Brevet FR3048907A1 — publié le 20170922

COMPOSITION DE BRASURE SANS PLOMB AYANT UNE DUCTILITE ELEVEE Domaine technique La présente invention concerne une composition de 5 brasure sans plomb, et en particulier une composition de brasure sans plomb ayant une ductilité élevée. Arrière-plan technique Les lunettes arrière d'automobiles comprennent typiquement des dispositifs électriques, tels que des 10 dégivreurs, situés sur le verre. Afin de fournir des connexions électriques aux dispositifs électriques, une petite zone de revêtement métallique est généralement appliquée sur le verre pour que soit obtenue une surface métallique qui est configurée pour être connectée 15 électriquement au dispositif électrique, et ensuite un connecteur électrique du dispositif électrique peut être soudé sur la surface métallisée. Dans la technique antérieure, le connecteur électrique est soudé sur la surface métallisée sur le 20 verre avec une brasure contenant du plomb (Pb). Toutefois, à cause de la pollution environnementale due au plomb, l'utilisation de plomb est de plus en plus limitée, et donc on commence à utiliser une brasure sans plomb dans les applications de soudure. Par exemple, une 25 brasure sans plomb courante contenant une forte teneur en étain (Sn), telle que supérieure à 80 %, est employée dans certaines industries. Toutefois, le verre est fragile, et donc la brasure sans plomb courante ayant une forte teneur en étain tend 30 à provoquer une fissuration du verre pendant le soudage du dispositif électrique sur le verre. De plus, le 3048907 2 soudage de deux matériaux (tels que le verre et le cuivre) ayant des coefficients de dilatation thermique (CTE) qui diffèrent de façon sensible impose une contrainte sur la brasure soit durant le refroidissement du joint de soudure soit durant des excursions de température subséquentes. Par conséquent, d'une part, la composition de brasure convenant pour souder le dispositif électrique sur le verre doit avoir un point de fusion (c'est-à-dire une température de liquidus) suffisamment faible pour ne pas provoquer de fissuration du verre d'automobile durant le procédé de soudage, parce qu'un point de fusion plus élevé et donc une température de traitement plus élevée augmentent les effets indésirables d'un défaut d'appariement des CTE, en imposant une plus grande contrainte sur la brasure durant le refroidissement. En résultat, la brasure doit en outre avoir une bonne ductilité. D'autre part, le point de fusion de la composition de brasure doit être suffisamment élevé pour que la brasure ne fonde pas durant une utilisation normale de l'automobile, par exemple lorsque la voiture est au soleil avec les vitres fermées ou dans des conditions environnementales sévères extrêmes. Il a déjà été décrit de façon conventionnelle une composition de brasure sans plomb contenant des pourcentages en poids de 64,35 % à 65,65 % d'indium (In), 29,7 % à 30,3 % d'étain (Sn), 4,05 % à 4,95 % d'argent (Ag) et 0,25 % à 0,75 % de cuivre (Cu) (appelée ci-après "la brasure à l'indium 65"). Toutefois, les brasures qui contiennent de l'indium ont des points de fusion bien inférieurs à ceux d'autres 3048907 3 brasures. La brasure à l'indium 65, par exemple, a une température de solidus de 109°C, comparée à 160°C pour la brasure au plomb, et une température de liquidus de 127°C, comparée à 224°C pour la brasure au plomb. En 5 général, une teneur en indium plus élevée dans la brasure engendre une température de solidus plus faible de la brasure. Certains fabricants de véhicules souhaitent que le joint de soudure soit capable de survivre à des températures élevées, et par conséquent la brasure 10 contenant de l'indium devrait avoir une température de solidus non inférieure à 120°C et avoir une bonne ductilité dans la plage de température allant de -40°C à 120°C, sans aucune détérioration des performances. En outre, dans le soudage d'une pluralité de 15 connecteurs électriques agencés serrés, la soudure d'un connecteur électrique va affecter le connecteur