Brevet FR2849060A1 — publié le 20040625

ALLIAGE CU-AL-NI-FE ET SONDE POUR LA MESURE D'UN PARAMETRE PHYSIQUE COMPORTANT UN ELEMENT DANS UN TEL ALLIAGE La présente invention est relative aux alliages de cuivre. Plus particulièrement, elle concerne les alliages présentant des caractéristiques mécaniques, thermiques et électriques permettant de les utiliser dans des sondes fortement sollicitées à la fois thermiquement et 10 mécaniquement, et en particulier dans des sondes utilisées dans le domaine de l'aéronautique, par exemple, pour la mesure de température totale d'air en entrée de moteur ou encore pour des mesures à l'extérieur des aéronefs. De nombreuses sondes en ce sens sont déjà connues. On connaît déjà notamment des sondes de température totale d'air dégivré du type de celle représentée sur la Figure 1. Une telle sonde 1 comporte notamment une prise d'air 11 rapportée sur un corps profilé 2 dans lequel est ménagé un conduit 3 permettant l'écoulement du fluide à mesurer et communiquant avec la prise d'air par l'intermédiaire d'une zone de séparation inertielle 4 Cette zone permet de séparer de l'air les éléments de masse importante relativement à celui- ci 25 (eau, givre, sable, ) par centrifugation, ceux-ci étant évacués du capteur par une zone d'éjection 5 opposée à la prise d'air Afin d'éviter les phénomènes de décollement du fluide dans la zone de séparation inertielle 4, des trous 6 sont ménagés dans la paroi de celle-ci, du côté opposé à la zone d'éjection 5 et communiquent avec l'extérieur par 30 I'intermédiaire d'une chambre 7 qui s'étend transversalement dans l'épaisseur du corps du profilé 2 Le différentiel de pression existant entre l'intérieur et l'extérieur du capteur permet l'aspiration de la couche limite par les trous 6. L'ensemble de la prise d'air 11, du corps profilé 2, du conduit 3, de la zone de séparation inertielle 4 et de l'éjection 5 est dégivré électriquement par des résistances chauffantes. Un élément formant capteur de mesure s'étend à l'intérieur dudit conduit 3 Cet élément 9 est par exemple un fil de platine constituant une résistance thermométrique, isolé thermiquement du corps profilé 2. Les différents fils formant résistance thermométrique ou résistance de chauffage sont reliés à une embase de connexion 10. Le corps profilé de cette sonde est généralement dans un alliage de cuprobéryllium. Les cupro-béryllium présentent en effet d'excellentes caractéristiques mécaniques, thermiques et électriques dans leurs différents états métallurgiques: une limite élastique de 150 à 1000 Mpa et plus, une résistance à rupture de 300 à 1000 Mpa et plus, un allongement à rupture 20 jusqu'à 60 %, une conductivité thermique de 100 W/m K et plus. Si la présence de béryllium améliore notablement les propriétés générales du matériau, les poussières métalliques sont néanmoins toxiques pour l'opérateur lors des opérations d'usinage ou d'assemblage. 25 Dans un souci de protection du personnel, on souhaite aujourd'hui pouvoir utiliser des alliages dépourvus de béryllium. De nombreux alliages Cu-AI-Ni-Fe sont déjà connus. 30 L'invention propose quant à elle un alliage Cu-AI-Ni-Fe comportant de 3 à 6 % en masse d'Aluminium, de 3 à 6,5 % en masse de Nickel, de 1 à 4,5 % en masse de Fer, de 0,1 à 1 % en masse de Silicium, de 0,1 àI 1 % en masse de Manganèse, de 0,05 à 1 % en masse d'étain, les éléments chimiques autres étant de teneurs en masse inférieures à 1 %, la balance est faite par le Cuivre D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description qui suit, laquelle est purement illustrative et non limitative, et doit être lue en regard de la figure unique annexée, sur laquelle on a représenté une sonde de température totale d'air. Une sonde conforme à un exemple de réalisation possible comporte une structure du type de celle illustrée sur la figure 1, dans laquelle la pièce qui constitue le corps profilé 2 et la prise d'air 11 est en un alliage en Cu-AINi-Fe ayant une composition: de 3 à 6 % en masse d'Aluminium, de 3 à 6,5 % en masse de Nickel, de 1 à 4,5 % en masse de Fer, de 0,1 à 1 % en masse de Silicium, de 0,1 à 1 % en masse de Manganèse, 20 de 0,05 à 1 % en masse d'étain. Les éléments autres que Cu, AI, Ni, Fe, Si, Mg, Sn sont à des teneurs en masse inférieures à 1 %. La balance est faite par le Cuivre. Sur des lots bruts de fonderie, les caractéristiques mécaniques sont de l'ordre de 200 Mpa et plus pour la limite élastique, 300 Mpa et plus pour la limite à rupture, 10 % et plus d'allongement