Brevet FR3048908A1 — publié le 20170922

Domaine technique [0001] La présente invention se rapporte à une composition de brasure sans plomb, et particulièrement à une composition de brasure sans plomb à ductilité élevée. Arrière-plan technique [0002] Les lunettes arrière d'automobiles comportent typiquement des dispositifs électriques, tels que des dégivreurs, situés sur le verre. Afin de fournir des connexions électriques aux dispositifs électriques, une petite zone de revêtement métallique est généralement appliquée au verre pour obtenir une surface métallisée qui est configurée pour être électriquement connectée au dispositif électrique, et ensuite un connecteur électrique du dispositif électrique peut être brasé sur la surface métallisée. [0003] Dans l'art antérieur, le connecteur électrique est brasé sur la surface métallisée sur le verre avec une brasure contenant du plomb (Pb). Cependant, en raison de la pollution de l'environnement causée par le plomb, l'utilisation du plomb est de plus en plus limitée, et donc une brasure sans plomb commence à être utilisée dans des applications de brasage. Par exemple, une brasure sans plomb courante contenant une teneur élevée en étain (Sn) telle qu'une teneur supérieure à 80% employée dans certaines industries. [0004] Cependant, le verre est fragile, par conséquent la brasure sans plomb courante à teneur élevée en étain tend à provoquer une fissuration du verre lors du brasage du dispositif électrique sur le verre. De plus, le brasage de deux matériaux (tels que le verre et le cuivre), qui diffèrent essentiellement par le Coefficient de dilatation thermique (CTE), impose une contrainte sur la brasure soit pendant le refroidissement du joint à brasure tendre ou pendant des excursions de température ultérieures. Par conséquent, d'une part, la composition de brasure appropriée pour braser le dispositif électrique sur le verre doit avoir un point de fusion (c'est-à-dire une température de liquidus) qui est suffisamment faible pour ne pas provoquer une fissuration du verre d'automobile pendant le procédé de brasage, car un point de fusion plus élevé et une température de traitement proportionnellement plus élevée augmentent les effets néfastes de l'écart de CTE, imposant une contrainte plus élevée sur la brasure pendant le refroidissement. En conséquence, la brasure doit en outre avoir une bonne ductilité. D'autre part, le point de fusion de la composition de 3048908 2 brasure doit être suffisamment élevé, de sorte que la brasure ne fonde pas pendant l'utilisation normale de l'automobile, par exemple, lorsque la voiture est au soleil avec les lunettes fermées ou dans d'autres conditions environnementales extrêmement difficiles. 5 [0005] Une composition de brasure sans plomb ayant un pourcentage en poids d'indium (In) allant de 64,35% à 65,65%, d'étain (Sn) allant de 29,7% à 30,3%, d'argent (Ag) allant de 4,05% à 4,95% et de cuivre (Cu) allant de 0,25% à 0,75%, (ci-après appelée « Brasure à l'Indium 65 ») est déjà divulguée de manière classique. 10 [0006] Des brasures qui contiennent de l'indium, cependant, présentent normalement des points de fusion beaucoup plus faibles que d'autres brasures. La Brasure à l'Indium 65, par exemple, a une température de solidus de 109°C, par rapport à 160°C de la brasure au plomb, et une température de liquidus de 127°C, par rapport à 224°C de la brasure au plomb. Généralement, une teneur 15 en indium plus élevée dans la brasure provoque une température de solidus plus faible de la brasure. Certains fabricants de véhicules souhaitent que le joint à brasure tendre soit capable de résister à des températures élevées, en conséquence la brasure avec une teneur en indium doit avoir une température de solidus non inférieure à 120°C et avoir une bonne ductilité à une plage de 20 température allant de -40°C à 120°C, sans aucune dégradation de performance. [0007] En outre, lors du brasage d'une pluralité de connecteurs électriques étroitement agencés, le brasage