Brevet FR3096287A1 — publié le 20201127

Description Titre de l'invention : Matériau, composition et procédé de brasage et procédé de fabrication d'un condenseur [0001] L'invention concerne un matériau de brasage, une composition de brasage, un procédé de brasage d'un tube à plusieurs ailettes et un procédé de fabrication d'un condenseur, notamment un condenseur pour véhicule automobile. [0002] Un condenseur est un dispositif comprenant des tubes dans lequel le réfrigérant passe, des collecteurs du réfrigérant et des ailettes d'échange de chaleur avec un flux d'air passant entre les tubes. [0003] Les condenseurs sur les automobiles sont placés en face avant et subissent donc une corrosion par l'air ambiant. [0004] Pour fabriquer des condenseurs, il existe plusieurs technologies consistant à revêtir les tubes et/ou les ailettes d'une composition de brasage et déposer ensuite l'ensemble dans un four pour fondre la composition de brasage et solidariser les différents composants. [0005] Pour améliorer la résistance à la corrosion des tubes, il est également connu d'asperger du zinc fondu par arc électrique. Dans cette technologie, du zinc liquide est vaporisé sur la surface des tubes pour déposer environ 6 à 7 g/m2 de zinc, avec des niveaux de tolérance élevés de plus ou moins 3 g/m2 pour assurer une couverture complète de la surface des tubes et pour compenser la distribution non uniforme du zinc. [0006] Le zinc peut protéger le tube de la perforation, mais la concentration en zinc élevée au joint tube/ailette implique une corrosion rapide à cet endroit et provoque un détachement des ailettes avec la perte associée de la performance de transfert de chaleur. [0007] On a alors proposé, pour protéger les tubes et les ailettes de la corrosion, d'utiliser, en association avec le zinc, un flux commercialisé sous la marque NOCOLOK® Sil Flux Fg. Ce flux comprend un flux NOCOLOK® et de la poudre de silicium. Le flux NOCOLOK® est un flux de brasage comprenant essentiellement un mélange de sels de potassium et de fluoro-aluminates de formule générale K I -3AIF4-6. [0008] Ce flux apporte le zinc à la surface du tube et des ailettes, et procure le métal de brasage pour joindre l'ailette au tube. [0009] Cependant, le flux NOCOLOK® Sil Flux Fg contient parfois des particules de silicium de grande taille - 30-50ffl et provoque des agglomérations de particules de silicium dans certaines zones du tube brasé avec ce flux. [0010] Dans ces cas, la concentration locale de silicium induit une certaine érosion du tube pendant le brasage, qui devient alors un site préférentiel pour l'initiation de la 2 corrosion. [0011] Il a alors été proposé d'utiliser des ailettes revêtues pour obtenir une répartition uniforme du zinc à la surface entière des ailettes. [0012] Mais l'utilisation de telles ailettes revêtues provoque une usure rapide des outils de fabrication des ailettes et implique une maintenance fréquente. La durée de vie des outils est très courte. [0013] L'invention vise à pallier les inconvénients des procédés de brasage d'un condenseur, en minimisant les phénomènes de corrosion dus à l'utilisation de compositions de brasage contenant des particules de silicium et du zinc. [0014] A cet effet, l'invention propose un matériau de brasage comprenant : [0015] - un alliage de formule I suivante : [0016] AlxSiy formule I [0017] dans laquelle : [0018] x représente le pourcentage, en masse par rapport à la masse totale de l'alliage de formule I, d'aluminium, et est compris entre 86% et 90%, de préférence est égal à 87,4% et y représente le pourcentage, en masse par rapport à la masse totale de l'alliage de formule I, de silicium, et est compris entre 10% et 14%, de préférence est égal à 12,6%, b) de 1 à 3 %, de préférence 2 %, en masse par rapport à la masse totale du matériau de brasage, d'un composé de formule II suivante : [0019] ZnaAlb formule II [0020] dans laquelle : [0021] a représente le pourcentage en masse de Zn dans le composé de formule II et est compris entre 80 et 100%, et b représente le pourcentage en masse de Al dans le composé de formule II et est compris entre 0 et 20, [0022] De façon avantageuse, le matériau de brasage comprend de 50 à 60 %, de préférence de 53 à 59 %, encore plus préférentiellement 56%, en masse par rapport à la masse totale du matériau de brasage, du composé de formule L [0023] De façon avantageuse, le