Brevet FR2773819A1 — publié le 19990723

i ALLIAGE D'ALUMINIUM POUR BOITIER D'AEROSOL DOMAINE DE L'INVENTION L'invention concerne le domaine des alliages d'aluminium, et plus particulièrement ceux destinés à la fabrication de boîtiers d'aérosol. ETAT DE LA TECHNIQUE On connaît déjà, notamment par la demande japonaise 1-149939/89, des alliages d'aluminium comprenant de 0,05 à 0,8 % en poids de Cu et de 0, 05 à 0,8 % en poids de Mn. Ces alliages sont adaptés à la fabrication de boîtiers d'aérosol filés par choc (impact extrusion) à partir de pions, et qui présentent une tenue améliorée à la corrosion par piqûres. Selon cet état de la technique, les pions sont obtenus à partir de bande par laminage à chaud, puis laminage à froid. De manière connue en soi, les boîtiers filés par choc sont ensuite typiquement dégraissés, vernis intérieurement et/ou imprimés extérieurement, traités dans un four de manière à cuire les encres et sécher les vernis, et finalement conifiés. PROBLEMES POSES La demanderesse a recherché des alliages d'aluminium qui présentent une amélioration des propriétés mécaniques, en vue de réduire l'épaisseur de paroi des boîtiers d'aérosols. Par ailleurs, elle a recherché des alliages, de préférence, adaptés à la fabrication de pions par coulée continue, et non plus par seul laminage, et, de préférence, adaptés à la fabrication de boîtiers d'aérosols filés et étirés, et non pas seulement filés. DESCRIPTION DE L'INVENTION Selon un premier objet de l'invention, l'alliage d'aluminium, destiné à la fabrication de boitiers d'aérosols obtenus par filage par choc de pions dudit alliage ou par filage par choc de ces pions suivi d'un étirage, comprend du cuivre et du manganèse, dont la composition en Cu et Mn est située à l'intérieur du polygone ABCD défini, dans un système d'axes de coordonnées avec la teneur en Mn (% en poids) en abscisse et celle de Cu (% en poids) en ordonnée, par les coordonnées des points A, B, C et D: abscisse (Mn%) ordonnée (Cu %) A 0,075 0,65 B 0,50 0,65 C 0,35 0,4 D 0,25 0,4 le reste étant constitué par Ai et les impuretés inévitables. Cette composition d'alliage a été trouvée particulièrement adaptée à la fabrication de pions à partir de bande coulée en continu. En ce qui concerne les teneurs en Mn, elles visent surtout à diminuer l'adoucissement du métal lors du recuit des laques et vernis des boîtiers aérosols. Les essais conduits par la demanderesse ont montré qu'une teneur en Mn se situant en-deça de la limite imposée par la droite AD conduirait à un pion à grain trop gros, entraînant in fine la formation de plis lors de la conification de l'aérosol final. Par ailleurs, une teneur en Mn se situant en- deça de la limite imposée par la droite AD conduirait en plus à un aérosol de caractéristiques mécaniques insuffisantes compte tenu notamment de la nécessité de diminuer l'épaisseur des parois de boîtiers d'aérosols pour diminuer notablement les coûts de métal. En particulier quand la teneur en Mn est comprise entre 0,2 et 0,4% en poids, il a été observé un fort effet anti-adoucissant du Mn qui entraîne une augmentation très marquée des caractéristiques mécaniques. Cet effet est particulièrement remarquable dans le cas d'alliages contenant aussi du Cu; en effet ces alliages d'aluminium avec Cu s'adoucissent très vite: on peut ainsi considérer que l'ajout de 0,3% de Mn à un alliage d'aluminium 1050 (désignation de l'Aluminum Association) fait gagner 15 MPa, alors que le même ajout à un alliage 1050 contenant 0,5% de Cu fait gagner 30 MPa. Ainsi, il a été observé une forte synergie entre les éléments Cu et Mn. Pour de fortes teneurs en Mn, typiquement supérieures à 0,5%, l'ajout supplémentaire de Mn n'apporte rien car l'alliage ne s'adoucit quasiment plus lors des recuits des laques ou vernis des boîtiers d'aérosols, et généralement d'ailleurs, un ajout de Mn au-dessus de 0,5 % en poids ne fait que dégrader la structure du métal. En ce qui concerne la teneurs en cuivre, les essais ont montré qu'il y avait intérêt, pour obtenir une tenue élevée à la corrosion, à ce que la teneur en Cu soit inférieure à 0,65 % (ordonnée de la droite AB), mais qu'elle soit supérieure à 0,4% (ordonnée de la droite CD) pour obtenir un aérosol final de caractéristiques mécaniques élevées pour pouvoir réduire l'épaisseur des parois de boîtiers d'aérosols. DESCRIPTION DES FIGURES La figure 1 représente le diagramme des compositions