électrique soudé adjacent, et donc la brasure doit avoir une stabilité et une ductilité élevée, car sinon une refusion et une fissuration du connecteur électrique 20 adjacent vont vraisemblablement se produire. Résumé Par conséquent, un objet de l'invention consiste à mettre à disposition une composition de brasure sans 25 plomb, comprenant : 0,02 %à 6 % en poids d'antimoine, 0,03 % à 3 % en poids de cuivre, 0,03 % à 8 % en poids de bismuth, 55 % à 75 % en poids d'indium, 0,3 % à 8 % en poids d'argent, 5 % à 11 % en poids de magnésium, 0,2 % à 1,55 % en poids de scandium, 0,2 % à 2,0 % en poids 30 d'osmium, et 10 % à 45 % en poids d'étain. De préférence, la composition de brasure sans plomb 3048907 4 peut contenir 1,2 % à 1,4 % en poids de scandium. De préférence, la composition de brasure sans plomb peut contenir 1,0 % à 1,1 % en poids d'osmium. La composition de brasure sans plomb peut avoir une 5 température de solidus située dans la plage allant de 120°C à 135°C. En outre, la composition de brasure peut avoir une température de liquidus située dans la plage allant de 130°C à 145°C. 10 De préférence, la composition de brasure sans plomb peut contenir 3 % à 4 % en poids d'antimoine. De préférence, la composition de brasure sans plomb peut contenir 4 % à 5 % en poids de bismuth. La composition de brasure sans plomb de l'invention 15 a une température de solidus non inférieure à 120°C, a une bonne ductilité et une bonne stabilité, et donc convient pour la soudure de connecteurs électriques sur la surface métallisée sur le verre. 20 Description détaillée du mode de réalisation préféré La présente description va être davantage illustrée en détail ci-dessous conjointement avec certains modes de réalisation. On peut comprendre que des modes de réalisation spécifiques décrits ici ont un but uniquement 25 d'explication de la présente description plutôt que de limitation de la présente description. La présente description met à disposition une composition de brasure sans plomb qui convient pour le soudage d'éléments électriques sur du verre. De manière 30 illustrative, une telle brasure est requise pour la fabrication d'une lunette arrière d'une voiture qui 3048907 5 comprend un dégivreur de vitre constitué de lignes de dégivrage électriquement résistives encastrées à l'intérieur ou déposées sur la surface intérieure de la lunette arrière. Les lignes de dégivrage sont 5 électriquement connectées à une paire de bandes de contact électrique (c'est-à-dire des surfaces de contact électrique, également appelées barres de distribution) situées sur la surface intérieure de la lunette arrière. Les bandes de contact électrique peuvent être constituées 10 d'un revêtement conducteur déposé sur la surface intérieure de la lunette arrière. Typiquement, les bandes de contact électrique sont formées à partir d'un matériau contenant de l'argent. Pour surmonter le problème de la technique 15 antérieure, un mode de réalisation de l'invention met à disposition une composition de brasure sans plomb contenant : 0,02 % à 6 % en poids d'antimoine, 0,03 % à 3 % en poids de cuivre, 0,03 % à 8 % en poids de bismuth, 55 % à 75 % en poids d'indium, 0,3 % à 8 % en poids 20 d'argent, 5 % à 11 % en poids de magnésium, 0,2 % à 1,55 % en poids de scandium, 0,2 % à 2,0 % en poids d'osmium, et 10 % à 45 % en poids d'étain. Dans le mode de réalisation, la composition de brasure sans plomb contient du scandium et de l'osmium, 25 parmi lesquels le scandium a pour effet de réduire la granulométrie et pour caractéristique d'augmenter la température de recristallisation, et peut donc amplifier la ductilité et la stabilité de la brasure, cependant que l'osmium est caractérisé par un point de fusion élevé, 30 une résistance élevée et un fort effet anticorrosion, peut amplifier la résistance mécanique, la résistance aux 3048907 6 températures élevée et l'effet anticorrosion de la brasure, peut éviter la fissuration du joint de soudure, et augmente la température de solidus de la composition de brasure de façon