matériau de brasage comprend de 30 à 50%, de préférence de 39 à 45 %, encore plus préférentiellement 42%, en masse par rapport à la masse totale du matériau de brasage, d'un flux de brasage de formule III suivante : [0024] KA1F4 formule III. [0025] De préférence, le diamètre médian D50 de l'alliage de formule Test compris entre 5 et 20 pm, et/ou le diamètre médian D50 du flux de formule KA1F4 est compris entre 2 et 6 pm. [0026] L'invention propose également une composition de brasage caractérisée en ce qu'elle 3 comprend : [0027] a) de 75 à 90 %, de préférence de 79 à 85%, encore plus préférentiellement 82%, en masse par rapport à la niasse totale de la composition de brasage, d'un matériau de brasage selon l'invention, [0028] b) de 10 à 25 %, de préférence de 15 à 21%, encore plus préférentiellement 18%, en masse par rapport à la niasse totale de la composition de brasage, d'un liant. [0029] De préférence, le liant est choisi parmi un polymère comprenant des unités acryliques, de préférence de r isohutyl méthacrylate, un polymère ester acrylique compatible avec les alkydes, et un polymère comprenant des unités époxy. [0030] L'invention propose encore un procédé de brasage d'un tube en aluminium ou en alliage d'aluminium à plusieurs ailettes en aluminium ou en alliage d'aluminium, caractérisé en ce qu'il comprend une étape a) de dépôt, au moins sur le tube extrudé en aluminium d'une composition de brasage selon l'invention. [0031] De préférence, le procédé de brasage selon l'invention comprend avant l'étape a) une étape de préparation de la composition de brasage utilisée à l'étape a), cette étape b) de préparation comprenant le mélange de : [0032] - 75 à 90%, de préférence 79 à 85%, encore plus préférentiellement 82%, en masse par rapport à la masse totale de la composition de brasage à obtenir, d'un matériau de brasage selon l'invention, 10 à 25%, de préférence 15 à 21%, encore plus préférentiellement 18%, en masse par rapport à la masse totale de composition de brasage à obtenir, d'un liant, de préférence choisi parmi un polymère comprenant des unités acryliques, de préférence de l'isobutylméthacrylate, un polymère comprenant des unités ester acryliques compatibles avec des alkydes, et un polymère comprenant des unités époxy, de 20 à 30% d'un solvant choisi parmi les composés aromatiques toluène, xylène. Egalement de préférence, la composition de brasage est déposée en une quantité de 20 à 30 g/m2, de préférence 22,5 à 27,5 g/m2, encore plus préférentiellement de 25 g/m2. [0033] L'invention propose enfin un procédé de fabrication d'un condenseur caractérisé en ce qu'il comprend une étape de brasage d'au moins un tube en aluminium ou en alliage d'aluminium à plusieurs ailettes en aluminium ou en alliage d'aluminium, par le procédé selon l'invention. [0034] L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description explicative qui suit qui est faite en référence aux figures dans lesquelles : [0035] - la [fig.1] est une photographie d'un point de con-osion sur la surface d'un tube extrudé revêtu d'une composition de brasage de l'art antérieur, le NOCOLOK® Sil Flux Fg, prise au microscope électronique à balayage à un grossissement de 200, [0036] - la [fig.2] est une photographie prise au au microscope électronique à balayage à un grossissement de 200, de la surface d'un tube revêtu d'une composition de brasage de l'art antérieur NOCOLOKO Sil Flux Fg, [0037] - la [fig.3] est une photographie d'une vue de dessus d'un point de corrosion d'un tube extrudé en aluminium revêtu d'un alliage de l'art antérieur NOCOLOK® Sil Flux Fg, prise au au microscope électronique à balayage à un grossissement de 200, [0038] - la [fig.4] est une photographie prise de dessus du même point de corrosion que re- présenté à la figure 3, [0039] - la [fig.5] est une photographie d'un point de corrosion de la surface d'un tube extrudé en aluminium revêtu d'une composition de brasage selon l'invention prise au microscope électronique à balayage à un grossissement de 200. [0040] - la [fig.6] est une photographie de la surface d'un tube extrudé en aluminium revêtu d'un alliage selon l'invention prise au microscope électronique à balayage à un grossissement de 200, [0041] - la [fig.7] est une photographie de la surface d'un tube extrudé en aluminium revêtu d'un alliage selon l'invention prise au au microscope électronique à balayage, au