Brevet FR2862984A1 — publié le 20050603

Bande en alliage d'aluminium pour brasage Domaine de l'invention L'invention concerne des bandes en alliage d'aluminium revêtues sur une ou deux faces d'un alliage de brasage, et destinées à la fabrication de pièces brasées, notamment des échangeurs de chaleur pour l'automobile ou le bâtiment, et plus particulièrement de pièces assemblées par brasage sans flux sous atmosphère contrôlée. Etat de la technique L'utilisation, pour l'application échangeurs, d'alliages d'âme à durcissement structural (notamment de la série 6xxx: Al-Mg-Si) était très courante tant que le procédé de brasage utilisé était de type brasage sous vide. Le passage à la technologie du brasage sous atmosphère contrôlée avec flux non corrosif Nocolok , en liaison avec le coût élevé associé aux fours sous vide et à leur maintenance, a mis un point d'arrêt à cet usage. Le procédé Nocolok impose en effet des contraintes strictes sur l'utilisation d'alliages au magnésium, car cet élément réagit avec le flux, utilisé pour dissoudre la couche d'oxyde, et le rend inopérant. La teneur généralement donnée comme limite est de l'ordre de 0.3%. Au delà, une quantité très importante de flux serait nécessaire, ce qui rendrait l'opération extrêmement coûteuse. Par ailleurs, la résistance à la corrosion d'un grand nombre de bandes pour échangeurs est basée sur la formation d'une couche anodique à l'interface âme/placage qui impose une très faible teneur en silicium dans l'âme. C'est le cas par exemple des alliages décrits dans le brevet EP 0326337 (Alcan). Les alliages 6xxx ont donc été remplacés très majoritairement par des alliages 3xxx à bas magnésium et bas silicium et l'effet de durcissement structural a été perdu. Des alliages d'âme de type 3xxx à durcissement structural ont été proposés récemment, par exemple dans le brevet EP 0718072 (Hoogovens Aluminium Walzprodukte) ou dans la demande EP 1254965 (SAPA Heat Transfer). Dans les deux cas, aucune modification n'a été apportée aux bandes pour améliorer leur brasabilité dans un four Nocolok standard. Par conséquent, soit la teneur en magnésium doit être limitée à une valeur relativement faible (par exemple inférieure à 0.35% comme dans le cas de la demande EP 1254965), mais l'effet de durcissement structural est alors relativement réduit, soit il est nécessaire d'augmenter la quantité de flux déposée, ou d'utiliser un flux alternatif tel que le flux au césium décrit dans le brevet US 5771962 (Ford). Dans les deux cas, cela se traduit par une augmentation significative du coût de l'opération. L'invention vise à proposer un matériau qui possède à la fois des propriétés de durcissement structural, mais aussi une bonne aptitude au brasage dans les lignes Nocolok existantes. Objet de l'invention L'invention a pour objet une bande ou tôle en alliage d'aluminium de composition (% en poids) : Si: 0,3 -1,0 Fe Une composition préférée pour l'alliage d'âme est: Si: 0,3 1,0 Fe Description des figures Les figures 1 a et lb représentent, respectivement en vue de dessus et vue de côté, les éprouvettes en V utilisées dans les exemples pour évaluer l'aptitude au brasage. La figure 2 représente la définition de la largeur du joint brasé dans le test d'aptitude au brasage décrit dans les exemples. Description de l'invention L'invention repose sur la sélection, pour le brasage sans flux, d'une composition particulière pour l'alliage d'âme, en combinaison avec l'addition à l'alliage de placage d'un ou plusieurs éléments permettant d'en modifier les propriétés de surface, comme la tension superficielle ou la composition de la couche d'oxyde. L'alliage d'âme contient du manganèse et du cuivre, ainsi que du silicium et du magnésium pour permettre un durcissement par précipitation de Mg2Si. La teneur en silicium doit être supérieure à 0,3% pour permettre la formation d'une quantité suffisante de Mg2Si, mais rester inférieure à 1% si on veut garder un écart suffisant entre les températures de fusion de l'alliage d'âme et de l'alliage de placage. La teneur en magnésium est comprise entre 0,3 et 3,0%, et de préférence entre 0,35 et 0,7%. Elle doit