Brevet FR3009985A1 — publié le 20150306

Dépôt de brasure par pulvérisation cathodique ou par dépôt en phase chimique La présente invention concerne le dépôt de brasure sur des composants d'échangeurs de chaleur à plaques brasées lors de la fabrication de ces derniers. Habituellement, le dépôt de brasure sur des composants d'échangeurs de chaleur à plaques brasées en aluminium se fait par plaquage. Ce plaquage de brasure n'est pas utilisé pour des composants d'échangeurs de chaleur à plaques brasées en acier ou en superalliage. En effet, la brasure à base de nickel employée dans ce contexte, en raison de sa faible ductilité, ne peut être déposée par plaquage. De ce fait, on est amené à utiliser des poudres de brasure à base de nickel. A ces poudres est ajouté un liant organique pour obtenir ainsi une sorte de peinture qui est appliquée sur lesdits composants. Cette solution connue ne permet pas de déposer des couches minces de brasure, à savoir des couches d'une épaisseur sensiblement constante inférieure ou égale à 10 lm, alors qu'une telle épaisseur serait suffisante pour assurer la liaison entre les composants à unir. L'épaisseur inutile de brasure entraine un affaissement de l'échangeur de chaleur lors du brasage. Il faut donc un outil capable de prendre en compte cet affaissement. Cet outil est traditionnellement un ressort. Or, les ressorts utilisés ne sont pas bien adaptés aux températures de brasage élevées nécessaires à la fusion de la brasure à base de nickel. Il est également connu de déposer la brasure à base de nickel sous forme de feuillards. Cette solution n'est pas satisfaisante car la largueur des feuillards est limitée et ne permet pas de couvrir à partir d'un seul feuillard de brasure la totalité de la surface des composants. Il en résulte un chevauchement possible des feuillards de brasure et l'apparition de surépaisseurs avec, dans certain cas, un effet néfaste sur la qualité de l'assemblage de l'échangeur de chaleur. Un but de l'invention est donc de proposer un procédé amélioré de dépôt de brasure sur des composants d'échangeur de chaleur à plaques brasées. Selon l'invention, ce but est atteint en ce que le dépôt de brasure est réalisé par pulvérisation cathodique (PVD) ou par dépôt en phase chimique (CVD). La pulvérisation cathodique et le dépôt en phase chimique permettent le dépôt de couches minces sur les composants de l'échangeur de chaleur. Ainsi, il n'y a plus d'affaissement de l'échangeur de chaleur lors du brasage. Selon des modes de réalisation préférés, le procédé selon l'invention présente l'une, plusieurs ou toutes les caractéristiques suivantes, dans toutes les combinaisons techniquement possibles : - ledit composant est une tôle de séparation de circuits fluidiques; - ledit composant est une plaque à circuit fluidique gravé; - le circuit fluidique est gravé dans la plaque après dépôt de la couche mince; - le composant est constitué d'acier inoxydable, d'acier duplex, d'acier au carbone ou d'un superalliage; - la brasure est à base de nickel; - la cible de brasure utilisée lors de la pulvérisation cathodique est réalisée par frittage de poudre ou de feuillards. L'invention propose également un procédé de fabrication d'une matrice d'échangeur de chaleur à plaques brasées, le procédé comprenant les étapes consistant à : a) prévoir des composants d'échangeur de chaleur à plaques brasées, à savoir des ondes de transport de fluide, des barres d'encadrement des ondes, et des tôles de séparation de circuits fluidiques; b) déposer de la brasure sur les tôles de séparation selon le procédé indiqué ci-dessus; c) laisser les ondes et les barres libres de brasure ; d) empiler lesdits composants pour ainsi former la matrice; et e) braser la matrice dans un four. De préférence, ce procédé présente l'une ou l'autre des caractéristiques suivantes : - lors de l'étape b), la brasure est déposée sur les deux faces des tôles de séparation; - on prévoit au moins un composant supplémentaire d'échangeur de chaleur à plaques brasées, à savoir une plaque à circuit fluidique gravé , ce circuit gravé étant destiné à être fermé par une face de fermeture d'un élément de fermeture constitué par une tôle de séparation ou une autre plaque gravée et la brasure est déposée