Brevet FR2855085A1 — publié le 20041126

La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un produit de brasage, un produit de brasage susceptible d'être obtenu par la mise en oeuvre du procédé et une utilisation du produit de brasage dans une opération de brasage de pièces. L'opération de brasage consiste à assembler des pièces métalliques en les reliant au moyen d'un produit de brasage comportant deux constituants à savoir un ou plusieurs métaux d'apport et un flux de décapage des pièces à braser pour y 10 assurer "la fixation" des métaux d'apport. Le flux fondu assure également un bon mouillage de la surface par le métal d'apport fondu. Le métal d'apport et le flux sont souvent présentés à l'utilisateur sous forme de deux constituants distincts, en 15 poudres à mélanger, ou de baguettes comportant une âme en l'un des constituants qui est enrobée de l'autre constituant. Dans le cas d'un mélange de poudres, l'utilisateur doit lui-même mélanger au mieux les poudres, pour répartir le flux. Dans le cas de baguettes, 20 l'hétérogénéité due à la juxtaposition des deux constituants peut aboutir, lors de l'opération de brasage, à un décapage insuffisant par endroits des surfaces, conduisant à un défaut d'assemblage des pièces. Pour remédier à l'hétérogénéité ci-dessus, il existe des 25 pâtes à braser formées d'un mélange tout préparé de poudres de métal d'apport et de flux en proportions voulues dont les grains sont liés entre eux au moyen d'un liant. Toutefois, la présence du liant dans la pâte à braser nécessite un apport thermique accru, c'est-à-dire qu'il est nécessaire de 30 dépenser plus d'énergie et passer plus de temps. En outre, la pâte nécessite un outil d'application tel qu'une seringue ou une pipette. La présente invention vise à traiter au moins l'un des deux problèmes liés à la pâte à braser, évoqués ci-dessus. A cet effet, l'invention concerne tout d'abord un procédé de fabrication d'un produit de brasage à partir d'une poudre de flux de décapage et d'une poudre de métal d'apport, caractérisé en ce que: - on mélange la poudre de flux et la poudre de métal d'apport selon des proportions prédéterminées, pour obtenir un mélange de brasage à flux intégré de façon homogène, et on comprime le mélange de brasage sous des conditions de pression et de température prédéterminées pour obtenir un bloc homogène solide de matériau de brasage. Par l'opération de compression du mélange de poudres de brasage à une température et pression prédéterminées, le mélange de poudres de brasage est mis sous une forme d'un bloc homogène solide, c'est-à-dire d'un seul tenant, étant donné que la pression établit des liaisons atomiques 15 intergranulaires, ce qui permet de s'affranchir de la nécessité d'un liant. Ce bloc peut constituer, par exemple, un lingot de taille et de forme éventuellement prédéterminées, au besoin mis ultérieurement sous une forme définitive d'utilisation. Il est donc inutile de prévoir un 20 outil d'application du produit de brasage puisque celui-ci est sous forme solide, et peut donc être directement tenu à la main. La température de compression est limitée à une valeur inférieure à la température de fusion du flux pour éviter toute ségrégation par rapport au métal d'apport. Une 25 telle opération de compression peut être appelée procédé de Compaction Isostatique à Chaud (CIC), dont la mise en oeuvre est effectuée par tous dispositifs ou appareils appropriés. La CIC consiste à soumettre un matériau solide en poudre à l'action simultanée de la pression et de la température. Ce 30 procédé est habituellement effectué sous une atmosphère de gaz neutre. La température habituellement mise en oeuvre pour l'opération de compression est comprise entre 300 C à 1400 C environ et est fonction de la nature des poudres de métal d'apport et de flux. Les pressions nécessaires pour la 35 mise en oeuvre de l'opération de compression sont comprises entre 1000 à 1500 bars environ. Le procédé de fabrication du produit de brasage comprend une opération initiale de mélange de constituants de base prédéterminés, à savoir une poudre de flux et une poudre de métal d'apport en proportions fixées choisies en fonction de 5 la nature du produit de brasage voulue. Le mélange de brasage se caractérise donc par une répartition homogène du flux dans le métal d'apport, c'est-à-dire que la proportion relative en chacun