Brevet FR2782668A1 — publié le 20000303

Tôle ou bande en alliage d'aluminium à réflectivité élevée sur une face et faible sur l'autre face Domaine de l'invention L'invention concerne une tôle ou bande en alliage d'aluminium telle qu'elle présente, après traitement de surface, des propriétés optiques dissymétriques sur ses deux faces, avec une réflectivite élevée sur l'une et très faible sur l'autre face. Etat de la technique On utilise depuis de nombreuses années des tôles et bandes en alliage d'aluminium présentant une surface réfléchissante spéculaire, notamment pour la fabrication de miroirs et réflecteurs. Pour obtenir une réflectivité élevée, on utilise généralement un aluminium de haute pureté, à plus de 99,5% d'aluminium, ou, si on désire des caratéristiques mécaniques plus élevées, des alliages d'aluminium, notamment du type AI-Mg, élaborés à partir d'aluminium de haute pureté. Le procédé de fabrication de ces tôles et bandes comporte généralement une ou plusieurs passes finales de laminage à froid sur des cylindres rectifiés polis, et un traitement chimique ou électrochimique de brillantage, suivi éventuellement d'une anodisation. On peut ainsi obtenir, sur la meilleure face, une réflectivité à 85 d'incidence, mesurée dans le sens long (R85SL) selon la norme ISO 7668, supérieure à 70%. Bien que le laminage introduise une légère différence entre la réflectivité des deux faces, on obtient globalement des propriétés optiques voisines sur ces deux faces. Il existe cependant des applications pour lesquelles on souhaite disposer d'une seule face brillante, l'autre étant mate, comme par exemple certains types de réflecteurs dans lesquels il est souhaitable d'éviter les réflexions parasites. On est alors conduit à recouvrir une face à l'aide d'un film plastique noir pour éviter la réflexion de la lumière sur cette face. Cette opération est toutefois coûteuse. Objet de l'invention L'invention a pour but d'obtenir directement, sans revêtement ultérieur, des tôles et bandes en alliage d'aluminium présentant des propriétés optiques dissymétriques sur les deux faces, en particulier une réflectivité élevée sur une face et faible sur l'autre. L'invention a pour objet une tôle ou bande en alliage d'aluminium, finie par laminage à froid brillant, constituée d'au moins deux tôles ou bandes plaquées l'une sur l'autre, les deux tôles ou bandes constituant les faces externes étant choisies de telle manière qu'après le même traitement de surface, notamment de décapage, de brillantage chimique ou électrochimique et/ou d'anodisation, l'une devienne une face brillante avec une réflectivité à 85 mesurée dans le sens du laminage (R85SL) supérieure à %, et de préférence à 70%, et l'autre une face mate avec une réflectivité R85SL inférieure à 20%, et de préférence à 10%. La réflectivité à 85 mesurée dans le sens perpendiculaire à celui du laminage (R85ST) de la face brillante est supérieure à 70%, et de préférence à 80%. La réflectivité à 20 dans le sens du laminage (R20SL) de la face mate est inférieure à 5 et de préférence inférieure à 2%. Un autre objet de l'invention est une tôle ou bande en alliage d'aluminium plaquée à réflectivité élevée sur une face et faible sur l'autre, comportant une face en aluminium de pureté supérieure à 99,5% et préférentiellement supérieure à 99,7 %, ou en alliage aluminium- magnésium élaboré à partir d'aluminium de même pureté, et une face en alliage d'aluminium de composition telle que la fraction surfacique des composes intermétalliques, mesurée par analyse d'image sur une micrographie, obtenue par microscopie électronique à balayage, d'un échantillon de cet alliage, soit supérieure à 2,5%, et de préférence à 7, 5%, la tôle ou la bande ayant subi, après laminage à froid brillant, un décapage ou un brillantage chimique ou électrochimique. Après brillantage, les tôles ou bandes peuvent subir une anodisation pour conférer à l'état de surface obtenu une durabilité suffisante; pour des raisons pratiques, ce traitement d'anodisation est en effet inévitable pour un certain nombre d'applications. Les alliages d'aluminium conduisant