dans le plan Ox,y, o l'abscisse Ox représente le pourcentage pondérai en Mn de l'alliage d'Al, et o l'ordonnée Oy représente le pourcentage pondérai en Cu de l'alliage d'Al. Le polygone ABCD délimite le domaine des compositions en Mn et Cu des alliages d'aluminium selon l'invention. Le polygone EFGH délimite le domaine préféré des compositions en Mn et Cu des alliages d'aluminium selon l'invention. La figure 2 est une illustration qualitative de la variation des caractéristiques mécaniques Rm (en ordonnée), en fonction de la hauteur H (en abscisse) du boîtier d'aérosol obtenue pour un même pion de départ, sur la partie gauche A du diagramme, en fonction du temps de traitement thermique de cuisson des vernis et encres (en abscisse), sur la partie droite B. La courbe I correspond au procédé de filage par choc, alors que la courbe II correspond à une première étape Fi, de filage par choc, suivie d'une seconde étape d'étirage EJ]. La figure 3 est une vue en coupe d'un dispositif de coulée continue "4R "> (1), alimenté en métal liquide (2), pour la fabrication de bande (3) destinée à la fabrication, par estampage, de pions (4) ayant sensiblement la même épaisseur que ladite bande (3). Les figures 4a à 4c sont une illustration schématique du procédé préféré selon l'invention, comprenant la transformation d'un pion de départ (4) (figure 4a) en ébauche filée (5) (figure 4b), et la transformation de cette ébauche (5) en boîtier (6) d'aérosol par étirage avec réduction d'épaisseur de la paroi (7) de l'ébauche (5). DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION De préférence, l'alliage d'aluminium selon l'invention présente une composition en Cu et Mn qui est située à l'intérieur du polygone EFGH défini par les coordonnées des points E,F,G et H (% pondéral): abscisse (%Mn) ordonnée (%Cu) E 0,25 0,6 F 0,45 0,6 G 0,4 0,5 H 0,3 0,5 comme représenté sur la figure 1. Les compositions d'alliage selon l'invention sont particulièrement avantageuses quand, d'une part, les pions (4) sont obtenus à partir de bande coulée en continu (3) comme illustré à la figure 3, et quand, d'autre part, les pions sont transformés en boîtiers d'aérosols par une première étape de filage par choc, suivie d'une seconde étape d'étirage, comme schématisé aux figures 4a à 4c. La figure 2 illustre les avantages de ce procédé sur les caractéristiques mécaniques (Rm). Il est à noter aussi que les alliages selon l'invention sont moins sensibles que les alliages standards ou les alliages hors invention, aux effets du traitement thermique (partie B de la figure 2) et à la diminution des caractéristiques mécaniques qui résulte de ce traitement. Ainsi, l'invention permet d'obtenir des boîtiers d'aérosols présentant, au choix, soit de meilleures caractéristiques mécaniques et donc une tenue à la pression interne supérieure, soit une épaisseur de paroi moindre, ce qui correspond à une économie de métal. L'alliage selon l'invention peut, outre les éléments Cu et Mn, comprendre d'autres éléments: 0,005 à 0,05 % en poids de Ti, de 0,2 à 0, 5 % en poids de Fe, et moins de 0,2 % en poids de Si. L'emploi de titane vise à obtenir de la bande (3) de coulée à grains relativement fins. Quant aux éléments Fe et Si, ce sont le plus souvent des impuretés de l'aluminium. La teneur en Fe résulte du fait que cet élément, à une teneur supérieure à 0,2% en poids, joue un rôle pour faire baisser la taille des grains, alors qu'au-delà d'une teneur de 0,5% en poids, son effet est négatif, car il annihile l'effet du manganèse en piégeant cet élément. Le silicium est une simple impureté dont la teneur doit être tenue inférieure à 0,2% en poids sous peine de faire baisser la solubilité du manganèse, ce qui conduit notamment à des grains plus gros. Un second objet de l'invention concerne l'utilisation des alliages selon l'invention pour l'obtention de boîtiers d'aérosols fabriqués par filage par choc de pions (4) dudit alliage, lesdits pions étant obtenus à partir de bande coulée en continu. De préférence, ce second objet concerne l'utilisation des alliages selon l'invention pour l'obtention de boîtiers d'aérosols fabriqués par filage par choc de pions (4) dudit alliage et étirage subséquent de l'ébauche (5) obtenue, lesdits pions étant obtenus à partir de bande coulée en continu. i Comme déjà indiqué, la sélection d'alliages selon la présente invention est particulièrement adaptée dans le cas