Brevet FR2892038A1 — publié le 20070420

TOLE MULTICOUCHE A BRASAGE L'invention est relative à une tôle à brasage en aluminium, destinée à être employée dans des systèmes d'échangeurs de chaleur comme par exemple des échangeurs de chaleur pour automobiles. Dans l'idéal, la tôle à brasage sert à fabriquer des tubes d'un tel échangeur de chaleur. Les tôles à brasage de la technique antérieure employées à cette fin sont généralement constituées d'un système à trois couches comprenant un placage extérieur d'alliage 4xxx, d'un alliage central 3xxx et d'un alliage de revêtement intérieur 7xxx ou lxxx. Dans la présente demande spécifique, la paroi interne des pièces successives de l'échangeur de chaleur est directement au contact du fluide de refroidissement et, en raison de la température dudit fluide et des conditions d'écoulement, il faut une grande résistance à la corrosion. On sait très bien utiliser un revêtement intérieur contenant Zn pour améliorer la résistance à la corrosion de ces tôles à brasage. Les revêtements intérieurs classiques sont par exemple en alliage 7072 ou en alliage 3003 avec Zn. Les revêtements intérieurs contenant Zn servent d'anode consommable, contraignant la corrosion à attaquer la surface interne de l'échangeur de chaleur de manière latérale au lieu de pénétrer dans la couche par des piqûres localisées ou une corrosion inter-granulaire. Comme on le comprendra, les désignations d'alliages et les désignations de trempes, sauf indications contraires, concernent les désignations de l'Aluminum Association figurant dans les Aluminum Standards and Data et dans les Registration Records, le tout publié par l'US Aluminum Association. Sauf indications contraires, tous les pourcentages sont des pourcentages de poids. La tôle à brasage décrite dans EP-1 351 795 a un revêtement intérieur avec 1,3 à 1,5 % en poids de Zn et, entre autres, le reste étant constitué d'aluminium et d'impuretés inévitables. Selon une forme de réalisation préférée, l'alliage 3xxx de la couche centrale contient de préférence Selon une forme de réalisation préférée, l'alliage 3xxx de la couche centrale contient de préférence de 0,55 à 0,8 % en poids de Cu. En ajoutant du Cu dans la couche centrale, on accroît le potentiel de corrosion, pour autant que le Cu reste en solution solide. Pour obtenir le potentiel de corrosion relativement élevé requis de la couche centrale, il faut une teneur en Cu d'au moins 0,55 %. Au-dessus de 1 % de Cu, la température de solidus de la couche centrale devient trop proche de la température de brasage, ce qui a tendance à rendre l'alliage impropre au brasage. La limite supérieure pour Cu est de préférence de 0,8 % afin d'éviter une teneur en Cu relativement élevée dans le revêtement intermédiaire par suite d'une diffusion dans le revêtement intermédiaire depuis la couche centrale. Selon une forme de réalisation préférée, l'alliage 3xxx du revêtement intermédiaire contient de préférence Selon une forme de réalisation préférée, l'alliage 3xxx du revêtement intermédiaire contient de préférence En outre, l'invention comprend également un ensemble brasé comportant un ou plusieurs tubes constitués de la tôle multicouche à brasage. EXEMPLES Exemple 1 On a fabriqué la tôle à brasage à quatre couches suivante : Revêtement de brasure : 10 % de l'épaisseur Norme 4343 (avec 0,25 % de Fe et 0,015 % de Cu) Couche centrale : 70 % de l'épaisseur Composition chimique nominale : Si: 0,15 % Fe : 0,35 % Cu : 0,65 % Mn : 0,95 % Mg : 0,01 % Cr : 0,03 % Zn:0,02% Ti : 0,09 % Zr : 0,03 % Revêtement intermédiaire : 15 % de l'épaisseur 35 Composition chimique nominale : multicouche à brasage : 0,5 ù 15 % placage externe couche centrale 60 ù 85 % revêtement intermédiaire 0,5 ù 30 % placage sur la face interne 0,5 ù 15 % Si:0,15% Fe : 0,25 % Cu : 0,02 % Mn : 0,90 % Mg : 0,01 % Zn:1,2% Ti : 0,03 % Placage de brasure : 5 % de l'épaisseur Norme 4343 (avec 0,25 % de Fe et 0,015 % de Cu) Les différentes couches ont été combinées par colaminage, de la même manière que pour produire de la brasure classique à trois couches. L'ensemble a été réduit par laminage à une épaisseur finale de 0,260 mm. Ensuite, une simulation de brasage a été réalisée sur la matière : montée en température à raison de 25 C/min jusqu'à 600 C, maintien pendant 6 minutes et refroidissement à raison de 25 C/min. L'échantillon était suspendu, aussi les couches de placage de brasure en fusion sont-elles descendues jusqu'en bas de l'échantillon, en ne laissant à la surface de l'échantillon qu'une mince couche de placage résiduel. Le profil du potentiel de corrosion a été mesuré jusqu'à une profondeur de 0,08 mm. Le résultat est présenté sur la Fig. 1. On peut conclure que, pour cet échantillon, la