grossissement 200, vue de dessus, et [0042] - la [fig.8] est une photographie de la surface d'un tube extrudé en aluminium revêtu d'une composition de brasage selon l'invention prise au microscope électronique à balayage, au grossissement 200, vue de dessus. [0043] L'invention propose une composition de brasage qui permet de résoudre trois problèmes principaux : [0044] 1- la corrosion des tubes est limitée en raison de l'emploi d'un alliage de silicium et non plus de silicium en grain dont la diffusion, lors de l'opération de brasage, diffuse et entraine la création de site pour l'initiation de la corrosion, [0045] 2- le motif de la corrosion avec la composition de brasage de l'invention est nettement amélioré, comme on le voit en comparant les figures 1 à 4 et les figures 5 à 8 : sur les figures 1 à 4 qui représentent des points de corrosion obtenus avec la composition de brasage de l'art antérieur NOCOLOK® Sil Flux Fg, les points de corrosion sont profonds et étroits, entraînant une perforation rapide des tubes alors que comme on le voit sur les figures 5 à 8 qui représentent les points de corrosion des tubes extrudés en aluminium soudés avec la composition de brasage de l'invention, les points de corrosion sont certes plus étendus mais en surface seulement, ce qui promeut une corrosion latérale de la corrosion et non en profondeur. Par conséquent, le tube extrudé est percé bien moins rapidement par la corrosion que le tube extrudé brasé avec la composition de l'art antéiieur NOCOLOK® Sil Flux Fg, [0046] 3- avec l'utilisation de l'alliage de l'invention, l'emploi d'ailettes revêtues est remplacé par l'emploi d'ailettes nues réduisant ainsi l'usure des outils de fabrication des ailettes et la fréquence de maintenance de ces outils. [0047] En effet, l'invention propose une composition de brasage dans laquelle le silicium est apporté sous forme d'un alliage d'aluminium et de silicium, plus particulièrement d'un alliage d'aluminium et de silicium dont la composition est proche de l'eutectique, c'est-à-dire comprenant un pourcentage en masse de silicium égal ou voisin de 12,6%. [0048] Cet alliage de silicium a des grains plus doux que les particules de silicium pur et réduit le risque d'érosion du tube pendant le brasage. [0049] Ainsi, l'alliage d'aluminium et de silicium utilisé dans la composition de brasage de l'invention est un alliage ayant la formule! suivante : [0050] AlxSiy formule I [0051] dans laquelle : [0052] - x représente le pourcentage, en masse par rapport à la masse totale de l'alliage de formule I, d'aluminium, et est compris entre 86% et 90%, de préférence est égal à 87,4% et y représente le pourcentage, en masse par rapport à la masse totale de l'alliage de formule I, de silicium, et est compris entre 10% et 14%, de préférence est égal à 12,6%. [0053] Cet alliage est utilisé sous forme de poudre dont les particules ont de préférence un diamètre médian (D50) compris entre 5 et 20 mm. [0054] Par diamètre D50, on entend le diamètre médian des particules en masse. Le diamètre D50 peut être mesuré par tamisage. [0055] Par "composition de brasage" on entend dans l'invention la composition prête à l'emploi qui est déposée sur les parties à braser. [0056] La composition de brasage, dans l'invention, comprend ainsi tout d'abord le matériau de brasage lui-même et des liants pour enrober le matériau de brasage lors de la brasure, et un ou plusieurs solvants pour permettre l'application uniforme du matériau de brasage. [0057] Le matériau de brasage quant à lui contient l'alliage de silicium cité plus haut, une composition de flux et un matériau apportant du Zn. [0058] Le matériau de brasage est sous forme de poudre. [0059] Outre l'alliage d'aluminium et de silicium cité plus haut, il contient également une composition de flux qui est, par exemple, du KA1F4, également sous forme de poudre, dont les particules ont de préférence un diamètre médian (D50) compris entre 2 et 6 [0060] Le matériau d'alliage comprend encore un matériau permettant d'apporter du zinc, pour limiter la corrosion. 