être suffisante pour permettre la formation de Mg2Si, et n'est pas limitée, comme dans la demande EP 1254965, par le risque de réaction avec le flux, puisqu'il n'y en a pas. Contrairement à ce qui est préconisé dans la demande de brevet EP 1254965, on ne vise pas un excès de silicium par rapport à la quantité stoechiométrique pour former Mg2Si, mais au contraire un excès de magnésium. Cependant, le magnésium ayant une influence défavorable sur la formabilité, il est souhaitable de le limiter à 0,7% pour les applications exigeant une mise en forme importante. Le cuivre augmente la résistance mécanique de l'alliage lorsqu'il est en solution solide. Contrairement à l'enseignement de EP 1254965, la demanderesse n'a pas constaté de diminution de la résistance à la corrosion au-delà de 0,3% à condition de ne pas dépasser 1%, limite à partir de laquelle le cuivre précipite. Au contraire, la présence de cuivre en solution solide augmente le potentiel de corrosion. Une raison supplémentaire de ne pas dépasser 1% est d'éviter de trop abaisser la température de fusion de l'alliage. L'alliage de placage est, de manière habituelle, un alliage d'aluminium contenant de 4 à 15% de silicium, et éventuellement d'autres éléments d'addition tels que Cu, Mg ou Zn. Une des caractéristiques de l'invention est d'ajouter à l'alliage de placage un ou plusieurs éléments permettant d'améliorer sa mouillabilité, appartenant au groupe Io constitué par Ag, Be, Bi, Ce, La, Pb, Pd, Sb, Y ou du mischmetal, qui est un mélange de terres rares non séparées. C'est cette meilleure mouillabilité qui permet d'éviter l'utilisation d'un flux au brasage, sans pour autant opérer sous vide. L'alliage de brasage est le plus souvent plaqué sur l'alliage d'âme par colaminage. Dans le cas où l'alliage de brasage est plaqué sur une seule face, l'autre face peut être revêtue, de manière connue en soi, d'un alliage sacrificiel, généralement de type Al-Zn, destiné à améliorer la résistance à la corrosion de l'alliage d'âme. L'alliage de brasage peut également être déposé sous forme de particules, notamment de particules Al-Si, comme décrit par exemple dans le brevet EP 0568568 (Alcan International). Pour le brasage sous atmosphère contrôlée, les particules d'alliage de brasage sont généralement associées à des particules de flux, en particulier de flux à base de fluorures comme le fluoro-aluminate de potassium, et d'un liant tel qu'une résine polymère. Un avantage particulier de l'invention dans ce cas est d'éviter la présence de flux dans le revêtement. De 0,05 à 0,5% de bismuth et/ou de 0,01 à 0,5% d'yttrium peuvent également être 25 incorporés en plus à l'alliage d'âme. Le brasage peut s'effectuer sans flux sous atmosphère contrôlée, par exemple d'azote ou d'argon, à une température comprise entre 580 et 620 C, qui permet la fusion de l'alliage de brasage, mais assure également la mise en solution de l'alliage d'âme. Cette mise en solution est suivie d'un refroidissement rapide, par exemple à l'air pulsé. On peut effectuer un revenu de la pièce assemblée à une température comprise entre 80 et 250 C. Dans le cas de la fabrication d'échangeurs thermiques, il est parfois possible d'effectuer le revenu en fonctionnement dans les parties les plus chaudes de l'échangeur, par exemple les tubes de radiateurs de refroidissement des moteurs d'automobile. Exemple On a coulé plusieurs plaques d'alliages d'âme dont les compositions respectives sont indiquées au tableau 1: Tableau 1 Alliage Si Fe Cu Mn Mg Ti Bi Y Ca M 0.40 0.22 0.63 0.57 0.47 0.08 - - - M + Bi 0.39 0.22 0.62 0.59 0.49 0.09 0.15 - - M + Y 0.39 0.24 0.61 0.57 0.47 0.09 0.05 - M + Ca 0.40 0.22 0.63 0.57 0.47 0.08 - - 0.05 ainsi que des plaques d'alliage de placage 4047 (A1-12%Si) ou 4047 + 0.19% Bi ou 4047 + 0.05% Y ou 4047 + 0.05% Ca. Des assemblages sont réalisés à partir de ces plaques de telle sorte que l'épaisseur d'alliage de placage représente 10% de l'épaisseur totale. Ces assemblages sont laminés à chaud, puis à froid de façon à produire des bandes plaquées d'épaisseur 0. 