différence de potentiel de corrosion entre la couche centrale et le revêtement intermédiaire est d'environ 42 mV, et d'environ 50 mV entre la couche centrale et la surface. Ces différences de potentiel de corrosion sont mises en évidence sur la Fig. 2. Exemple 2 Trois matériaux de tôles à brasage à quatre couches ont été fabriqués. La composition chimique des alliages utilisés pour ces matériaux était la même, sauf en ce qui concerne la teneur en Zn du revêtement intermédiaire. La proportion nominale de Zn dans le revêtement intermédiaire était respectivement de 1,2 %, 2,5 % et 4,5%. Les trois matériaux comportent un placage de brasage en AA4343 (avec 0,25 % de Fe et 0,015 % de Cu) représentant 10 % de l'épaisseur, sur une première face de la couche centrale. Sur l'autre face se trouve un revêtement intermédiaire, représentant 7 15 % de l'épaisseur suivi d'un placage de brasure AA4343 (avec 0,25 % de Fe et 0,015 % de Cu) représentant 5 % de l'épaisseur. Les différentes couches ont été combinées par colaminage, de la même manière que pour fabriquer un matériau à brasage classique à trois couches. Ces trois matériaux ont été réduits par laminage à une épaisseur finale de 0,260 mm. Ensuite, les matériaux ont subi une simulation de brasage : montée en température à raison de 25 C/min jusqu'à 600 C, maintien pendant 6 minutes et refroidissement à raison de 25 C/min. Les échantillons étaient suspendus, aussi les couches de placage de brasure en fusion ont-elles coulé jusqu'en bas de l'échantillon en ne laissant à la surface de l'échantillon qu'une mince couche de placage résiduel. 1) Matériau à teneur nominale en Zn de 1,2 % dans le revêtement intermédiaire Cf. Exemple 1. 2) Matériau à teneur nominale en Zn de 2,5 % dans le revêtement intermédiaire Couche centrale : 70 % de l'épaisseur La composition chimique réelle de ce matériau est identique à celle du matériau avec 1,2 % de Zn dans le revêtement intermédiaire, car on a utilisé un matériau issu de la même coulée : Si: 0,7% Fe : 0,30 % Cu : 0,65 % Mn : 0,88 % Mg : 0,006 % Cr : 0,03 % Zn: 0,01 % Ti : 0,095 % Zr : 0,03 % Revêtement intermédiaire : 15 % de l'épaisseur Composition chimique réelle : û Si:0,04% û Fe:0,14% Cu : 0,00 % Mn:0,8% Mg : 0,00 % Zn : 2,61 % Ti : 0,03 % Le profil de potentiel de corrosion a été mesuré jusqu'à une profondeur de 0,08 mm (80 m). Le résultat est présenté sur la Fig. 2. On peut conclure que, pour cet exemple, la différence de potentiel de corrosion entre la couche centrale et le revêtement intermédiaire est d'environ 60 mV, et, entre la couche centrale et la surface, d'environ 70 mV. 3) Matériau à teneur nominale en Zn de 4,5 % dans le revêtement intermédiaire Couche centrale : 70 % de l'épaisseur Composition chimique réelle ù Si: 0,10% ù Fe : 0,28 % ù Cu : 0,62 % ùMn:0,89% ù Mg : 0,006 % ù Cr : 0,03 % ù Zn:0,01% ù Ti : 0,098 % ù Zr : 0,02 % Revêtement intermédiaire : 15 % de l'épaisseur Composition chimique réelle : ù Si : 0,04 % ùFe:0,18% ù Cu : 0,00 % ù Mn:0,85% ù Mg : 0,01 % ù Zn : 4,43 % ù Ti : 0,03 % 9 Le profil de potentiel de corrosion a été mesuré jusqu'à une profondeur de 0,08 mm (80 m). Le résultat est également présenté sur la Fig. 2. On peut conclure pour cet exemple que la différence de potentiel de corrosion entre la couche centrale et le revêtement intermédiaire est d'environ 115 mV et, entre la couche centrale et la surface, d'environ 145 mV. Les résultats de la Fig. 2 illustrent l'effet d'une augmentation de la teneur en Zn du revêtement intermédiaire. Exemple 3 Un autre matériau de tôle à brasage à quatre couches a été fabriqué avec une teneur nominale en Zn de 4,5 % dans le revêtement intermédiaire. La composition chimique de la couche centrale et du revêtement intermédiaire utilisé pour ce nouveau matériau est identique à celle utilisée dans l'exemple 2 (3ème matériau), puisqu'on a utilisé des matériaux issus des mêmes coulées. La différence par rapport au matériau de l'exemple 2 réside dans l'épaisseur de la couche intermédiaire, qui représente 20 % de l'épaisseur pour le matériau considéré. Le matériau a un revêtement de brasure AA4343 (avec 0,25 % de Fe et 0,015 % de Cu) représentant 10 % de l'épaisseur, sur une première face de la couche centrale. Sur l'autre face de la couche centrale se trouve un revêtement intermédiaire représentant 20 % de l'épaisseur, suivi d'un placage de brasure AA4343 (avec 0,25 % de Fe et 0,015 % de Cu) représentant 5 % de l'épaisseur. Les différentes couches ont été combinées par colaminage, de la même manière que pour fabriquer un matériau à brasage classique à trois couches. Le matériau a été réduit par laminage à une épaisseur finale de 0,260 mm, montée en température à raison de 25 C/min jusqu'à 600 C, maintien