de pions obtenus à partir de bande coulée en continu, et plus particulièrement avantageuse quand ces pions sont transformés en boîtiers d'aérosol par filage par choc suivi d'une étape d'étirage. Un troisième objet de l'invention est constitué par les boîtiers d'aérosols en alliage selon l'invention, obtenus par filage par choc de pions (4) dudit alliage, lesdits pions étant obtenus à partir de bande coulée en continu. De préférence, ce troisième objet est constitué par des boîtiers d'aérosols en alliage selon l'invention, obtenus par filage par choc de pions dudit alliage suivi d'au moins une étape d'étirage, lesdits pions étant obtenus à partir de bande coulée en continu. EXEMPLES DE REALISATION On a fabriqué des pions en différents alliages d'aluminium, ainsi que les boîtiers filés étirés correspondant. Les boîtiers obtenus ont les dimensions suivantes: - diamètre: 45 mm - hauteur: 290 mm - épaisseur de paroi: 0,28 mm e j. Composition pondérale Résistance mécanique Résistance mécanique brut de filage après recuit des laques Fe Mn% Cu% Si% Rm(MPa) R0,2 MPa Rm (MPa) R0,2 MPa 1 0,24 0,5 0 0,15 188 175 184 172 2 0,22 O 0 0,16 165 150 148 136 3 0,26 0 0,55 0,12 201 186 180 167 4 0,3 0 0,25 0,14 190 175 168 149 0,35 0 0,1 0,18 173 161 157 142 6 0,28 0,3 0 0,12 178 164 172 160 7 0,26 0 0,7 0,13 210 196 188 172 8 0,38 0,5 0,5 0,18 208 194 204 190 9 0,41 0,18 0,54 0,16 207 193 200 187 0,35 0,36 0,54 0,17 209 196 206 191 - - - - - _ _...L 12 0,29 0,3 0,45 0,17 204 192 201 190 Seuls les essais 9 à 12 sont conformes à l'invention. Réf. Résistance à la corrosion Mise en forme (filage + étirage) Taille des grains,im Aptitude à la conification ! IcommeAI 1050 300 Plis 2 idem 50 Pas de plis 3 | idem 30 Pas de plis 4 idem 40 Pas de plis idem 40 Pas de plis 6 idem 220 Début de plis 7 Piqûres 30 Pas de plis 8 comme AI 1050 300 Plis 9 comme AI 1050 70 Pas de plis comme AI 1050 120 Pas de plis 11 comme AI 1050 135 Pas de plis 12 comme AI 1050 120 Pas de plis Ces essais comparatifs montrent bien l'intérêt de la sélection selon l'invention puisque le domaine d'alliage permet seul d'obtenir à la fois des caractéristiques mécaniques élevées pour le boîtier aérosol après recuit des laques et vernis, une absence de plis à la conification, et une bonne tenue à la corrosion, analogue à celle d'un boîtier en alliage d'aluminium peu chargé en éléments autres que Ai, l'alliage 1050 (désignation normalisée selon l'Aluminum Association), alliage de référence pour ce type d'application. REVENDICATIONS 1. Alliage d'aluminium, destiné à la fabrication de boîtiers d'aérosols obtenus par filage par choc de pions dudit alliage ou par filage par choc suivi d'un étirage, comprenant du cuivre et du manganèse, dont la composition en Cu et Mn est située à l'intérieur du polygone ABCD défini, dans un système d'axes de coordonnées avec la teneur en Mn (% en poids) en abscisse et celle de Cu (% en poids) en ordonnée, par les coordonnées des points A, B, C et D: abscisse ordonnée A 0,075 0,65 B 0,50 0,65 C 0,35 0,4 D 0,25 0,4 le reste étant constitué par AI et les impuretés inévitables. 2. Alliage d'aluminium selon la revendication 1 dont la composition en Cu et Mn est située à l'intérieur du polygone EFGH défini par les coordonnées des points E,F,G et H: abscisse ordonnée E 0,25 0,6 F 0,45 0,6 G 0,4 0,5 H 0,3 0,5 3. Alliage selon une quelconque des revendications 1 et 2 comprenant de 0,005 à 0,05 % en poids de Ti, de 0,2 à 0,5 % en poids de Fe, et moins de 0,2 % en poids de Si. 4. Utilisation des alliages selon une quelconque des revendications 1 à 3 pour l'obtention de boîtiers d'aérosols fabriqués par filage par choc de pions dudit alliage, lesdits pions étant obtenus à partir de bande coulée en continu. Utilisation des alliages selon une quelconque des revendications 1 à 3 pour l'obtention de boîtiers d'aérosols fabriqués par filage par choc de pions dudit alliage et étirage subséquent de l'ébauche obtenue, lesdits pions étant obtenus à partir de bande coulée en continu. 6. Aérosols en alliage selon une quelconque des revendications 1 à 3, obtenus par filage par choc de pions dudit alliage, lesdits pions étant obtenus à partir de bande coulée en continu. 7. Aérosols en alliage selon une quelconque des revendications 1 à 3, obtenus par filage par choc de pions dudit alliage suivi d'au moins une étape d'étirage, lesdits pions étant obtenus à partir de bande coulée en continu.