sur la face gravée de la plaque gravée et uniquement sur la face dudit élément de fermeture opposée à ladite face de fermeture selon le procédé indiqué ci-dessus. L'invention couvre en outre un procédé de fabrication d'une matrice d'échangeur de chaleur à plaques brasées, le procédé comprenant les étapes consistant à: a) prévoir des plaques à circuit fluidique gravé; b) déposer de la brasure sur la seule face gravée des plaques gravées selon le procédé indiqué ci-dessus; c) empiler lesdites plaques gravées pour ainsi former la matrice; et d) braser la matrice dans un four. L'invention consiste, mises à part les dispositions exposées ci-dessus, en un certain nombre d'autres dispositions dont il sera plus explicitement question ci-après à propos d'exemples de réalisation décrit avec référence aux dessins annexés, mais qui ne sont nullement limitatifs. Sur ces dessins : Figure 1 est une représentation en perspective et en vue éclatée d'une matrice d'échangeur de chaleur en cours d'empilage. Cette matrice est dite « mixte » car elle est composée, en alternance, de couches à ondes, tôle de séparation et barres, et de couches à plaque gravée, selon un exemple de réalisation de l'invention ; Figure 2 est une représentation agrandie de la zone délimitée par le cercle 9 sur la Fig. 1 ; et Figure 3 est une représentation agrandie d'une zone similaire à celle délimitée par le cercle 9 sur la Fig. 2 mais prise au sein de la matrice de sorte à visualiser les ondes à la place des barres. On peut voir représentée en Fig. 1 une portion d'une matrice 2 d'échangeur de chaleur, selon un exemple de réalisation de l'invention, en cours d'assemblage avant le brasage. De manière connue en soi, une fois assemblée, la matrice 2 est brasée dans un four, puis des têtes de distribution de fluide sont rapportées sur la matrice brasée afin de constituer l'échangeur de chaleur. Cette matrice 2 est composée d'un empilement mixte de tôles de séparation de circuits fluidiques 4, d'ondes de transport de fluide 7 et de barres d'encadrement des ondes 8, ainsi que de plaques gravées 10. Les plaques gravées 10 présentent des circuits fluidiques sous forme de gorges 11 de circulation de fluide. On notera que l'invention s'applique également à d'autres types de matrices d'échangeur de chaleur. Sur la Fig. 2, on peut voir représenté un agrandissement de la zone délimitée par le cercle 9 sur la Fig. 1. A partir du bas de la figure 2, on y voit une portion d'une barre inférieure 8 suivie d'une portion d'une plaque gravée inférieure 10 avec une face inférieure 12 et une face gravée 14, puis une portion de tôle de séparation 4 avec une face inférieure 16 en contact avec la plaque gravée inférieure 10 et une face supérieure 18, puis une portion d'une barre supérieure 8 et enfin une portion d'une plaque gravée supérieure 10 avec une face inférieure 12. Les plaques gravées 10 comprennent sur leur face gravée 14 un dépôt de brasure 6c et sur leur face inférieure 12 un dépôt de brasure 6d. La tôle de séparation 4 comprend un dépôt de brasure 6b uniquement sur sa face supérieure 18. En d'autres termes, la face inférieure 16 de la tôle de séparation 4 ne comprend aucun dépôt de brasure. Les barres 8 sont dépourvues de couche de brasure. Sur la Fig. 3, on peut voir représenté un agrandissement d'une zone similaire à celle représentée en Fig. 2, mais prise au sein de la matrice 2 de sorte à visualiser les ondes 7 à la place des barres 8. Les couches de brasure 6b, 6c, 6d se situent aux mêmes endroits que dans la figure 2. De même façon que pour les barres 8, les ondes 7 ne comprennent pas de dépôt de brasure. Selon l'invention, les couches de brasure 6b, 6c et 6d sont déposées par pulvérisation cathodique. Les dépôts de brasure 6c et 6d sur les plaques gravées 10 peuvent être réalisés avant ou après la gravure des plaques gravées 10. De préférence, la brasure 6b, 6c, 6d déposée est un alliage à base de nickel comprenant du chrome, du silicium, et éventuellement du bore, du fer et/ou du molybdène. Les teneurs des différents éléments sont de préférence les suivantes : de 6,5 à 10 % en poids de silicium ; de 7 à 19 % en poids de chrome ; de 0 à 4 % en poids de bore ; de 0 à 5 (3/0 en poids de fer ; de 0 à 5% en poids de molybdène, le