d'un connecteur électrique affectera le connecteur électrique brasé adjacent et, donc, la brasure doit avoir 25 une stabilité et une ductilité élevées, sinon la refusion et la fissuration du connecteur électrique adjacent se produiront probablement. Résumé [0008] En conséquence, un objet de l'invention est de fournir une 30 composition de brasure sans plomb, comportant : 0,02% à 6% en poids d'antimoine, 0,03% à 3% en poids de cuivre, 0,03% à 8% en poids de bismuth, 42% à 70% en poids d'indium, 0,3% à 8% en poids d'argent, 5% à 11% en poids de magnésium, 0,8% à 1,6% en poids de scandium, 0,7% à 2,0% en poids d'yttrium et 10% à 45% en poids d'étain. 35 [0009] De préférence, la composition de brasure sans plomb peut comporter 1,2% à 1,4% en poids de scandium. 3048908 3 [0010] De préférence, la composition de brasure sans plomb peut comporter 1,4% à 1,8% en poids d'yttrium. [0011] La composition de brasure sans plomb peut avoir une température de solidus se trouvant dans une plage allant de 120°C à 135°C. 5 [0012] En outre, la composition de brasure peut avoir une température de liquidus se trouvant dans une plage allant de 130°C à 145°C. [0013] De préférence, la composition de brasure sans plomb peut comporter 3% à 4% en poids d'antimoine. [0014] De préférence, la composition de brasure sans plomb peut 10 comporter 4% à 5% en poids de bismuth. [0015] La composition de brasure sans plomb de l'invention a une température de solidus non inférieure à 120°C, a de bonnes ductilité et stabilité, et est donc appropriée pour braser des connecteurs électriques sur la surface métallisée sur le verre. 15 Description détaillée du Mode de Réalisation Préféré [0016] La présente divulgation sera en outre illustrée en détail ci-dessous conjointement avec certains modes de réalisation. On peut comprendre que des modes de réalisation spécifiques décrits dans le présent 20 document sont simplement pour expliquer la présente divulgation plutôt que pour limiter la présente divulgation. [0017] La présente divulgation porte sur une composition de brasure sans plomb, qui est appropriée pour braser des éléments électriques sur du verre. À titre illustratif, un tel brasage est nécessaire pour fabriquer une lunette 25 arrière d'une voiture, qui comporte un dégivreur de lunette constitué de lignes de dégivrage à résistance électrique incorporées dans la surface interne de la lunette arrière ou déposées sur celle-ci. Les lignes de dégivrage sont électriquement connectées à une paire de bandes de contact électrique (c'est-à-dire, des surfaces de contact électrique, également appelées barres omnibus) 3 0 situées sur la surface interne de la lunette arrière. Les bandes de contact électrique peuvent être constituées d'un revêtement conducteur déposé sur la surface interne de la lunette arrière. Typiquement, les bandes de contact électrique sont formées à partir d'un matériau contenant de l'argent. [0018] Pour surmonter le problème dans l'art antérieur, un mode de 35 réalisation de l'invention porte sur une composition de brasure sans plomb, comportant : 0,02% à 6% en poids d'antimoine, 0,03% à 3% en poids de cuivre, 3048908 4 0,03% à 8% en poids de bismuth, 42% à 70% en poids d'indium, 0,3% à 8% en poids d'argent, 5% à 11% en poids de magnésium, 0,8% à 1,6% en poids de scandium, 0,7% à 2,0% en poids d'yttrium et 10% à 45% en poids d'étain. [0019] Dans le mode de réalisation, la composition de brasure sans 5 plomb comporte du scandium et de l'yttrium, parmi lesquels le scandium a un effet de réduction de la taille de grain et une caractéristique d'élévation de la température de recristallisation et peut améliorer la ductilité et la stabilité de la brasure, tandis que l'yttrium est caractérisé par un point de fusion élevé, une haute résistance et une forte anticorrosion, peut améliorer la résistance, la 10 résistance aux températures élevées et l'anticorrosion de la brasure, peut éviter la fissuration du joint à brasure tendre et augmente la température de