des constituants de base sera respectée dans tout le volume du mélange. A cet effet, l'opération de 1 0 mélange peut être mise en oeuvre en continu ou par lots dans tous types de mélangeurs de façon à obtenir un mélange homogène selon des conditions facilement déterminables par l'homme du métier. Ainsi, la mise en oeuvre du procédé permet l'obtention 15 d'un bloc homogène solide de matériau de brasage, de taille et de forme prédéterminées voulues, et de divers types de constituants en fonction du choix des poudres de métal d'apport et de flux avec une très grande précision de la proportion en chacun des constituants considérés, étant 20 donné que celle-ci ne dépend que de la justesse de la pesée. Il permet également un ajustement très précis de la proportion en flux afin de la réduire à une quantité juste nécessaire et suffisante pour effectuer une brasure convenable. En outre, comme le bloc de brasage a été obtenu 25 par compactage, sans nécessité de liant, sa masse peut donc rester limitée, toutes choses égales, ce qui nécessite un apport thermique moindre et conduit donc à une diminution de la durée de l'opération de brasage, par rapport à celle effectuée classiquement avec les pâtes à braser. La nature du flux varie selon les natures du métal d'apport et des pièces à braser. A titre d'exemple, on peut ainsi utiliser, pour un métal d'apport constitué d'argent, un flux à base d'un mélange d'acide borique et de fluorure de potassium, pour un métal d'apport constitué d'aluminium, 35 un flux à base cryolithe potassique et, pour un métal d'apport constitué de zinc, un flux à base de cryolithe - 4 césique. La poudre de métal d'apport est habituellement soit constituée d'un métal unique, soit élaborée par mélange homogène, d'une part, d'une poudre d'un métal de base et, 5 d'autre part, d'au moins une autre poudre d'un métal secondaire. A titre d'exemple, le métal de base est choisi dans le groupe constitué par l'aluminium, le zinc, l'argent et le cuivre. Le métal secondaire est choisi, par exemple, dans le groupe constitué par Si, Zn, Cu, Mn, Fe, Cr, Zr, Sn, 10 Ti, Be, Cd, Ni, Ag, Al et Sb. De façon plus spécifique, la poudre de métal d'apport peut être élaborée par formation d'un mélange d'éléments métalliques présentés dans le Tableau suivant. Métal de base Métal secondaire (% en poids) (% en poids) Métal d'apport no 1 aluminium (88) silicium (12) Métal d'apport n 2 cuivre (70) zinc (30) Métal d'apport no 3 zinc (80) aluminium (20) La poudre du métal d'apport peut également être élaborée par formation d'un mélange d'environ 40 % en poids d'argent, d'environ 19% en poids de cuivre, d'environ 21% de zinc et d'un complément à 100% en poids de cadmium. Dans la présente 20 description, tous les pourcentages indiqués correspondent à des cas particuliers de mélanges. Dans d'autres exemples, il peut être prévu que ces pourcentages soient différents des précédents, par exemple, de façon non limitative toutefois, que le pourcentage du métal secondaire se trouve dans une 25 plage de valeurs pouvant s'écarter par exemple de 65% (en valeur relative) du pourcentage indiqué ci-dessus. En variante, la poudre du métal d'apport peut être obtenue par formation d'un alliage de métal de base et d'au moins un métal secondaire, réduit en poudre, de 30 granulométrie voulue. Avantageusement, la proportion de flux est comprise - 5 entre 5 et 30% en poids par rapport au poids total du bloc. De façon générale, il est préférable d'avoir une taille des grains de poudres de métal d'apport et de flux située dans deux plages respectives de valeurs prédéterminées, afin 5 que, par exemple, les grains de la poudre de flux soient élaborés de façon à ce qu'ils présentent une taille moyenne inférieure à une taille moyenne des grains du métal d'apport. Dans ce cas, de préférence, on choisit, d'une part, une granulométrie de la poudre du métal d'apport 10 située dans une plage de valeurs de 50 tm à 350 tm, et, d'autre part, une granulométrie de la poudre du flux située dans une plage de valeurs de. 1 tm à 10 gm. Les grains du métal d'apport sont ainsi sensiblement entourés par des grains du flux qui remplissent les volumes intersticiels 15 laissés entre les grains du métal d'apport. La mise en oeuvre des opérations précédentes du procédé fournit un bloc homogène de brasage ou lingot, élaboré de préférence exclusivement à partir de métal