à une fraction surfacique élevée des composés intermétalliques sont notamment des alliages contenant l'un au moins des éléments Fe, Mn et Si, à une teneur pondérale totale supérieure à 1%, par exemple des alliages AISi contenant de 6 à 14% en poids de Si et, de préférence, moins de 1,7% de Mn et de Fe. La tôle ou bande peut comporter également, entre les deux faces externes, une âme en alliage d'aluminium de composition quelconque, ou en un autre alliage métallique tel que l'acier. Description de l'invention L'invention repose sur la combinaison, nouvelle, de deux phénomènes dont le principe est connu. Il est bien connu que, sur de l'aluminium à haute pureté, le brillantage ou le décapage réduisent la rugosité -Ra, qui peut descendre en dessous de 1 gm, et augmentent la réflectivité. Il est connu par ailleurs que sur certains alliages, l'effet est rigoureusement inverse, notamment les alliages contenant du fer, du manganèse ou du silicium. Le déposant a réalisé de nombreux essais sur la différence de comportement, lors du traitement d'attaque chimique du métal lors des opérations de décapage ou de brillantage, entre les différents alliages d'aluminium. Ces essais lui ont permis de relier ce comportement à la présence de particules de composés intermétalliques de ces éléments avec l'aluminium. On peut faire l'hypothèse que la présence de ces composés à la surface de la tôle provoque des attaques préférentielles locales qui entraînent une augmentation de la rugosité. On peut mesurer la densité superficielle de ces composés intermétalliques par analyse d'image sur des micrographies réalisées sur des échantillons de l'alliage, par exemple par microscopie électronique à balayage. On obtient alors une fraction surfacique d'intermétalliques, qui se mesure en % de la surface totale de la zone observée. Le déposant a observé que lorsque cette fraction surfacique dépasse 2,5%, et de préférence 7,5%, la réflectivité de la tôle après laminage brillant et brillantage peut atteindre des niveaux très bas, inférieurs à 10%, alors que le même traitement conduit à une réflectivité de plus de 60% ou même plus que 70 % pour de l'aluminium pur (par exemple AA 1085 selon la nomenclature de l'Aluminum Association). Quand on procède à une anodisation conduisant à une couche d'oxyde anodique transparente d'une épaisseur de l'ordre de 1 à 2 pm, on constate, pour les alliages à forte fraction surfacique d'intermétalliques, une diminution de la réflectivité. On peut faire l'hypothèse que la forte concentration de particules intermétalliques conduit à une coloration de la couche anodique qui diminue encore la réflectivité. Les deux effets, à savoir la diminution de la réflectivité due aux attaques préférentielles lors du brillantage, et la diminution de la réflectivité due à l'opacité de la couche anodique liée à l'incorporation de particules intermétalliques, s'additionnent. On peut ainsi obtenir une surface très mate avec une réflectivité inférieure à 10 % et même inférieure à 5 %, avec une réflectivité très élevée (> 70 %) sur l'autre face. Le déposant a observé par ailleurs que pour obtenir une fraction surfacique d'intermétalliques supérieure à 2,5%, l'alliage doit contenir par exemple du fer, du silicium et/ou du manganèse à une teneur en poids totale de plus de 1%. Des taux élevés, supérieurs à 7,5%, sont obtenus avec les alliages AISi de la série 4xxx selon la désignation de l'Aluminum Association. Les fractions surfaciques sont mesurées de la manière suivante. Pour les alliages à fraction surfacique élevée d'intermétalliques, notamment les alliages de la série 4xxx, on prélève un échantillon, qui est enrobé en résine et poli sous décane, pour éviter l'oxydation des phases de Mg2Si débouchant en surface, jusqu'à la pâte au diamant de 0,25 pm, selon les techniques métallographiques connues de l'homme de métier. On peut éventuellement déposer par évaporation une très mince couche conductrice. Les prises de vue sont réalisées par microscopie électronique à balayage, à un grandissement de 1000, en mode contraste de numéro atomique (électrons rétrodiffusés), avec