reste étant du nickel. Les composants 4 et 10 sur lesquels on réalise le dépôt de brasure sont de préférence constitués : soit d'acier inoxydable comme par exemple le AISI 304 et le AISI 316 ; soit d'acier duplex comme par exemple le duplex 2205 (UNS S31803) ; soit d'un superalliage à base de nickel ou de cobalt comme les Inconel(s), les Hasteloy(s) ou encore les Incoloy(s) ; soit d'acier au carbone. De préférence, les composants 4 et 10 sont dégraissés, décapés mécaniquement, puis de nouveau dégraissés à l'aide d'un solvant organique avant d'être revêtus de brasure par pulvérisation cathodique. En outre, les cibles de brasure utilisées lors de la pulvérisation cathodique peuvent être réalisées par frittage à partir de poudre ou de feuillards de brasure amorphe. On notera que l'absence de dépôt de brasure sur les faces inférieures 16 des tôles de séparation 4 permet d'éviter que de la brasure inutile située au niveau des gorges 11 des plaques gravées 10 ne ruisselle dans les gorges 11 lors du brasage. Dans le cadre de la fabrication d'une matrice dépourvue de plaques gravées, c'est-à-dire constituée uniquement de barres 8, ondes 7 et tôles 4, le dépôt de brasure par pulvérisation cathodique ou par dépôt en phase chimique se fera sur les deux faces des tôles 4, en laissant les barres 8 et ondes 7 libres de brasure. REVENDICATIONS1.- Procédé de dépôt d'une couche mince (6b, 6c, 6d) de brasure sur un composant (4, 10) d'échangeur de chaleur à plaques brasées, caractérisé en ce que le dépôt est effectué par pulvérisation cathodique ou par dépôt en phase chimique. 2.- Procédé selon la revendication 1, dans lequel ledit composant est une tôle de séparation (4) de circuits fluidiques. 3.- Procédé selon la revendication 1, dans lequel ledit composant est une plaque (10) à circuit fluidique gravé (11). 4.- Procédé selon la revendication 3, dans lequel le circuit fluidique (11) est gravé dans la plaque (10) après dépôt de la couche mince (6b, 6c, 6d). 5.- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le composant (4, 10) est constitué d'acier inoxydable, d'acier duplex, d'acier au carbone ou d'un superalliage. 6.- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la brasure est à base de nickel. 7.- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la cible de brasure utilisée lors de la pulvérisation cathodique est réalisée par frittage de poudre ou de feuillards. 8.- Procédé de fabrication d'une matrice (2) d'échangeur de chaleur à plaques brasées, le procédé comprenant les étapes consistant à : a) prévoir des composants d'échangeur de chaleur à plaques brasées, à savoir des ondes de transport de fluide (7), des barres d'encadrement des ondes (8), et des tôles de séparation de circuits fluidiques (4) ; b) déposer de la brasure sur les tôles de séparation (4) selon le procédé selon l'une quelconque des revendications 1, 2 ou 5 à 7 ; c) laisser les ondes (7) et les barres (8) libres de brasure ; d) empiler lesdits composants pour ainsi former la matrice (2) ; et e) braser la matrice (2) dans un four. 9.- Procédé selon la revendication 8, dans lequel, lors de l'étape b), la brasure est déposée sur les deux faces des tôles de séparation (4). 10.- Procédé selon la revendication 8, dans lequel : - on prévoit au moins un composant supplémentaire d'échangeur de chaleur à plaques brasées, à savoir une plaque (10) à circuit fluidique gravé (11), ce circuit gravé étant destiné à être fermé par une face de fermeture d'un élément de fermeture constitué par une tôle de séparation ou une autre plaque gravée ; et - la brasure (6) est déposée sur la face gravée (14) de la plaque gravée (10) et uniquement sur la face (18) dudit élément de fermeture opposée à ladite face de fermeture selon le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7. 11.- Procédé de fabrication d'une matrice (2) d'échangeur de chaleur à plaques brasées, le procédé comprenant les étapes consistant à : a) prévoir des plaques (10) à circuit fluidique gravé (11) ; b) déposer de la brasure sur la seule face gravée (14) des plaques gravées (10) selon le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 3 à 7 ; c) empiler lesdites plaques gravées pour ainsi former la matrice (2) ; et d) braser la matrice (2) dans un four.