Brevet FR2877877A1 — publié le 20060519

Matériau composite de tôle à base d'aluminium et son procédé de production La présente invention concerne un matériau composite de tôle à base d'aluminium, dans lequel une feuille de placage est appliquée sur au moins un côté d'une âme, ainsi qu'un procédé de production d'un tel matériau composite. Dans la technique, on connaît déjà des matériaux composites du type indiqué ci-dessus, par exemple par la demande de brevet international n WO-01/02165. Dans un tel matériau composite, c'est principalement le matériau de l'âme, de loin le composant prédominant du matériau composite, qui détermine les propriétés mécaniques globales du matériau composite, comme sa résistance par exemple. Mais c'est la feuille de placage, qui ne représente qu'une petite fraction du matériau composite et n'a par conséquent que peu d'influence sur ses propriétés mécaniques, qui est en contact avec le milieu environnant le matériau composite et qui détermine l'activité chimique de celui-ci, par exemple sa résistance à la corrosion, dans une très grande mesure. A titre d'exemples de matériaux composites à base d'aluminium faisant partie de l'état de la technique, on peut mentionner en premier lieu des tôles à braser dans lesquelles le matériau d'âme est un alliage d'aluminium de série AA3xxx et le matériau de la feuille de placage est un alliage d'aluminium de série AA4xxx, ainsi que des tôles pour applications aéronautiques dans lesquelles le matériau d'âme est un alliage d'aluminium de série AA2xxx et le matériau de la feuille de placage est typiquement un alliage d'aluminium de série AA1000. Ces matériaux composites connus ont en commun d'avoir été mis au point en vue d'une application particulière et de la satisfaction d'exigences spécifiques. Il est à noter que, dans le document WO-01/02165 mentionné ci-dessus qui représente l'état de la technique auquel se réfère le préambule de la revendication principale de la présente demande, on ne mentionne ni ne suggère d'alliages d'aluminium particuliers à employer dans un matériau composite, et que ce document ne se rapporte qu'à un procédé de production d'un tel matériau composite à base d'aluminium, indépendamment de sa composition. Tous les alliages d'aluminium dont il est question dans ce qui suit y sont désignés, sauf indication contraire, au moyen des désignations définies par l'Aluminium Association dans les "Aluminium Standards and Data" et les "Registration Records" que cette société publie. L'un des buts de la présente invention est de fournir un maté- riau composite amélioré à base d'aluminium, du type indiqué plus haut, spécialement conçu pour être employé dans des véhicules et en particulier en tant que tôle de carrosserie d'automobile. Ainsi donc, selon la présente invention, on propose un matériau composite à base d'aluminium dans lequel une feuille de placage est appliquée sur au moins un côté d'une âme, matériau qui est caractérisé en ce que le matériau de l'âme comprend un alliage d'aluminium de série AA5xxx ou AA6xxx, tandis que le matériau de la feuille de placage comprend un alliage d'aluminium de série AAlxxx, AA3xxx, ou AAlxxx à moins de 1,5 % en poids de zinc. Actuellement, dans les panneaux destinés à être employés dans des véhicules et appelés dans ce qui suit "tôles de carrosserie d'automobile", on n'emploie qu'un seul alliage d'aluminium (c'est ce qu'on appelle un système "mono-alliage"). En général, ce sont des alliages d'aluminium de série AA5xxx qu'on emploie comme matériau pour les panveaux de structure et les panneaux intérieurs, et ce sont des alliages d'aluminium de série AA6xxx qu'on emploie comme matériaux pour les panneaux extérieurs. Il est certain qu'en faisant varier la composition chimique de ces alliages, on pourrait aboutir à un large éventail de propriétés mécaniques. Mais dans la pratique, on ne met pas à profit toutes les possibilités d'application offertes, car dans des véhicules, ces possibilités sont limitées en raison, entre autres, des restrictions imposées par les performances des alliages en ce qui concerne la résistance à la corrosion. Par exemple, dans les alliages de série AA5xxx, une hausse de la teneur en magnésium améliore certes l'aptitude au formage et la résistance mécanique de l'alliage, mais en amoindrit en même temps la résistance à la corrosion, en particulier la résistance à ce qu'on appelle "corrosion intergranulaire". Ainsi, alors qu'on voudrait augmenter la teneur en magnésium de l'alliage pour en améliorer les propriétés mécaniques, la dégradation de ses propriétés chimiques l'interdit. Pareille-ment, pour les alliages d'aluminium de série AA6000, une