d'apport et de flux, c'est-à-dire exempt de liant, de taille et de forme 20 géométrique déterminées telle que rectangulaire ou cylindrique, par exemple de 800 mm de longueur et de 80 mm de diamètre environ, ou bien encore de forme quelconque. Le bloc ainsi obtenu peut être prêt-à-l'emploi, c'est-à-dire directement mis à la disposition de l'utilisateur qui 25 procédera à l'opération de brasage, ou un produit intermédiaire qui subira une opération ultérieure de mise sous une forme fonctionnelle finale de produit de brasage prêt-à-l'emploi plus spécifique et plus adapté aux besoins de l'utilisateur. Cette mise en forme fonctionnelle finale 30 du bloc peut être effectuée par toute technique connue de l'homme du métier et comporte au moins une opération de transformation mécanique de sa forme choisie, par exemple, parmi les suivantes: tréfilage, étirage, bobinage, dressage, formage d'anneaux, laminage, calendrage, extrusion 35 à chaud ou découpe. La mise du bloc sous la forme fonctionnelle finale fournit ainsi des baguettes, des fils, - 6 des barres, des bandes ou des feuilles. Par exemple, un fil de brasage pourra être de 500 mm de longueur et de 8 mm de diamètre environ. Un autre objet de l'invention concerne un produit de 5 brasage sous forme d'un bloc homogène solide, comprenant un flux de décapage et un métal d'apport, obtenu par la mise en oeuvre du procédé décrit précédemment. Un autre objet de l'invention concerne le produit de brasage sous forme de baguette, fil, barre, feuille ou de 10 bande de brasage prêt-à- l'emploi, obtenu par une opération de mise en forme fonctionnelle finale du bloc, le produit de brasage étant élaboré de préférence exclusivement à partir de métal d'apport et de flux. L'invention concerne enfin l'utilisation du produit de 15 brasage selon l'invention dans un procédé de brasage de pièces. L'exemple qui suit permettra de mieux illustrer la présente invention. ExemDle PréDaration d'un fil de brasaqe à base de métal d'apport zincaluminium. On élabore une poudre de métal d'apport par mélange de 25 poudre de zinc et de poudre d'aluminium chacune de granulométrie de 50 gm à 300 gm en une proportion de respectivement 98% et 2% en poids par rapport au poids total du mélange jusqu'à l'obtention d'un mélange homogène de métal d'apport. On mélange ensuite intimement 90% en poids 30 du mélange de métal d'apport et 10% en poids de flux à base de cryolithe césique de granulométrie comprise entre 1 tm et 1m. Le mélange en poudre de métal d'apport et de flux est ensuite enfermé sous vide dans un conteneur en acier 35 inoxydable de forme intérieure cylindrique. Le conteneur est à son tour placé dans une enceinte scellée sous argon à i laquelle on fait subir une CIC en augmentant progressivement la pression jusqu'à 1200 bars et la température jusqu'à 350 C environ sur un laps de temps de 3 heures. Après 2 heures sous ces conditions, l'enceinte et le conteneur sont 5 refroidis jusqu'à la température ambiante sur un laps de temps de 3 heures, sous pression atmosphérique. L'enveloppe du conteneur est ensuite brisée et on récupère le lingot homogène de brasage. Le lingot de brasage subit une opération ultérieure de tournage afin qu'il présente un 10 diamètre de 76 mm sur une longueur de 800 mm. Le lingot obtenu ci-dessus subit une opération d'extrusion à chaud à une température de 250 C environ pour l'élaboration d'un fil ébauche de brasage de 6 mm de diamètre. Une opération de tréfilage et de dressagecoupe 15 postérieure permet l'élaboration d'un fil de brasage de 500 mm de longueur et de 2 mm de diamètre. - 8 Revendications 1. Procédé de fabrication d'un produit de brasage à partir d'une poudre de flux de décapage et d'une poudre de métal d'apport, caractérisé en ce que: - on mélange la poudre de flux et la poudre de métal d'apport selon des proportions prédéterminées, pour obtenir un mélange de brasage à flux intégré de façon homogène, et - on comprime le mélange de brasage sous des conditions 1 0 de pression et de température prédéterminées pour obtenir un bloc homogène solide de matériau de brasage. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la poudre du métal d'apport est élaborée par mélange d'une poudre d'un métal de base et d'au moins une autre poudre 15 d'un métal secondaire. 3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel le métal de base est choisi dans le groupe constitué par l'aluminium, le zinc, l'argent et le cuivre. 