une tension d'accélération des électrons de 15 kV Dans les alliages de la série 4xxx, on distingue plusieurs familles de phases intermétalliques: le plus souvent Mg2Si et AIMgSi (en noir), le silicium primaire (en gris) et AlFe (en clair). Après filtrage et reconstruction des bords, des seuillages en niveau de gris permettent d'extraire l'image des phases et de mesurer la taille et la fraction surfacique de ces phases. Les mesures sont cumulées sur 15 champs par échantillon, répartis au hasard sur la coupe polie. La fraction surfacique est exprimée comme la somme des surfaces des différents types de phases, rapportée à la superficie totale du champ analysé. A titre d'exemple, pour un alliage 4004, bien adapté pour obtenir la face mate de la tôle ou bande selon l'invention, on trouve les résultats suivants pour les différentes phases (l'écart- type expérimental est indiqué entre parenthèses pour un cumul de 15 champs et un grandissement de 1000) Phases Phases au fer Si primaire Mg2Si Fraction surf. (%) 2,97 (0,40) 7,95 (1,36) 3,58 (0,63) Taille (gim) 2,02 (0,95) 2,77 (2,01) 1,26 (0,89) Pour les alliages à faible fraction surfacique d'intermétalliques, comme par exemple les alliages 1085, 1200, 8011 et 8079, on adopte un grandissement de 2000 et l'observation se fait sur une coupe polie recouverte d'une couche mince de carbone. La tension d'accélération des électrons est de 15 kV. Pour assurer une stabilité suffisante des résultats de mesure, on les cumule sur 30 champs répartis au hasard sur la coupe polie. Les mesures sont généralement stables dès 5 à 10 champs, mais il arrive que les fractions surfaciques soient plus dispersées. La fraction surfacique ainsi mesurée prend en compte l'ensemble des phases intermétalliques, les plus importantes étant AIFe et AlFeSi. Le tableau 1 donne les fractions surfaciques d'intermétalliques pour quelques alliages. Lorsqu'on mesure la fraction surfacique d'un aluminium pur contenant moins de 500 ppm de fer et moins de 400 ppm de silicium, on obtient un taux inférieur à 0,2%, ce qui convient parfaitement pour la face brillante. Au lieu d'aluminium pur à 99,5%, on peut aussi utiliser, pour la face brillante, un alliage AlMg ou AICu, à condition d'utiliser une base aluminium de pureté 99,5%, en respectant notamment les mêmes valeurs limites que précédemment pour le fer et le silicium. Tableau 1 Alliage Mn (%) Fe (%) Si (%) fraction surfacique (%) 1085 0,036 0,04 0,1 1200 0,5 0,1 0,8 3003 1,0 0,4 0,2 4,1 4045 0,5 10 12,0 8011 0,8 0,7 2,7 8079 1,3 0,15 3,6 Les traitements de décapage ou de brillantage sont effectués de manière connue en soi. A titre d'exemple, le décapage peut être effectué pendant cinq minutes dans uns bain alcalin (50 g/l) à une température de 50 C, suivi d'une neutralisation à l'acide nitrique. Le brillantage peut être effectué pendant une minute dans un bain acide (H3PO4 1200 g/l et H2S04 300 g/l) à une température de 75 C sous une tension de V. L'anodisation peut être effectuée pendant cinq minutes dans un bain de H2SO4 (200 g/l) à 20 C dans lequel passe un courant de 1,5 A/dm2. L'anodisation est normalement suivie d'un colmatage qui peut être effectué pendant quatre minutes dans une solution aqueuse de sels de nickel à 100 C. Les mesures de réflectivité sont effectuées selon la norme ISO 7668, avec une lampe à filament de tungstène et à des angles fixes de 20 et de 85 . L'invention peut être réalisée de différentes façons. On peut utiliser un alliage de base qui conduit après décapage ou brillantage chimique ou brillantage électrochimique à une très faible réflectivité, tel qu'un alliage de la série 4xxx, par exemple l'alliage 4045, plaqué d'une face avec un alliage qui développe après traitement de surface une haute réflectivité, tel que l'alliage 1085. On peut aussi procéder de la façon inverse et utiliser comme métal de base un alliage qui conduit à une haute réflectivité, plaqué d'un alliage qui conduit à une faible réflectivité. Et puis, dans un mode de réalisation préféré de l'invention, on peut intercaler entre les deux faces externes en alliages choisis pour leur influence