hausse de la teneur en cuivre, qui serait bénéfique du point de vue de la résistance mécanique, conduirait malheureusement à une sensibilité accrue des surfaces peintes à la corrosion, en particulier à ce qu'on appelle "corrosion filiforme". Dans la présente invention, on a disjoint les propriétés du matériau de l'âme des exigences imposées aux surfaces du matériau compo- site. On peut donc choisir le matériau d'âme de manière à satisfaire du mieux possible les exigences mécaniques (ce qui veut dire, dans le cas des exemples mentionnés ci-dessus, en augmenter la teneur en magnésium ou en cuivre), tout en choisissant pour la feuille de placage un matériau qui puisse répondre aux exigences concernant les interactions du matériau composite avec le milieu qui l'environne. Il est alors apparu qu'en combinant une âme constituée d'un matériau comprenant un alliage d'aluminium de série AAlxxx ou AA6xxx avec une feuille de placage en un matériau comprenant un alliage d'aluminium choisi dans l'ensemble que constituent les alliages de série AAlxxx, AA3xxx, ou AAlxxx à moins de 1, 5 % en poids de zinc, on parvient à satisfaire toutes ces exigences. Il arrive par ailleurs que, dans des véhicules, on attache des tôles de carrosserie d'automobile à l'aide d'un adhésif, mode d'attache soumis à des exigences particulières, quoique moins sévères que dans le domaine de l'aéronautique. Alors qu'un système mono-alliage néces-site un traitement préalable adéquat de sa surface, il apparaît qu'une tôle en matériau composite de l'invention n'a pas besoin d'un tel traite-ment pour être dotée d'une durabilité satisfaisante. Dans un mode de réalisation de l'invention, la composition chimique de l'alliage d'aluminium de série AA5xxx constituant l'âme est la suivante, exprimée en pourcentages pondéraux: Mg 3,50 5,00, de préférence 4,0 7, 0 Mn 0,05 0,80, de préférence 0,20 0,55 Zn Cet intervalle de composition englobe les alliages d'aluminium AA5082, AA5182, AA5086 et AA5186. Comme exemple d'alliage d'aluminium de série AA6xxx, on peut citer l'alliage AA6016, mais il existe d'autres alliages d'aluminium de série AA6xxx convenables, notamment ceux dont la teneur en cuivre vaut au plus 1,1 % en poids, et de préférence au plus 0,9 % en poids, comme par exemple l'alliage AA6111. Du fait de leurs propriétés spécifiques, bien connues de l'homme du métier, ces alliages sont extrêmement bien adaptés aux applications envisagées dans le domaine de la construction d'automobiles. D'autre part, il est préférable que le matériau de la feuille de placage comprenne un alliage d'aluminium choisi dans l'ensemble des alliages de série AAlxxx, qui englobe l'aluminium pratiquement non-allié et les alliages à base d'aluminium qui contiennent au plus 0,1 % ou 1 % de tous les autres éléments alliés. Ces alliages d'aluminium, appelés ici "alliages de série AAlxxx", englobent tous les alliages ainsi définis par l'Aluminium Association, y compris ceux des sous-classes de type 1000, 1100, 1200 ou 1300. C'est ainsi que la feuille de placage revêtant l'âme peut être faite d'un alliage choisi parmi divers alliages 10 définis par l'Aluminium Association, comme les alliages 1050, 1060, 1045, 1100, 1200, 1230, 1135, 1235, 1435, 1145, 1345, 1250, 1350, 1170, 1175, 1180, 1185, 1385, 1188 et 1199. On préfère ces alliages en raison de leurs avantageuses propriétés chimiques, notamment pour ce qui est de leurs interactions avec le milieu environnant, et de leur durabilité. Parmi tous ces alliages, on préfère surtout l'alliage AA1050. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, l'âme est re-vêtue d'une feuille de placage en un alliage d'aluminium de série AA-7xxx contenant moins de 1,5 % en poids de zinc, ce qui englobe no-tamment l'alliage AA7072 qui contient de 0,8 à 1,3 % de zinc. Mais les alliages aluminium-zinc contenant de 0,25 à 0,7 % en poids de zinc, et de préférence, de 0,3 à 0,6 % en poids de zinc, fournissent eux aussi une protection adéquate contre la corrosion pour les applications envi-sagées de la présente invention. Un matériau composite à base d'aluminium de la présente invention peut certes, en fonction de l'application à laquelle il est destiné, ne comporter qu'une seule feuille de placage appliquée sur un seul côté de l'âme, mais il est préférable qu'il en comporte deux, soit une feuille de placage appliquée sur chacun des deux côtés de l'âme. Le résultat en est qu'un tel matériau composite présente des propriétés très bien équilibrées, de résistance mécanique et d'aptitude au formage d'une part, et de résistance à la corrosion d'autre part. Les dimensions d'une tôle en matériau composite à base d'aluminium peuvent