Brevet FR2676016A1 — publié le 19921106

Procédé de brasage de pièces à base de béryLiju., à une teipérature inférieure à 8000 C. La présente invention concerne un procédé pour assembler par brasage des pièces en béryllium ou en alliage de béryllium à des pièces en matériau différent, par exemple en alliage de nickel. De façon plus précise, elle concerne le choix de brasures appropriées permettant de réaliser Le brasage à des températures inférieures à 8000C, tout en obtenant des jonctions satisfaisantes. La technique habituelle pour réaliser le brasage de pièces en béryllium sur des pièces en matériaux différents, par exemple en Monel, consiste généralement à utiliser une brasure consti tuée -de t'eutectique argent-cuivre. Bien que cette technique conduise à des assemblages satisfaisants, elle présente l'inconvé- nient d'exiger des températures d'environ 8500C, ce qui peut conduire à des déformations intolérables pour certaines applications des pièces en béryllium. Plus récemment, on a envisagé d'utiliser des brasures en argent-cuivre-étain, comme il est décrit par T.G. Glenn et al dans Weîding Research Supplement, Octobre 1982, p. 334 à 338. Selon ces auteurs, un alliage à 60% d'argent, 30% de cuivre et 10% d'étain peut donner d'aussi bons résultats qu'un alliage à 72% d'argent et 28% de cuivre, à condition de pouvoir disposer l'alliage Ag-Cu-Sn sous la forme de feuilles entre Les surfaces des pièces à assembler. Dans le cas de cet alliage Ag-Cu-Sn, la température de brasage peut être de 7000C. En revanche, avec l'alliage cuivre-argent, on peut utiliser un fil de brasure disposé au niveau des pièces à assembler et obtenir un assemblage satisfaisant, mais il faut revêtir au préalable les surfaces des pièces à assembler avec de l'hydrure de titane. Dans ce cas, on opère à des températures supérieures, par exemple de l'ordre de 8500c. Ainsi, les alliages argent-cuivre-étain qui permettent d'abaisser la température de brasage, ne donnent pas des résultats satisfaisants lorsqu'il est impossible# de les inclure préalablement sur toute la surface des pièces à assembler. Or, pour certaines applications, par exemple lors de l'assemblage de tiges de très faible diamètre en Monel dans les orifices correspondants d'une plaque de béryllium il est impossible de disposer préalablement La brasure sur toute la surface interne des orifices de La plaque. On ne peut donc utiliser cet alliage Ag-Cu-Sn pour réaliser le brasage à une température inférieure à 8000 C. Aussi, des recherches ont été poursuivies en vue de trouver d'autres brasures capables de convenir à des températures inférieures à 8O00C, tout en la conduisant à des joints ayant les propriétés mécaniques et de résistance à la corrosion voulues. La présente invention a précisément pour objet, un procédé de brasage de pièces en béryllium ou en alliage de béryllium, qui permet de ne pas dépasser une température de 8000C lors du brasage, tout en conduisant à un assemblage possédant les propriétés requises Selon l'invention, le procédé pour assembler par brasage une première pièce en béryllium ou en alliage de béryllium et une seconde pièce en matériau différent, se caractérise en ce que L'on utilise pour le brasage un alliage de brasure constitué de - 58 à 65% en poids d'argent, - 26 à 29% en poids de cuivre, - 9 à 13% en poids d'indium, et - 0 à 2% en poids de titane. Grâce à leur bonne- mouillabilité vis-à-vis du béryllium, des alliages de brasure du type précité à base d'argent, de cuivre et d'indium permettent de réaliser l'assemblage de pièces en béryllium, à des températures inférieures à 8000C, même lorsqu'on les utilise sous la forme de fil au niveau du joint à réaliser. Généralement, la seconde pièce à assembler est en métal ou en alliage métallique ayant une température de fusion supérieure à 8000C. Il peut s'agir par exemple de pièces en cuivre ou en alliage de cuivre, ou encore en nickel ou en alliage de nickel tel que le Monel@. Selon un premier mode de réalisation de