à rupture et 50 W/m K et plus 30 pour la conductivité thermique. Un tel alliage présente d'excellentes propriétés de coulabilité. On notera toutefois qu'il peut être réalisé autrement que par fonderie, et notamment par frittage. Dans le cas d'un traitement de fonderie, celui-ci peut être un 5 traitement de fonderie brute, un traitement de fonderie avec traitement thermique, suivis ou non de traitements de mises en forme (par exemple d'usinage), d'un traitement de fonderie suivi immédiatement d'opérations de mise "en forme (par exemple d'usinage). Les pièces obtenues avec un tel alliage (qu'il soit venu de fonderie ou non) sont parfaitement assemblées par les différentes techniques de soudage, les différentes techniques de brasage et les différentes techniques de soudo-brasage. L'alliage proposé présente en outre une excellente aptitude à la mise en forme par usinage. On notera que de façon générale, la sonde comporte au moins un élément en un alliage du type précité. 20 Il s'agit avantageusement d'une sonde pour la mesure d'au moins un paramètre physique tel que température, pression, débit, vitesse, incidence. De façon particulièrement préférée, la sonde proposée est une 25 sonde à moyens de dégivrage thermique pour la mesure d'au moins un paramètre physique sur un flux de fluide. La sonde proposée est par exemple une sonde pour la mesure de paramètres physiques en entrée d'un moteur ou à l'extérieur d'un aéronef. 30 On notera que dans une sélection particulièrement avantageuse, les éléments autres que Cu, AI, Ni, Fe, Si, Mg, Sn sont à des teneurs en masse inférieures à 0,1 %. A titre d'exemple plus particulier, un alliage utilisé pour réaliser le corps de sonde est avantageusement un alliage dont la composition est de l'ordre de 4,5 % en masse d'Aluminium, de l'ordre de 4 % en masse de 5 Nickel, de l'ordre de 2 % en masse de Fer, de l'ordre de 0,5 % en masse de Silicium, de l'ordre de 0,3 % en masse de Manganèse et de l'ordre 0,1 % en masse d'étain. Un tel alliage présente une limite élastique de 230 Mpa, une 10 résistance à la rupture de 400 Mpa, un allongement à la rupture de 18 % et une conductivité thermique de 70 W/m K. REVENDICATIONS 1 Alliage Cu-AI-Ni-Fe comportant de 3 à 6 % en masse d'Aluminium, de 3 à 6,5 % en masse de Nickel, de 1 à 4,5 % en masse de Fer, de 0,1 à 5 1 % en masse de Silicium, de 0,1 à 1 % en masse de Manganèse, de 0,05 à 1 % en masse d'étain, les éléments chimiques autres étant de teneurs en masse inférieures à 1 %, la balance est faite par le Cuivre. 2 Alliage selon la revendication 1, caractérisé en ce que les 10 éléments chimiques autres sont de teneurs en masse de l'ordre de ou inférieures à 0,1 %, 3 Alliage selon la revendication 2, comportant de l'ordre de 4,5 % en masse d'aluminium, de l'ordre de 4 % en masse de nickel, de l'ordre de 2 % 15 en masse de fer, de l'ordre de 0,5 % en masse de silicium, de l'ordre de 0,3 % en masse de manganèse et de l'ordre de 0,1 % en masse d'étain. 4 Sonde pour la mesure d'au moins un paramètre physique tel que température, pression, débit, vitesse, incidence, caractérisée en ce qu'elle 20 comporte au moins un élément en un alliage selon l'une des revendications précédentes. Sonde à moyens de dégivrage thermique pour la mesure d'au moins un paramètre physique sur un flux de fluide, caractérisée en ce 25 qu'elle comporte au moins un élément en un alliage selon l'une des revendications 1 à 3. 6 Sonde pour la mesure de paramètres physiques en entrée d'un moteur ou à l'extérieur d'un aéronef, caractérisée en ce qu'elle comporte au 30 moins un élément en un alliage selon l'une des revendications I à 3. 7 Procédé pour la réalisation d'un élément en un alliage selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on met en met en oeuvre un traitement de fonderie. 8 Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le traitement de fonderie est un traitement de fonderie brute. 9 Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le traitement de fonderie est un traitement de fonderie avec traitement 10 thermique; Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que les traitements thermiques sont suivis de traitements de mises en forme. 11 Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le traitement de fonderie est suivi immédiatement d'opérations de mise en forme. 12 Procédé pour la réalisation d'un élément en un alliage selon l'une 20 des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on met en met en oeuvre un traitement de frittage.