sur les propriétés optiques (par exemple les alliages 4045 et 1085), une tôle ou bande en alliage quelconque, choisi pour des raisons économiques ou pour obtenir certaines caractéristiques mécaniques. Par exemple, cette tôle ou bande centrale peut être en alliage d'aluminium, ou en acier. Les tôles ou bandes dans les différents alliages peuvent être plaquées, de manière connue en soi, par colaminage, la bande colaminée étant ensuite soumise à un laminage brillant avec cylindres rectifiés. L'épaisseur du placage (qui peut être déterminée selon la norme EN 2004- 5) est avantageusement comprise entre 1 et 20 % de l'épaisseur totale de la tôle ou bande, pour chaque face, et préférentiellement entre et 12 %. Toutefois, quelle que soit l'épaisseur totale de la tôle, l'épaisseur du placage doit être supérieure à 10 lm par face. Exemples La demanderesse a déterminé les caractéristiques de réflexion de différentes tôles avant et après traitement de surface (voir Tableaux 2 et 3). Dans le Tableau 2, pour chaque type de tôle, quatre tôles d'origine industrielle différente ont été caractérisées telles quelles ou soumises à des traitements de surface et ensuite caractérisées. Tableau 2 Echantillon Réf. R20SL R20ST R85SL R85ST [%] [%] [%] [%] alliage 1050, qualité " Grand Brillant ", Ala 40,7 38,3 55,2 52,8 brillantage électrochimique 60 sec Alb 39,5 39,2 54,9 54,1 oxyde anodique 1,im Alc 40,4 39,3 55,4 51,5 Ald 40,2 38,9 55,2 52,8 alliage 1050, qualité " Grand Brillant" A2a 67,5 68,5 83,2 84,4 A2b 67,7 68,4 85,6 84,5 A2c 67, 8 68,2 85,3 83,5 A2d 67,7 68,4 84,7 84,1 alliage 3003 A3a 12,3 7,5 48,9 43,1 brillantage électrochimique 60 s A3b 12,5 7,6 49,1 41,6 oxyde anodique 1 gm A3c 11,9 7,6 51,0 38,2 A3d 12, 2 7,6 49,7 41,0 alliage 8079 A4a 7,6 4, 9 42,3 35,9 brillantage électrochimique 60 s A4b 8,3 5,6 49,6 33,9 oxyde anodique 1 gm A4c 5,6 4,4 39,6 33,3 A4d 7,2 5,0 43,8 34,4 Tableau 3 réf alliage traitement de la tôle R20SL R20ST R85SL R85ST (voir codes ci-dessous) 00[%] [%] [%] [] B 1 1085 (0) 75,7 76,2 77,5 85,0 B2 1085 (1) I Hm 74,7 74,8 72,5 85,4 B3 1085 (2) 2,5 tm 67,6 67,4 73,0 76,3 B4 1085 (3) 83,1 82,6 73,6 80,9 B5a 1085 (3)+(2) 1 plm 79,8 79,1 72,8 78,1 B5b 1085 (3) + (2) 2,5 Him 77,0 76,9 73, 1 75,3 B6 4045 (0) 54,0 54,1 81,3 76,4 B7 4045 (1) 1 pm 3,4 2,3 35,4 19,4 B8 4045 (2) 2,5 lpm 0,94 0,79 54,7 32,4 B9 4045 (3) 2,4 2,0 4,5 4,5 B10Oa 4045 (3) + (2) 1 l.m 0,60 0,56 4,1 4,2 BlOb 4045 (3) + (2) 2,5 Hm 0,20 0,20 3, 3 3,6 code des traitements de la tôle (0) brut de laminage, sans traitement de surface (1) décapage (avec indication de l'épaisseur décapée) (2) anodisation (avec indication de l'épaisseur de la couche d'oxyde anodique) (3) brillantage électrochimique On constate que pour obtenir une réflectivité élevée après brillantage, il est préférable d'utiliser un aluminium d'une pureté supérieure à 99,5 % ou un alliage AI-Mg élaboré à partir d'un aluminium d'une pureté supérieure à 99,5 %, afin d'éviter l'effet néfaste des intermétalliques. Un excellent choix, en termes de performance technique et de coût, est représenté par l'alliage 1085 pour la face brillante, et un alliage de type 4045 pour la face mate, de préférence sous forme d'une tôle plaquée des deux faces. Il est surprenant de constater que, dans le cas de l'alliage 4045, l'anodisation seule fait baisser fortement la réflectivité mesurée à 20 o, mais laisse subsister la réflectivité mesurée à 85 à un niveau assez élevée. En revanche, le brillantage seul fait baisser la réflectivité mesurée à 85 o, mais laisse subsister une réflectivité mesurée à 20 à un niveau appréciable. L'exécution successive des deux procédés permet donc d'obtenir à la fois une faible réflectivité mesurée à 20 o, et une faible réflectivité mesurée à 85 . C'est pourquoi le brillantage suivi d'une anodisation est le mode de réalisation de l'invention le plus efficace. Il REVENDICATIONS 1. Tôle ou bande en alliage d'aluminium, finie par laminage à froid brillant, constituée d'au moins deux tôles ou bandes plaquées l'une sur l'autre, caractérisée en ce que les deux tôles ou bandes constituant les faces externes sont choisies de telle manière qu'après le même traitement de surface, l'une devienne une face brillante avec une réflectivité à 85 mesurée dans le sens du laminage (R85SL)> 60% et l'autre une face mate avec une réflectivité R85SL 2. Tôle ou bande selon revendication 1, caractérisée en ce que le traitement de surface est un décapage ou un brillantage chimique ou électrochimique. 