l'invention, l'alliage de brasure comprend unique ment de l'argent, du cuivre et de I # i l'indium et il est constitué par exemple - d'environ 63% d'argent, - d'environ 27% en poids de cuivre, et - d'environ 10% en poids d'indium. Selon un second mode de réalisation du procédé de l'invention, l'alliage de brasure comprend de l'argent, du cuivre, de l'indium et du titane. A titre d'exemple d'un tel alliage de brasure, on peut citer celui constitué d' - environ 59% en poids d'argent, - environ 27,25% en poids de cuivre, - environ 12,5% en poids d'indium, et - environ 1,25% en poids de titane. La présence de titane est intéressante car elle permet d'améliorer le mouillage du béryllium par La brasure et d'opérer ainsi à des températures plus faibles. Les alliages de brasure utilisés dans l'invention peuvent être préparés par des procédés classiques tels que ceux utilisés par les fabricants de brasures. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention appara~tront mieux à la lecture de la description qui suit, donnée bien entendu à titre illustratif et non limitatif, en référence à la figure unique annexée. Cette figure représente de façon schématique le mode d'assemblage d'une première pièce en béryllium et d'une seconde pièce en Monel en utili sant un jonc en alliage de brasure conforme à l'invention. Sur cette figure, on voit une première pièce 1 en béryllium qui a la forme d'une plaque percée d'un orifice 3 et une deuxième pièce constituée par une tige 5 en Monel qui doit être scellée dans l'orifice 3 de la plaque 1. Selon l'invention, ceci est effectué en utilisant un jonc de brasure 7 qui est disposé préalablement au dessus du joint à réaliser entre la tige 5 en Monel et la plaque -1 en béryllium. La réalisation de ce joint peut être effectuée de la façon suivante. On soumet tout d'abord les surfaces de la plaque 1 et de la tige 5 à assembler à un traitement de surface. Pour la pièce 1 en béryllium ou en alliage de béryllium, ce traitement peut consister en un nettoyage par ultrasons suivi d'un dégraissage, d'un décapage et d'un lavage. Dans le cas de la pièce 5 en Monel, on peut également effectuer un nettoyage par ultrasons et un dégraissage en phase vapeur, suivis d'un traitement mêcanique d'abrasion. Le but de ces traitements est de favoriser le mouillage par la brasure des surfaces à assembler. Après ces traitements préalables, on dispose les pièces à assembler dans leur position d'assemblage et l'on place le jonc de brasure 7 au niveau de la jonction à réaliser. On introduit ensuite l'ensemble dans un four sous vide (par ex. 5.10#4Pa ou moins) pour effectuer le brasage. On élève alors la température dans le four jusqu'à la température de brasage en maintenant un vide poussé, par exemple d'au moins 5.10~4pua, malgré le dégazage du béryllium qui se produit Lors du chauffage de la pièce 1. La vitesse de montée en température est choisie en fonction de la géométrie et de La masse des pièces à assembler ainsi que du matériau constituant la seconde pièce. La température de brasage qui est inférieure à 8000C est choisie de façon à obtenir un bon mouillage par la brasure des surfaces à assembler et la formation d'un joint sur la totalité des surfaces à assembler. Elle dépend en particulier de l'alliage de brasure utilisé et de la forme du joint à réaliser. Généralement, la température de brasage est dans la gamme de 700 à 8000 C. Lorsque l'on a atteint la température de brasage, on maintient l'ensemble à cette température pendant une durée appropriée pour la formation d'un joint satisfaisant, tout en choisissant Le temps le plus court possible pour éviter la formation de composés définis dans le joint de brasure. Généralement, cette durée n'excède pas 30 minutes. Elle est dans la plupart des cas de 5 à 7 minutes. On refroidit ensuite l'ensemble à la température ambiante, de préférence sous balayage de gaz inerte tel que l'argon, pour favoriser le refroidissement. Les exemples suivants illustrent la réalisation d'assemblages au moyen des alliages de brasure de l'invention. Exe.