4. Procédé selon les revendications 2 et 3, dans lequel 20 le métal secondaire est choisi dans le groupe constitué par Si, Zn, Cu, Mn, Fe, Cr, Zr, Sn, Ti, Be, Cd, Ni, Ag, Ai et Sb. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, dans lequel la poudre du métal d'apport est élaborée par 25 formation d'un mélange d'environ 88% en poids d'aluminium et d'un complément à 100% en poids en silicium. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, dans lequel la poudre du métal d'apport est élaborée par formation d'un mélange d'environ 40 % en poids d'argent, 30 d'environ 19% en poids de cuivre, d'environ 21% de zinc et d'un complément à 100% en poids de cadmium. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, dans lequel la poudre du métal d'apport est élaborée par formation d'un mélange d'environ 70% en poids de cuivre et 35 d'un complément à 100% en poids de zinc. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, dans lequel la poudre du métal d'apport est élaborée par formation d'un mélange d'environ 80% en poids de zinc et d'un complément à 100% en poids d'aluminium. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 8, dans lequel la poudre du métal d'apport est obtenue par formation d'un alliage de métal de base et d'au moins un métal secondaire, réduit en poudre, de granulométrie voulue. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel les grains de la poudre de flux sont 10 élaborés de façon à ce qu'ils présentent une taille moyenne inférieure à une taille moyenne des grains du métal d'apport. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel la poudre du métal d'apport est élaborée 15 de façon à obtenir une granulométrie choisie dans une plage de valeurs de 50 pm à 350 gm. 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, dans lequel la poudre du flux est élaborée de façon à obtenir une granulométrie choisie dans une plage de valeurs 20 de 1 m à 10 tm. 13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, dans lequel le flux est mélangé en une proportion comprise entre 5% et 30% en poids par rapport au poids total du bloc. 14. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, dans lequel l'opération de compression du mélange de brasage est effectuée à une température comprise entre 300 C et 1400 C environ. 15. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 30 à 14, dans lequel l'opération de compression du mélange de brasage est effectuée à une pression comprise entre 1000 et 1500 bars environ. 16. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, dans lequel l'opération de compression du mélange de 35 brasage est effectuée par la technique de la compaction isostatique à chaud. - 17. Procédé selon la revendication 16, dans lequel la compaction isostatique à chaud est effectuée sous atmosphère de gaz neutre. 18. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 5 à 17, dans lequel le bloc de brasage est élaboré exclusivement à partir de métal d'apport et de flux. 19. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 18, comprenant une opération de mise du bloc sous une forme fonctionnelle finale de produit de brasage prêt-à10 l'emploi. 20. Procédé selon la revendication 19, dans lequel l'opération de mise sous la forme fonctionnelle finale comporte au moins une opération de transformation mécanique choisie parmi le tréfilage, l'étirage, le bobinage, le 15 dressage, le formage d'anneaux, le laminage, le calendrage, l'extrusion à chaud et la découpe. 21. Procédé selon l'une des revendications 19 et 20, dans lequel l'opération de mise sous la forme fonctionnelle du bloc fournit des baguettes, des fils, des barres, des 20 bandes ou des feuilles. 22. Produit de brasage sous forme d'un bloc homogène solide, comprenant un flux de décapage et un métal d'apport, obtenu par la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 21. 23. Produit de brasage selon la revendication 22 sous forme de baguette, fil, barre, feuille ou bande de brasage prêt-à-l'emploi, obtenu par une opération de mise en forme fonctionnelle finale du bloc. 24. Produit de brasage selon l'une des revendications 22 30 et 23, élaboré exclusivement à partir de métal d'apport et de flux. 25. Utilisation du produit de brasage selon l'une quelconque des revendications 22 à 24, dans une opération de brasage de pièces.