3. Tôle ou bande selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que la réflectivité R85SL de la face brillante est supérieure à 70%. 4. Tôle ou bande selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la réflectivité R85SL de la face mate est inférieure à 10%. 5. Tôle ou bande selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la réflectivité à 85 o mesurée au sens perpendiculaire à la direction de laminage (R85ST) de la face brillante est supérieure à 70 % et de préférence à 80 %. 6. Tôle ou bande selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce la réflectivité à 20 mesurée au sens parallèle à la direction de laminage (R20SL) de la face mate est inférieure à 5 % et préférentiellement inférieure à 2 %. 7. Tôle ou bande selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée par en ce que la face brillante est constituée d'aluminium de pureté supérieure à 99,5% et préférentiellement supérieur à 99,7 %, ou en alliage aluminium- magnésium élaboré à partir d'aluminium de telle pureté. 8. Tôle ou bande selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'alliage à haute pureté comporte moins de 500 ppm de fer et moins de 400 ppm de silicium. 9. Tôle ou bande selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que la face mate est constituée d'un alliage d'aluminium de composition telle que la fraction surfacique des composés intermétalliques soit supérieure à 2,5%, et de préférence à 7,5%. 10. Tôle ou bande selon la revendication 9, caractérisée en ce que les alliages d'aluminium conduisant à une fraction surfacique élevée des composés intermétalliques sont des alliages contenant l'un au moins des éléments Fe, Mn et Si, à une teneur pondérale totale supérieure à 1%. 11. Tôle ou bande selon la revendication 10, caractérisée en ce que l'alliage d'aluminium conduisant à une fraction surfacique élevée des composés intermétalliques est un alliage AISi contenant de 6 à 14 % (en poids) de Si. 12. Tôle ou bande selon la revendication 11, caractérisée en ce que Si est compris entre 6 et 14 % et Mn 13. Tôle ou bande selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisée en ce qu'elle comporte, entre les deux faces externes, une âme en alliage d'aluminium ou en acier. 14. Tôle ou bande selon l'une des revendications I à 13, caractérisée en ce que l'épaisseur du placage est compris, pour chaque face, entre I et 20 % et préférentiellement entre 5 et 12 % de l'épaisseur totale de la tôle, et toujours supérieure à 10 gtm. 15. Tôle ou bande plaquée, laminée à froid brillant, puis décapée ou brillantée par voie chimique ou électrochimique, comportant une face brillante en aluminium de pureté supérieure à 99,5%, ou en alliage aluminium-magnésium élaboré à partir d'aluminium de même pureté, et une face mate en alliage d'aluminium de composition telle que la fraction surfacique des composés intermétalliques soit supérieure à 2,5%, et de préférence à 7,5%. 16. Tôle ou bande selon la revendication 15, caractérisée en ce que l'alliage d'aluminium conduisant à une fraction surfacique élevée des composés intermétalliques est un alliage contenant l'un au moins des éléments Fe, Mn et Si, à une teneur pondérale totale supérieure à 1%. 17. Tôle ou bande selon la revendication 16, caractérisée en ce que l'alliage d'aluminium conduisant à une fraction surfacique élevée des composés intermétalliques est un alliage AlSi contenant de 6 à 14% (en poids) de Si. 18. Tôle ou bande selon l'une des revendications 15 à 17, caractérisée en ce qu'elle comporte, entre les deux faces externes, une âme en alliage d'aluminium ou en acier. 19. Tôle ou bande selon l'une des revendications 15 à 18, caractérisée en ce qu'après décapage ou brillantage, elle est anodisée.