solidus de la composition de brasure de manière à se trouver dans une plage allant de 120°C à 135°C et la température de liquidus de la composition de brasure de manière à se trouver dans une plage allant de 130°C à 145°C. 15 [0020] Dans certains modes de réalisation, la composition de brasure sans plomb peut comporter 1,2% à 1,4% en poids, plus préférablement 1,3% en poids, de scandium. [0021] Dans certains modes de réalisation, la composition de brasure sans plomb peut comporter 1,4% à 1,8% en poids, plus préférablement 1,6% 2 0 en poids d'yttrium. [0022] Dans certains modes de réalisation, la composition de brasure sans plomb peut comporter 3% à 4% en poids d'antimoine et 4% à 5% en poids de bismuth. [0023] Dans certains modes de réalisation, la composition de brasure 25 sans plomb peut comporter 6% à 10% en poids, de préférence 7% à 9% en poids, plus préférablement 8% en poids de magnésium. Dans certains autres modes de réalisation, la composition de brasure sans plomb peut comporter 8% à 9% en poids de magnésium. [0024] Comme mentionné ci-dessus, la composition de brasure sans 30 plomb de l'invention a une température de solidus se trouvant dans une plage allant de 120°C à 135°C et une température de liquidus se trouvant dans une plage allant de 130°C à 145°C. La température de solidus est pratiquement définie comme étant la température à laquelle un alliage commence à fondre. En dessous de la température de solidus, la substance est complètement 35 solide, sans phase fondue. La température de liquidus est la température maximale à laquelle des cristaux (métal ou alliage non fondu) peuvent coexister 3048908 5 avec la masse fondue. Au-dessus de la température de liquidus, le matériau est homogène, constitué de masse fondue uniquement. La température de traitement de brasure est supérieure à la température de liquidus, par un nombre de degrés qui est déterminé par la technique de brasage. 5 [0025] La composition de brasure de l'invention est exempte 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. Également, la composition de brasure de l'invention a une ductilité et une stabilité bien meilleures, par rapport à la composition de brasure sans plomb existant dans l'art antérieur. 10 [0026] La combinaison du bismuth et du cuivre avec d'autres éléments améliore la performance globale de la composition de brasure, y compris une augmentation attendue de la température de travail de la brasure et une amélioration de la performance mécanique de la brasure dans des conditions spécifiques. 15 [0027] Dans certains modes de réalisation, la composition de brasure sans plomb peut avoir une température de solidus se trouvant dans une plage allant de 120°C à 135°C. [0028] De plus, dans certains modes de réalisation, la composition de brasure peut avoir une température de liquidus se trouvant dans une plage 20 allant de 130°C à 145°C. [0029] Dans certains modes de réalisation, la composition de brasure sans plomb peut comporter 3% à 4% en poids d'antimoine. [0030] Dans certains modes de réalisation, la composition de brasure sans plomb peut comporter 4% à 5% en poids de bismuth. 25 [0031] La composition de brasure sans plomb de l'invention a une température de solidus non inférieure à 120°C, a de bonnes ductilité et stabilité et est donc appropriée pour braser des connecteurs électriques sur la surface métallisée sur le verre. [0032] Maintenant, la performance anti-fissuration du joint à brasure 30 tendre formé par la composition de brasure sans plomb de l'invention sera décrite ci-dessous par comparaison entre les modes de réalisation de l'invention et certains exemples comparatifs, comme le montre le Tableau 1 ci-dessous. 