qu'elle soit située dans la plage 5 allant de 120°C à 135°C et la température de liquidus de la composition de brasure de façon qu'elle soit située dans la plage allant de 130°C à 145°C. Dans certains modes de réalisation, la composition de brasure sans plomb peut contenir 1,2 % à 1,4 % en 10 poids, mieux encore 1,3 % en poids de scandium. Dans certains modes de réalisation, la composition de brasure sans plomb peut contenir 1,0 % à 1,1 % en poids, mieux encore 1,05 % en poids d'osmium. Dans certains modes de réalisation, la composition 15 de brasure sans plomb peut contenir 3 % à 4 % en poids d'antimoine et 4 % à 5 % en poids de bismuth. Dans certains modes de réalisation, la composition de brasure sans plomb peut contenir 6 % à 10 % en poids, de préférence 7 % à 9 % en poids, mieux encore 8 % en 20 poids de magnésium. Dans certains autres modes de réalisation, la composition de brasure sans plomb peut contenir 8 % à 9 % en poids de magnésium. Comme mentionné ci-dessus, la composition de brasure sans plomb de l'invention a une température de solidus 25 située dans la plage allant de 120°C à 135°C et une température de liquidus située dans la plage allant de 130°C à 145°C. La température de solidus est définie en pratique comme étant la température à laquelle un alliage commence à fondre. A une température inférieure à la 30 température de solidus, la substance est complètement solide, sans phase fondue. La température de liquidus est 3048907 7 la température maximale à laquelle des cristaux (métal ou alliage non fondu) peuvent coexister avec la masse fondue. Au-delà de la température de liquidus, le matériau est homogène, en étant constitué d'une masse 5 fondue uniquement. La température de traitement de soudage est supérieure à la température de liquidus d'un nombre de degrés qui est déterminé par la technique de soudage. La composition de brasure de l'invention est exempte 10 de plomb, et a une température de travail supérieure à celle d'une autre brasure du même type, qui est typiquement d'environ 105°C. Egalement, la composition de brasure de l'invention a une ductilité et une stabilité bien meilleure que celles d'une composition de brasure 15 sans plomb existante dans la technique antérieure. La combinaison de bismuth et de cuivre avec d'autres éléments améliore la performance globale de la composition de brasure, y compris une augmentation prévue de la température de travail de la brasure et une 20 amplification de la performance mécanique de la brasure dans des conditions spécifiques. Dans certains modes de réalisation, la composition de brasure sans plomb peut avoir une température de solidus située dans la plage allant de 120°C à 135°C. 25 En outre, dans certains modes de réalisation, la composition de brasure peut avoir une température de liquidus située dans la plage allant de 130°C à 145°C. Dans certains modes de réalisation, la composition de brasure sans plomb peut contenir 3 % à 4 % en poids 30 d'antimoine. Dans certains modes de réalisation, la composition 3048907 8 de brasure sans plomb peut contenir 4 % à 5 % en poids de bismuth. La composition de brasure sans plomb de l'invention a une température de solidus non inférieure à 120°C, a 5 une bonne ductilité et une bonne stabilité, et donc convient pour le soudage de connecteurs électriques sur la surface métallisée sur le verre. On va maintenant décrire ci-dessous la performance anti-fissuration du joint de soudure formé par la 10 composition de brasure sans plomb de l'invention, en effectuant une comparaison entre les modes de réalisation de l'invention et certains exemples comparatifs, comme le montre le Tableau 1 ci-dessous. 