefois, il doit être noté que l'évolution de la variation de température est beaucoup plus régulière dans le cas des deux éléments ayant subi un décapage par ultra-sons entre les passes successives de traitement thermique, que dans le cas des éléments qui n'ont pas subi ce décapage. La figure 4 est un diagramme montrant l'évolution de la variation de températures de transformation d'un élément en alliage à mémoire de forme cuivre-aluminium-nickel ayant subi un trairement thermique à 850"C en plusieurs passes. Comme montré au dessin, les températures évoluent sensiblement linéairement avec le nombre de passes. La figure 5 représente un diagramme, sur lequel sont tracées deux courbes montrant la variation de la température de transformation d'un alliage cuivre-zinc-aluminium. La courbe située en bas du diagramme représente le traitement direct, en une seule passe, tandis que la courbe située plus haut sur le diagramme représente l'évolution de la température dans le cas d'un traitement par passes de trente minutes, avec un décapage par ultra-sons entre deux passes successives. La figure 6 représente un diagramme montrant l'évolution de la variation de température de transformation de deux éléments en alliage à mémoire de forme, constitués par deux fils respectivement d'un diamètre de deux millimètre et d'un diamètre de trois millimètres, en fonction du nombre de passes de trente minutes d'un traitement thermique à 850"C. I1 résulte de ce diagramme, que la variation de température, pour un même traitement, est plus rapide dans le cas du fil de deux millimètres de diamètre, que dans le cas du fil de trois millimètres de diamètre. Il est possible d'en déduire que l'évolution de la température de transformation, pour une température de traitement déterminée est également fonction de la géométrie de l'élément. Comme il ressort de ce qui précéde, l'invention apporte une grande amélioration à la technique existante, en fournissant un procédé permettant de modifier la température de transformation d'un alliage à mémoire de forme, dans un sens d'augmentation de cette température, par modification de la composition de l'alliage. Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas aux seuls modes de mise en oeuvre de ce procédé decrits ci-dessus à titre d'exemple, elle en embrasse au contraire toutes les variantes. REVENDICATIONS I.- Procédé de modification des températures caractéristiques de transformation d'un alliage métallique à mémoire de forme contenant du zinc ou de l'aluminium, caractérisé en ce qu'il consiste à soumettre l'alliage à mémoire de forme à un traitement thermique à une température supérieure à 700"C. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à effectuer le traitement thermique en présence d'air. 3.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à effectuer le traitement thermique sous gaz neutre. 4.- Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser un traitement thermique à haute température en une seule passe, pendant une durée comprise entre trente minutes et plusieurs heures. 5.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser un traitement thermique à haute température en plusieurs passes, avec refroidissement de l'élément en alliage à mémoire de forme entre deux passes. 6.- Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser un décapage de l'élément après refroidissement, entre deux passes de traitement thermique. 7.- Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser le décapage de ltélément par ultra-sons, après immersion de celui-ci dans un liquide. 8.- Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser un décapage mécanique de l'élément. 9.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la durée du traitement pour une variation prédéterminée de la température de transformation de l'alliage métallique est fonction du rapport surface de l'élément/volume de l'élément.