3048908 6 [0033] Tableau 1 Mode Mode Mode Mode Mode Exemple Exemple de de de de de Comparatif. Comparatif. réalisati réalisati réalisati- réalisati réalisati 1 2 -on 1 -on 2 on 3 -on 4 -on 5 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 42 50 55 60 70 45 60 argent 0,5 1,5 2,5 4 6 2,5 4 magnésium 5 7 8 9 10 8 9 scandium 0,8 0,9 1,2 1,4 1,6 0,5 1,8 yttrium 0,7 0,9 1,6 1,8 2,0 0,5 2,9 étain 10 20 25 30 40 30 40 Fissuration Ni Ni Ni Ni Ni x x Ductilité Bonne Bonne Bonne Bonne Bonne Faible Faible Note : 5 I : la fissuration ne se produit pas aux joints à brasure tendre adjacents pendant le brasage. x : la fissuration se produit aux joints à brasure tendre adjacents pendant le brasage. [0034] Comme le montre le tableau ci-dessus, lorsque le scandium est 10 contenu en une quantité se trouvant dans une plage allant de 0,8% à 1,6% en poids dans la composition de brasure, la fissuration du joint à brasure tendre formé par la composition de brasure sans plomb de l'invention peut être évitée dans les procédés ultérieurs. Cependant, lorsque le scandium est contenu en une quantité inférieure à 0,8% en poids ou supérieure à 1,6% en poids dans la 15 composition de brasure, la performance anti-fissuration de la brasure est dégradée. De plus, lorsque l'yttrium est contenu en une quantité se trouvant dans une plage allant de 0,7% à 2,0% en poids dans la composition de brasure, le joint à brasure tendre formé par la composition de brasure sans plomb de l'invention a une bonne ductilité. Cependant, lorsque l'yttrium est contenu en 20 une quantité inférieure à 0,7% en poids ou supérieure à 2,0% en poids dans la composition de brasure, la performance de ductilité de la brasure est dégradée. [0035] Essai de conservation à température élevée 3048908 7 [0036] La performance de ductilité de la brasure sans plomb des modes de réalisation de l'invention est testée par un essai de conservation à température élevée. Dans cet essai, la température d'une chambre climatisée a été maintenue à une température constante de 120°C, un connecteur électrique 5 et une surface métallisée sur laquelle le connecteur électrique a été brasé par la brasure de l'invention ont été placés dans la chambre climatisée, et un poids de 6 Newtons a été suspendu au connecteur électrique pendant 24 heures. Après la fin des 24 heures, le connecteur électrique a été tiré (à température ambiante) avec une force de 50 N par un dynamomètre numérique pendant 3 10 secondes, et aucune déconnexion de fissuration du connecteur électrique n'a eu lieu pendant cet essai. [0037] Il est à noter que les modes de réalisation préférés et les principes technologiques appliqués de la présente divulgation sont simplement décrits ci-dessus. L'homme du métier doit comprendre que la présente 15 divulgation n'est pas limitée à des modes de réalisation particuliers décrits dans le présent document. Divers changements apparents, un réajustement et une variante peuvent être apportés par l'homme du métier sans s'écarter de l'étendue de protection de la présente divulgation. Par conséquent, bien que la présente divulgation soit illustrée en détail par les modes de réalisation ci- 20 dessus, la présente divulgation n'est pas simplement limitée aux modes de réalisation ci-dessus et peut en outre comporter davantage d'autres modes de réalisation équivalents sans s'écarter de la conception de la présente divulgation. L'étendue de la présente divulgation fait l'objet des revendications annexées. 25 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, 42% à 70% en poids d'indium, 0,3% à 8% en poids d'argent, 5% à 11`)/0 en poids de magnésium, 0,8% à 1,6% en poids de scandium, 0,7% à 2,0% en poids d'yttrium, et 10% à 45% en poids d'étain. 2. Composition de brasure sans plomb de la revendication 1, comprenant 1,2% à 1,4% en poids de scandium. 3. Composition de brasure sans plomb de la revendication 1, comprenant 1,4% à 1,8% en poids d'yttrium. 4. Composition de brasure sans plomb de la revendication 1, dans laquelle la composition de brasure sans plomb a une température de solidus se trouvant dans une plage allant de 120°C à 135°C. 5. Composition de brasure sans plomb de la revendication 3, dans laquelle la composition de brasure sans plomb a une température de liquidus se trouvant dans une plage allant de 130°C à 145°C.