6 [0061] Ce matériau peut être un alliage ZnAl ou du Zn simple. [0062] Ainsi, ce matériau a la formule II suivante : [0063] ZnaAlb formule II [0064] dans laquelle : [0065] - a représente le pourcentage en masse de Zn dans le composé de formule II et est compris entre 80 et 100%, et b représente le pourcentage en masse de Al dans le composé de formule II et est compris entre 0 et 20%, [0066] Ce matériau d'apport de zinc est également sous forme de poudre dont les particules ont de préférence un diamètre médian (D50) compris entre 5 et 20 pm. [0067] La quantité de zinc présente sur le condenseur est avantageusement comprise entre 0,2 et 0,6 g/m2. [0068] Les proportions de chacun des composants alliage d'aluminium et de silicium, matériau apportant le zinc et composition de flux sont respectivement : [0069] - entre 30 et 50%, de préférence entre 39 et 45%, encore plus préférentiellement 42%, en masse par rapport à la masse totale du matériau de brasage, de composition de flux KAIF4, entre 50 et 60%, de préférence entre 53 à 59 % encore plus préférentiellement 56%, en masse par rapport à la masse totale du matériau de brasage, de l'alliage d'aluminium et de silicium de formule I, et de 1 à 3 %, de préférence 2 %, en masse par rapport à la masse totale du matériau de brasage, de matériau apportant le zinc de formule II. [0070] Ce matériau de brasage est mélangé avec un liant sec, de préférence un liant poly- acrylique tel qu'un polymère méthacrylate isobutyle commercialisé sous la marque ACRYLOIDO B67 commercialisé par la société PARALOID ou encore un mélange d'hydrocarbones aromatiques en C9 à C12 commercialisé sous la marque FAB2@ commercialisé par la société Flux GmbH. [0071] Les proportions de matériau de brasage et de liant sec dans le matériau de brasage de l'invention sont comprises entre 75 et 90%, de préférence entre 79 et 85%, encore plus préférentiellement 82%, en masse par rapport à la masse totale de la composition de brasage de l'invention, de matériau de brasage selon l'invention et entre 10 et 25%, de préférence entre 15 et 21%, encore plus préférentiellement 18%, en masse par rapport à la masse totale de la composition de brasage de l'invention, de liant sec. [0072] La composition de brasage de l'invention permet de braser un tube, notamment un tube extrudé, en aluminium ou en alliage d'aluminium avec une ou plusieurs autres pièces comprenant de l'aluminium ou un alliage d'aluminium. [0073] La ou les pièces auxquelles le tube est à joindre par brasage comprend, lui aussi, de l'aluminium ou un alliage d'aluminium au moins en surface. Il peut s'agir d'ailettes ou 7 de collecteurs. [0074] L'invention propose ainsi également un procédé de brasage d'un tube sur une ou plusieurs ailettes en aluminium ou en alliage d'aluminium qui comprend une étape de dépôt de la composition de brasage de l'invention sur le tube. [0075] La composition de l'invention peut également être placée dans un solvant pour permettre son application sur le tube extrudé en aluminium par vaporisation, par exemple. [0076] Par "solvant" on entend ici un liquide qui ne dissout pas la composition de brasage de l'invention mais permet de l'appliquer plus facilement sur un support. [0077] Des exemples de tels solvants sont les suivants : toluène ou xylène. [0078] De préférence, la masse de composition de brasage déposée est comprise entre 20 et 30 g/m2, de préférence entre 22,5 et 27,5 g/m2, ce qui permet d'obtenir une bonne couverture et une répartition homogène de la composition de brasage de l'invention avant et après brasage. Elle est de préférence de 25 g/m2. [0079] La composition de brasage utilisée dans le procédé de brasage de l'invention peut être une composition de brasage prête à l'emploi. Mais la composition de brasage peut également être préparée à la demande, auquel cas le procédé de brasage de l'invention comprend de plus, avant l'étape ci-dessus de dépôt de la composition de brasage sur le tube extrudé, une étape de préparation de la composition de brasage. [0080] Dans ce cas, cette étape de préparation de brasage consiste à mélanger de 75 à 90%, de préférence de 79 à 85%, encore plus préférentiellement 82%, en masse par rapport à la masse totale de la composition de brasage à obtenir, d'un matériau de brasage selon l'invention avec de 10 à 25%, de préférence de 15 à 21%, encore plus préférentiellement 18%, en masse pai- rapport à la masse totale de la composition de brasage à obtenir, d'un liant sec, et de 20 à 30% d'un solvant. [0081] L'invention propose encore un procédé de fabrication d'un condenseur, en particulier pour véhicule automobile, comprenant une étape de brasage d'au moins un tube en aluminium ou en alliage d'aluminium à plusieurs ailettes en