3 mm. Ces bandes sont ensuite soumises à un traitement de restauration de 10 h à 260 C. L'éprouvette décrite à la figure 1 a été utilisée pour évaluer la brasabilité de ces matériaux. Le V est constitué d'une bande nue en alliage 3003, à l'état H24, et d'épaisseur 0.3 mm. Un traitement de dégraissage de 15 min à 250 C est appliqué au métal à braser. Aucune autre préparation de surface n'est appliquée et en particulier aucun flux n'est déposé. Le brasage se fait dans un four en verre à double paroi qui permet de visualiser les mouvements de brasure liquide et la formation des joints au cours du traitement. Le cycle thermique est composé d'une phase de montée en température jusqu'à 610 C avec une vitesse d'environ 20 C/min, d'un maintien de 2 min à 610 C, et d'une descente à environ 30 C/min. Le tout se fait sous balayage continu d'azote, avec un débit de 81/min. Les résultats sont qualifiés par une note de A à E selon l'échelle suivante: Note A B C D E Longueur de joint 100% 90% 75% 50% 0% formée par rapport à la longueur totale Les résultats sont indiqués au tableau 2: Tableau 2 Ame Placage Brasabilité M 4047 E M 4047 + Bi B M + Bi 4047 + Bi A M+ Y 4047+Y B M 4047 + Ça E Les caractéristiques mécaniques sont mesurées sur les composites M/4047+Bi, M+Bi/4047+Bi et M+Y/4047+Y à la fois après brasage, et après différents traitements de revenu. Le tableau 3 présente les valeurs obtenues et les compare avec un alliage N utilisé classiquement pour les bandes destinées aux échangeurs, et de composition: Alliage Si Fe Cu Mn Mg Ti N 0.19 0.15 0.68 1.38 - 0.08 Tableau 3 Composite Etat R. (MPa) R0.2 (MPa) A (%) M/4047 + Bi Après brasage 202 95 9,3 M/4047 + Bi Après brasage + 4 h à 236 169 5,8 180 C M/4047 + Bi Après brasage + 8 h à 236 191 3,3 180 C M + Bi/4047 Après brasage 210 100 8,4 + Bi M + Bi / Après brasage + 4 h à 231 172 4,8 4047 + Bi 180 C M + Bi / Après brasage + 8 h à 245 196 4,1 4047 + Bi 180 C M + Y / Après brasage 207 95 9,4 4047 + Y M + Y / Après brasage + 4 h à 240 170 6,4 4047 + Y 180 C M + Y / Après brasage + 8 h à 256 198 5,2 4047 + Y 180 C N/4045 Après brasage 166 64 18,0 N/4045 Après brasage + 4 h à 164 60 16,9 180 C N/4045 Après brasage + 8 h à 163 60 17,0 180 C On constate l'effet très favorable du durcissement structural sur la résistance 5 mécanique, surtout après revenu. Revendications 1. Bande ou tôle en alliage d'aluminium d'âme de composition (% en poids) : Si: 0,3 1,0 Fe 2. Bande ou tôle selon la revendication 1, caractérisée en ce que la teneur en cuivre de l'alliage d'âme est comprise entre 0,35 et 1%. 3. Bande ou tôle selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que la teneur en manganèse de l'alliage d'âme est comprise entre 0,3 et 0,7%. 4. Bande ou tôle selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la 20 teneur en magnésium de l'alliage d'âme est comprise entre 0,35 et 0,7%. 5. Bande ou tôle selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la teneur en zinc est inférieure à 0,2%. 6. Bande ou tôle selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la teneur en bismuth est comprise entre 0,05 et 0,5%. 7. Bande ou tôle selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la teneur en yttrium est comprise entre 0,01 et 0,5%. 8. Bande ou tôle selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que l'alliage d'âme a pour composition: Si: 0,3 1,0 Fe 9. Bande ou tôle selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que l'alliage de brasage est plaqué sur l'alliage d'âme par colaminage. 10. Bande ou tôle selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que le revêtement d'alliage de brasage est constitué de particules, éventuellement l0 enrobées dans une couche de résine. 11. Procédé d'assemblage de tôles en alliage d'aluminium selon l'une des revendications 1 à 10, comportant un brasage sans flux sous atmosphère contrôlée à une température comprise entre 580 et 620 C, un refroidissement rapide et éventuellement un revenu à une température comprise entre 80 et 250 C. 12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il est utilisé pour la fabrication d'échangeurs thermiques et que le revenu s'effectue en cours de 20 fonctionnement des échangeurs dans leurs parties chaudes.