prendre des valeurs très diverses, principalement im- posées par l'application particulière et les exigences y afférentes, mais dans un exemple de mode de réalisation de l'invention destiné à être employé comme tôle de carrosserie d'automobile, l'âme est épaisse de 0,5 à 2 mm, de préférence de 0,7 à 1,3 mm et mieux encore d'à peu près 1 mm. Dans une tôle composite destinée à servir de pièce de structure, l'épaisseur de l'âme peut valoir jusqu'à 3,5 mm. La feuille ou les feuilles de placage sont habituellement beaucoup moins épaisses que l'âme, chacune représentant 1 à 25 % de l'épaisseur totale de la tôle composite. Plus couramment, une feuille de placage représente à peu près 1 à 12 % de l'épaisseur totale de la tôle composite. Selon un autre de ses aspects, la présente invention concerne un procédé de production d'un matériau composite de tôle à base d'aluminium, dans lequel on applique une feuille de placage sur au moins un côté d'une âme. Selon cette invention, cette âme est constituée d'un matériau comprenant un alliage d'aluminium de série AAlxxx ou AA-6xxx, la feuille de placage est constituée d'un matériau comprenant un alliage d'aluminium choisi parmi les alliages de série AAlxxx, AA3xxx, ou AAlxxx à moins de 1,5 % en poids de zinc, et la feuille de placage est attachée à l'âme par colaminage. Ce procédé de colaminage est très économique et donne un matériau composite de très bonne qualité, qui présente bien les propriétés voulues. Bien entendu, à l'opération de colaminage peuvent être adjointes plusieurs étapes supplémentaires de traitement, par exemple une étape de recuit, dont le but est d'ajuster les propriétés finales du matériau composite. Il est préférable qu'au cours de l'opération de colaminage réalisée dans le cadre du procédé de production d'un matériau composite de l'invention, il y ait diminution tant de l'épaisseur de l'âme que de celle de la feuille de placage. A titre d'exemple, le matériau de l'âme peut être initialement un bloc épais de 80 mm, par exemple en alliage d'aluminium AA5182 ou AA6016, revêtu sur ses deux faces d'une feuille de placage initiale-ment épaisse de 5 mm. Après colaminage, l'épaisseur finale de l'âme vaut à peu près 1 mm, et l'épaisseur finale de la feuille de placage vaut par exemple 40 m. Il est à noter que les dimensions initiales et les dimensions finales du matériau composite sont déterminées aussi bien par les modalités particulières de l'opération de colaminage que par les caractéristi- ques exigées pour le matériau final. On peut réaliser le colaminage de diverses manières, et il peut par exemple s'agir aussi bien d'un laminage à chaud que d'un laminage à froid. Par ailleurs, cette opération de colaminage peut ne comporter qu'une seule passe, ou comporter plusieurs passes successives au cours de chacune desquelles on réduit l'épaisseur du matériau. Entre des pas-ses distinctes peuvent alors se dérouler d'autres étapes de procédé, par exemple des étapes de recuit, de chauffage, de refroidissement, etc. Comme on l'a déjà dit plus haut, le matériau composite à base d'aluminium de la présente invention est très bien adapté pour être employé dans des véhicules en tant que tôle de carrosserie d'automobile. Le fait de choisir le matériau de l'âme parmi les alliages de série AA- 5xxx ou AA6xxx mène à l'obtention d'excellentes caractéristiques mécaniques, au moins comparables à celles de tôles en alliages industriels standard. Des essais menés sur des échantillons de matériau composite à base d'aluminium de l'invention ont en outre montré qu'il n'y a aucune corrélation significative entre l'épaisseur de la feuille de placage et les propriétés mécaniques du matériau composite, ce qui confirme ce que l'on a dit plus haut au sujet de la disjonction faite entre les propriétés du matériau de l'âme et les exigences imposées à la feuille de placage. De plus, le fait de choisir un alliage d'aluminium de série AA-lxxx, en particulier, pour la feuille de placage permet d'obtenir un ma- tériau composite dont les performances vis-à-vis du milieu environnant sont excellentes. On peut par exemple en restreindre dans des limites acceptables la sensibilité à la corrosion intergranulaire, ainsi qu'en réduire la sensibilité à la corrosion filiforme, ce qui revêt une importance particulière dans le cas de surfaces conçues pour être peintes. La présente invention ne se limite pas aux modes de réalisation décrits dans ce qui précède, auxquels on peut apporter d'importantes modifications tout en restant dans le cadre de l'invention. En outre, la teneur en magnésium peut valoir de 4,0 à 4,70 %. Par exemple, la teneur en manganèse peut valoir de 0,20 à 0,55 30 % En outre, la teneur en chrome peut valoir de 0,05 à 0,25 %. par exemple la teneur en zirconium vaut de 0,05 à 0,25 %. REVENDICATIONS 1. Matériau composite de tôle à base d'aluminium, dans lequel une feuille de placage est appliquée sur au moins un côté d'une âme, caractérisé en ce que le matériau de l'âme comprend un alliage d'alu- minium de série AAlxxx ou AA6xxx, tandis que le matériau de la feuille de placage comprend un alliage d'aluminium de série AAlxxx, AA3xxx, ou AAlxxx à moins de 1,5 % en poids de zinc. 2. Matériau composite de tôle à base d'aluminium, conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que la composition chimique du matériau constituant l'âme est la suivante, exprimée en pourcentages pondéraux: Mg 3,50 5,00 Mn 0,05 0,80 Zn 3. Matériau composite de tôle à base d'aluminium, conforme à 25 la revendication 2, caractérisé en ce que la teneur en magnésium vaut de 4,0 à 4,70 %. 4. Matériau composite de tôle à base d'aluminium, conforme à la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que la teneur en manganèse vaut de 0,20 à 0,55 %. 5. Matériau composite de tôle à base d'aluminium, conforme à l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que la teneur en chrome vaut de 0, 05 à 0,25 %. 20 6. Matériau composite de tôle à base d'aluminium, conforme à l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que la teneur en zirconium vaut de 0,05 à 0,25 %. 7. Matériau composite de tôle à base d'aluminium, conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau de l'âme comprend un alliage d'aluminium AA5182 ou AA5082. 8. Matériau composite de tôle à base d'aluminium, conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau de l'âme est un alliage d'aluminium de série AA6xxx contenant au plus 1,1 % de cuivre. 9. Matériau composite de tôle à base d'aluminium, conforme à la revendication 8, caractérisé en ce que le matériau de l'âme est un alliage d'aluminium de série AA6xxx contenant au plus 0,9 % de cuivre. 10. Matériau composite de tôle à base d'aluminium, conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau de l'âme comprend un alliage d'aluminium AA6016 ou AA6111. 11. Matériau composite de tôle à base d'aluminium, conforme à l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la feuille de placage comprend un alliage d'aluminium AA1050. 12. Matériau composite de tôle à base d'aluminium, conforme à l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la feuille de placage comprend un alliage d'aluminium AA7072. 13. Matériau composite de tôle à base d'aluminium, conforme à l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la feuille de placage comprend un alliage d'aluminium de série AA7xxx contenant de 0,25 à 0,7 % de zinc. 14. Matériau composite de tôle à base d'aluminium, conforme à l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une feuille de placage est appliquée sur chacun des deux côtés de l'âme. 15. Matériau composite de tôle à base d'aluminium, conforme à l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'épaisseur de l'âme vaut de 0,5 à 2 mm. 16. Matériau composite de tôle à base d'aluminium, conforme à la revendication 15, caractérisé en ce que l'épaisseur de l'âme vaut de 0,7 à 1,3 mm. 17. Matériau composite de tôle à base d'aluminium, conforme à la revendication 16, caractérisé en ce que l'épaisseur de l'âme vaut à peu près 1 mm. 18. Matériau composite de tôle à base d'aluminium, conforme à l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'épaisseur de chaque feuille de placage représente de 1 à 25 % de l'épaisseur totale de la tôle en matériau composite. 19. Matériau composite de tôle à base d'aluminium, conforme à la revendication 18, caractérisé en ce que l'épaisseur de chaque feuille de placage représente de 1 à 12 % de l'épaisseur totale de la tôle en matériau composite. 20. Matériau composite de tôle à base d'aluminium, conforme à l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il s'agit de tôle de carrosserie d'automobile. 21. Procédé de production d'un matériau composite de tôle à base d'aluminium, dans lequel on applique une feuille de placage sur au moins un côté d'une âme, caractérisé en ce que le matériau de l'âme comprend un alliage d'aluminium de série AA5xxx ou AA-6xxx, le matériau de la feuille de placage comprend un alliage d'aluminium choisi parmi les alliages de série AAlxxx, AA3xxx, ou AAlxxx à moins de 1,5 % en poids de zinc, et la feuille de placage est attachée à l'âme par colaminage. 22. Procédé conforme à la revendication 21, caractérisé en ce que, au cours de l'opération de colaminage, il y a diminution tant de l'épaisseur de l'âme que de celle de la feuille de placage.