aluminium ou en alliage d'aluminium par le procédé de brasage de l'invention. [0082] Afin de mieux faire comprendre l'invention, on va maintenant en décrire à titre d'exemples purement illustratifs et non limitatifs plusieurs exemples de mise en oeuvre. [0083] Exemple 1: [0084] On a préparé une composition de brasage en employant les composés et proportions de ces composés reportés au tableau 1 suivant : [0085] 8 [Tableaux 1] item Composition Caractéristiques des matériaux bruts Composition du matériau de brasage KA1F4 42% en masse par rapport à la masse totale du matériau de brasage AlSi 10 14 56% en masse par rapport à la masse totale du matériau de brasage Zn95A15 2% en masse par rapport à la masse totale du matériau de brasage Granulométrie AlSi 10-14 D50: compris entre 5 et 20 Jim ZnuAli, 5pm REVENDICATIONS[Revendication 1] Matériau de brasage comprenant: a) un alliage sous forme de poudre dc formule I suivante : [Revendication 2] [Revendication 3] [Revendication 4] [Revendication 5] AlxSiy formule 1 dans laquelle : x représente le pourcentage, en niasse par rapport à la masse totale de l'alliage de formule I, d'aluminium, et est compris entre, et 86% et 90%, y représente le pourcentage, en niasse par rapport à la masse totale de l'alliage de formule I, de silicium, et est compris entre 10% et 14% b) de 1 à 3 %, en masse pat- rapport à la masse totale du matériau de brasage, d'un composé de formule II suivante : ZnaAlb formule II dans laquelle : a représente le pourcentage en masse de Zn dans le composé de formule II et est commis entre 80 et 100%, et b représente le pourcentage en masse de Al dans le composé de formule II et est commis entre 0 et 20. Matériau de brasage selon la revendication 1, caractérisé en cc qu'il comprend de 50 à 60 %, en masse par rapport à la masse totale du matériau de brasage, du composé de formule I. Matériau de brasage selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en cc qu'il comprend de 30 à 50 %, en masse par rapport à la masse totale du matériau de brasage, d'un flux de brasage de formule III suivante : KA1F4 formule III. Matériau de brasage selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en cc que le diamètre médian D50 de l'alliage de formule I est compris entre 5 et 20 mm. Matériau de brasage selon l'une quelconque des revendications 3 ou 4, caractérisé en cc que le diamètre médian D50 du flux de formule KA1F4 11 [Revendication 6] est compris entre 2 et 6 pm. Composition de brasage caractérisée en ce qu'elle comprend : a) de 75 à 90%, en masse par rapport à la masse totale de la composition de brasage, d'un matériau de brasage selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, b) de 10 à 25 %, en masse par rapport à la masse totale de la composition de brasage, d'un liant. [Revendication 7] [Revendication 8] [Revendication 9] Composition de brasage selon la revendication 6, caractérisée en ce que le liant est choisi parmi un polymère comprenant des unités acryliques, de préférence de l'isobutylméthacrylatc, un polymère ester acrylique compatible avec les alkydcs, un polymère comprenant des unités époxy. Procédé de brasage d'un tube en aluminium ou alliage d'aluminium à une ou plusieurs ailettes en aluminium ou en alliage d'aluminium, caractérisé en ce qu'il comprend une étape a) de dépôt sur le tube d'une composition de brasage selon l'une quelconque des revendications 6 ou 7. Procédé de brasage selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend, avant l'étape a), une étape b) de préparation de la composition de brasage utilisée à l'étape a), cette étape b) de préparation comprenant le mélange de : a) 75 à 90%, en masse par rapport à la masse totale de composition de brasage à obtenir, d'un matériau de brasage selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, b) 10 à 25%, en masse par rapport à la masse totale de composition de brasage à obtenir, d'un liant, de préférence choisi parmi un polymère comprenant des unités acryliques, de préférence de l'isobutylméthacrylate, un polymère comprenant des unités ester acryliques compatibles avec des alkydes, et un polymère comprenant des unités époxy, c) de 20 à 30% d'un solvant choisi parmi les solvants aromatiques, xylène, toluène. [Revendication 10] Procédé selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que la com- position de brasage est déposée en une quantité de 20 à 30 g/m2.