15 Tableau 1 Mode de Mode de Mode de Mode de Mode de Exemple Exemple réalisation réalisation réalisation réalisation réalisation comparatif comparatif 1 2 3 4 5 1 2 Teneur antimoine 1 2,3 4 4,3 5 4 5 (% en poids) cuivre 0,1 0,5 1 1,4 2 1 2 bismuth 0,5 1,5 3 5 7 3 5 indium 55 60 65 70 75 50 60 argent 0,5 1,5 2,5 4 6 2,5 4 magnésium 5 7 8 9 10 8 9 scandium 0,2 0,6 1,1 1,4 1,55 0,05 1,8 osmium 0,2 0,9 1,6 1,8 2,0 0,05 2,9 étain 10 20 25 30 40 30 40 Fissuration '\/ '\/ '\/ '\/ '\/ x x Ductilité Bonne Bonne Bonne Bonne Bonne Médiocre Médiocre Note: : il ne se produit pas de fissuration des joints de soudure adjacents durant la soudure 3048907 9 x : il se produit une fissuration des joints de soudure adjacents durant la soudure Comme on peut le voir d'après le tableau ci-dessus, quand le scandium est présent en une quantité située dans 5 la plage allant de 0,2 % à 1,55 % en poids de la composition de brasure, la fissuration du joint de soudure formé par la composition de brasure sans plomb de l'invention peut être évitée dans les traitements subséquents. Toutefois, quand le scandium est présent en 10 une quantité inférieure à 0,2 % en poids ou supérieure à 1,55 % en poids dans la composition de brasure, la performance anti-fissuration de la brasure est dégradée. De plus, quand l'osmium est présent en une quantité située dans la plage allant de 0,2 %à 2,0 % en poids 15 dans la composition de brasure, le joint de soudure formé par la composition de brasure sans plomb de l'invention a une bonne ductilité. Toutefois, quand l'osmium est présent en une quantité inférieure à 0,2 % en poids ou supérieure à 2,0 % en poids dans la composition de 20 brasure, la performance de ductilité de la brasure est dégradée. Test de stockage à température élevée On teste la performance de ductilité de la brasure 25 sans plomb des modes de réalisation de l'invention au moyen d'un test de stockage à température élevée. Dans ce test, on maintient constante à 120°C la température d'une chambre thermostatée, on place dans la chambre thermostatée un connecteur électrique et une surface 30 métallisée sur laquelle le connecteur électrique a été soudé au moyen de la brasure de l'invention, et on 3048907 10 suspend un poids de 6 Newtons au connecteur électrique pendant 24 heures. A la fin des 24 heures, on tire le connecteur électrique (à la température ambiante) avec une force de 50 N au moyen d'un dynamomètre numérique 5 pendant 3 secondes, et aucune déconnexion par fissuration du connecteur électrique ne se produit durant ce test. On note que les modes de réalisation préférables et les principes technologiques appliqués de la présente description sont simplement tels que décrits ci-dessus. 10 L'homme du métier comprendra que la présente description n'est pas limitée aux modes de réalisation particuliers décrits ici. Divers changements apparents, réajustements et variantes peuvent être effectués par l'homme du métier sans s'écarter de la portée de protection de la présente 15 description. Par conséquent, bien que la présente description soit illustrée en détail par l'intermédiaire des modes de réalisation ci-dessus, la présente description n'est pas purement limitée aux modes de réalisation ci-dessus, et peut en outre comprendre 20 plusieurs autres modes de réalisation équivalents sans s'écarter de la conception de la présente description. La portée de la présente description est soumise aux revendications annexées. REVENDICATIONS1. Composition de brasure sans plomb comprenant : 0,02 % à 6 % en poids d'antimoine, 0,03 % à 3 % en poids de cuivre, 0,03 % à 8 % en poids de bismuth, 55 % à 75 % en poids d'indium, 0,3 %à 8 % en poids d'argent, 5 % à 11 % en poids de magnésium, 0,2 %à 1,55 % en poids de scandium, 0,2 % à 2,0 % en poids d'osmium, et 10 % à 45 % en poids d'étain. 2. Composition de brasure sans plomb selon la 15 revendication 1, comprenant 1,2 %à 1,4 % en poids de scandium. 3. Composition de brasure sans plomb selon la revendication 1, comprenant 1,0 % à 1,1 % en poids 20 d'osmium. 4. Composition de brasure sans plomb selon la revendication 1, laquelle composition de brasure sans plomb a une température de solidus située dans la plage 25 allant de 120°C à 135°C. 5. Composition de brasure sans plomb selon la revendication 3, laquelle composition de brasure sans plomb a une température de liquidus située dans la plage 30 allant de 130°C à 145°C.