#Le 1 : Brasure à base d'alliage Ag-Cu-In. On soumet tout d'abord la plaque de béryllium 1 à un traitement de surface consistant en un nettoyage par ultrasons, suivi d'un dégraissage en phase vapeur, d'une immersion dans une solution d'acide nitrique - NH4F2 et d'un rinçage à l'eau et à l'acétone. De même, on soumet la tige de Monel à un nettoyage par ultrasons, un traitement d'abrasion mécanique puis à un traitement thermique sous vide à 9000C pendant Smin. Le Monel est un alliage de nickel comprenant : - 63,76% Ni - 32,5 % Cu - 2,09 % Fe - 1,0 % Mn - 0,11 % Co - 0,14 % C - 0,17 % Si, et - 0,003% S. Après ces traitements préalables, on dispose la tige de Monel 5 dans La plaque de béryllium 1 avec un jeu radial de 0,02mm en plaçant au niveau de L'assemblage à réaliser un jonc 7 d'alliage de brasure constitué de - 63% en poids d'argent, - 27% en poids de cuivre, et - 10% en poids d'indium. On place alors l'ensemble dans un four sous vide poussé 5.10'4Pa, puis on élève la température dans le four tout en maintenant celui-ci sous un vide de 5.10'4Pa malgré le dégazage du béryllium. Lorsqu'on atteint la température de 7800C, on maintient celle-ci pendant 7min, puis on procède au refroidissement de l'ensemble, sous balayage d'argon. En fin d'opération, on constate que le béryllium a été mouillé parfaitement par La brasure et que le joint s'étend sur toute la longueur des surfaces à assembler. Par ailleurs, l'assemblage est parfaitement étanche. On teste ensuite les propriétés mécaniques de l'assemblage ainsi obtenu en réalisant un essai de poussée de la tige 5 en compression. Les résultats obtenus sont les suivants : ExempLe 2 : Brasure à base d'alliage Ag-Cu-In-Ti. Dans cet exemple, on suit le même mode opératoire que dans l'exemple 1 pour assembler une tige en Monel 5 dans une plaque de béryllium 1, le jeu radial étant de 0,023 mm, en utilisant la même température de brasage de 7800C et en la maintenant pendant 7min. En fin d'opération, on constate que la mouillabilité du béryllium par la brasure est parfaite et que le joint de brasure est présent sur toutes les surfaces à assembler. La pièce est également étanche. Des essais de tenue mécanique du joint effectués dans les mêmes conditions que dans l'exemple 1 ont donné les résultats suivants ExempLe comparatif Dans cet exemple, on suit le même mode opératoire que dans l'exemple 1, mais en utilisant comme jonc de brasure, un jonc en alliage argentcuivre-étain contenant 60% en poids d'argent, 30 % en poids de cuivre et 10% en poids d'étain et en réalisant le brasage à une température de 7350C pendant 7min. Dans ce cas, on constate que la brasure n'est pas parfaite car L'alliage mouille préférentiellement le Monel et privilégie ainsi l'accrochage sur La tige de Monel au détriment du béryllium. Ainsi, on obtient uniquement des résultats satisfaisants avec les alliages de brasure de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé pour assembler par brasage une première pièce en béryllium ou en alliage de béryllium et une seconde pièce en matériau différent, caractérisé en ce que l'on utilise pour le brasage, un alliage de brasure constitué de - 58 à 65% en poids d'argent, - 26 à 29% en poids de cuivre, - 9 à 13% en poids d'indium, et - 0 à 2% en poids de titane. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau de la seconde pièce est en alliage de nickel. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'alliage de brasure est constitué : - d'environ 63% en poids d'argent, - d'environ 27% en poids de cuivre, et - d'environ 10% en poids d'indium. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'alliage de brasure est constitué - d'environ 59% en poids d'argent, - d'environ 27,25% en poids de cuivre, - d'environ 12,5% en poids d'indium, et - d'environ 1,25% en poids de titane. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'on réalise le brasage à une température de 700 à 8000C sous vide.