en température pendant 6 minutes et refroidissement à raison de 25 C/min. L'échantillon a été suspendu, aussi les couches de placage de brasure en fusion ont-elles coulé jusqu'en bas de l'échantillon en ne laissant à la surface de l'échantillon qu'une mince couche de placage résiduel. Le profil de potentiel de corrosion a été mesuré jusqu'à une profondeur de 0,08 mm (80 m). Le résultat est présenté sur la Fig. 3. On peut conclure pour cet exemple que la différence de potentiel de corrosion entre la couche centrale et le revêtement intermédiaire est d'environ 190 mV et, entre la couche centrale et la surface, d'environ 225 mV. Les résultats de la Fig. 4 illustrent l'effet d'une augmentation de l'épaisseur de la couche intermédiaire. Les résultats présentés dans les différents exemples peuvent être résumés dans le tableau ci-dessous : 0/0 Epaisseur du Différence de potentiel de Différence de potentiel de Zn dans le revêtement corrosion entre la couche de corrosion entre la revêtement intermédiaire (pm) centrale et le revêtement couche centrale et la intermédiaire intermédiaire (mV) surface (mV) 1,2 39 42 50 2,5 39 60 70 4,5 39 115 145 4,5 52 190 225 5 10 20 25 30 REVENDICATIONS 1. Tôle multicouche à brasage, caractérisé en ce qu'elle comprend : une couche centrale d'alliage 3xxx un placage interne de brasure en alliage 4xxx, et entre la couche centrale et le placage interne de brasure, un revêtement intermédiaire d'alliage 3xxx, lxxx ou 7xxx, l'alliage 3xxx de la couche centrale contenant : 0,55 à 1,0 % en poids de Cu 0,65 à 1,8 % en poids de Mn 2. Tôle à brasage selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'alliage 3xxx du revêtement intermédiaire contient : 3. Tôle à brasage selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que l'alliage 3xxx de la couche centrale contient de préférence : ù 4. Tôle à brasage selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que l'alliage 3xxx de la couche centrale contient de préférence ù 0,55 % à 0,8 % en poids de Cu 5. Tôle à brasage selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que l'alliage 3xxx de la couche centrale contient de préférence ù 0,65 à 1,5 % en poids de Mn et, de préférence encore, 0,65 à 1,2 % en poids de Mn 6. Tôle à brasage selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que l'alliage 3xxx de la couche centrale contient de préférence ù 7. Tôle à brasage selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que l'alliage 3xxx de la couche centrale contient de préférence ù 8. Tôle à brasage selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, 15 caractérisée en ce que l'alliage 3xxx du revêtement intermédiaire contient de préférence - 9. Tôle à brasage selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, 20 caractérisée en ce que l'alliage 3xxx du revêtement intermédiaire contient de préférence ù 10. Tôle à brasage selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que l'alliage 3xxx du revêtement intermédiaire contient de 25 préférence ù 11. Tôle à brasage selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que l'alliage 3xxx du revêtement intermédiaire contient de préférence 30 ù 0,5 % à l,0 % en poids de Mn 12. Tôle à brasage selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisée en ce que l'alliage 3xxx du revêtement intermédiaire contient de préférence - 13. Tôle à brasage selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisée en ce que l'alliage 3xxx du revêtement intermédiaire contient de préférence : 0,5 % à 3,0 % en poids de Zn 14. Tôle à brasage selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que le revêtement intermédiaire est en alliage l xxx à teneur en Zn de préférence de 0,1 à 2,0 % en poids. 15. Tôle à brasage selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisée en ce que la tôle à brasage comporte en outre un placage externe de brasure. 16. Tôle à brasage selon la revendication 15, caractérisée en ce qu'un autre revêtement intermédiaire est disposé entre la couche centrale et le placage externe en brasure. 17. Tôle à brasage selon la revendication 15 ou 16, caractérisée en ce que le placage interne et/ou externe en brasure est constitué d'un alliage 4xxx avec Si 18. Tôle à brasage selon l'une quelconque des revendications 1 à 17, caractérisée en ce que l'alliage des couches successives de la tôle à brasage par rapport à l'épaisseur totale de la tôle multicouche à brasage ont le pourcentage d'épaisseur suivant : placage externe 5 à 15 % couche centrale 60 à 85 % revêtement intermédiaire 5 à 30 % placage sur la face interne 5 à 15 % 19. Ensemble brasé comprenant un ou plusieurs tubes constitués du matériau de tôle multicouche à brasage selon l'une quelconque des revendications 1 à 17 .