BE1019089A5

BE1019089A5 - Metal d'apport de brasage a base de moru resistant aux hautes tempeatures, modifie afin d'abaisser le point de fusion.

Info

Publication number: BE1019089A5
Application number: BE2008/0563A
Authority: BE
Inventors: Tanja Eckardt; David Francis Lupton
Original assignee: Heraeus Gmbh W C
Priority date: 2007-10-19
Filing date: 2008-10-13
Publication date: 2012-03-06
Also published as: HU0800625D0; HUP0800625A2; DE102007050487A1

Abstract

Dans le cadre d'un métal d'apport de brasage résistant aux hautes températures, constitué d'un mélange de métaux dont les composants principaux sont le molybdène et le ruthénium, conformément à l'invention, dans le mélange d'apport de brasage, un métal est dissous, à titre de composant secondaire, dans une ou plusieurs phases qui sont constituées principalement par du ruthénium ou par du molybdène. En particulier, le métal d'apport de brasage est constitué d'une seule phase, présente un point de fusion qui est inférieur à 1900 °C et est réalisé sous la forme d'un produit de granulation métallique. Pour la fabrication d'un métal d'apport de brasage préféré résistant aux hautes températures, une masse fondue est soumise à une trempe.

Description

Métal d'apport de brasage à base de MoRu résistant aux hautes températures, modifié afin d'abaisser le point de fusion

La présente invention concerne une utilisation d'un mélange de métaux comme métal d'apport de brasage résistant aux hautes températures, pour la plage de températures de 1700 °C à 1900 °C, en particulier pour le brasage d'électrodes en tungstène et de tiges de fixation en molybdène, dans des lampes à décharge, sa fabrication et son utilisation. À cet effet, on peut utiliser du platine ou du rhodium ou encore des alliages à base de ces métaux nobles, en particulier des alliages de platine-rhodium. Toutefois, le platine et le rhodium représentent des métaux nobles très coûteux, si bien qu'un besoin existe de disposer de métaux d'apport de brasage de valeur moindre.

Dans le document US 2 725 287, on révèle un métal d'apport de brasage à base de molybdène avec lequel on obtient, par addition de bore à concurrence de 2,75 %, un point de fusion de 3950 °F (2180 °C) et avec une addition de silicium, un point de fusion de 3800 °F (2090 °C). La faible solubilité du silicium ou du bore limite l'étendue de la diminution du point de fusion. Des mélanges de molybdène et de ruthénium, conformément aux documents JP 58157593, JP 58016795 ou JP 57142765, ainsi qu'une feuille de scellement en molybdène possédant un alliage eutectique de molybdène-ruthénium à titre de revêtement, présentent au moins le point de fusion trop élevé de 1'eutectique, s'élevant à 1955 °C.

Dans le document WO 2005/15600, on décrit un système d'électrodes possédant un revêtement eutectique à base de MoRu et dans le document DE 10 2 005 03 0113, on décrit un matériau d'apport de brasage constitué par un alliage eutectique fritté à base de molybdène/ruthénium sous la forme d'une plaquette. Les alliages MoRu posent des problèmes lors de leur application dans des trous borgnes, tandis que l'utilisation des plaquettes en MoRu sous la forme d'un élément moulé non flexible et limité dans le cas de géométries d'alésages différentes.

Dans le document JP 16115395, on révèle une matière d'apport de brasage à base de ruthénium et de molybdène, avec un additif de titane. Toutefois, le titane agit à la manière d'un getter et fragilise la liaison par brasage.

Le document JP 58204436 révèle le fait de diminuer le point de fusion par addition de nickel à un métal d'apport de brasage eutectique constitué par du ruthénium et par du molybdène. La matière est fabriquée à partir d'une pâte carbonée qui comprend, à côté du liant carboné, un mélange pulvérulent des métaux respectifs. Cette pâte carbonée donne lieu, dans le domaine commercial des lampes, à un noircissement du récipient de décharge, donnant lieu à une émission inférieure de lumière.

Dans le document DE 10 2 005 053 553, on révèle un gel décomposable sans laisser de résidus pour la fabrication de pâtes molles d'apport de brasage.

L'objet de la présente invention consiste à procurer un métal d'apport de brasage pour le domaine d'utilisation de 1700 °C à 1950 °C, en particulier de 1800 °C à 1900 °C, sans devoir prendre en compte les inconvénients connus de la technique antérieure.

Pour la mise en oeuvre de la présente invention, le point de fusion d'un alliage métallique de molybdène et de ruthénium est soumis à une réduction par l'incorporation d'un métal dans la structure de réseau du composant principal en MoRu, de préférence par l'addition d'un métal possédant un point de fusion supérieure à 1000 °C, en particulier supérieur à 1450 °C. La diminution du point de fusion maximale selon l'invention d'un mélange de MoRu est atteinte par saturation. Dès que la solubilité du composant diminuant le point de fusion est dépassée dans un réseau de l'alliage de MoRu, donnant lieu à la formation d'une nouvelle phase, les propriétés de résistance aux hautes températures du métal d'apport de brasage se détériorent d'une manière non désirable.

La réalisation de l'objet a lieu avec les caractéristiques des revendications indépendantes. Les revendications subordonnées décrivent des formes de réalisation préférées.

Conformément à l'invention, on fabrique des corps métalliques, en particulier des poudres métalliques, des produits de granulation métallique ou des fils métalliques, qui présentent un mélange, en particulier un alliage de molybdène, de ruthénium et d'un métal dissous dans au moins un de ces constituants de 1'alliage.

De cette manière, conformément à l'invention, un métal d'apport de brasage est procuré, qui est constitué exclusivement de métal et qui entre en fusion en dessous de l'eutectique de MoRu, en particulier à une température inférieure à 1900 °C. Grâce à la variation de la fraction du composant mécanique diminuant le point de fusion, le point de fusion peut faire l'objet de modifications dans un domaine étendu, de préférence dans une plage entre 1800 °C et 1900 °C, pour s'élever en particulier à une température qui est inférieure à 1870 °C. Les phénomènes de croissance de grains grossiers et de perte de résistance qui se manifestent dans les éléments de construction et les composants à relier, lorsque des températures de brasage élevées supérieures à 1900 °C sont mises en œuvre, sont arrêtés conformément a 1'invention ou bien sont supprimés de manière au moins considérable.

Le métal dissous dans le mélange d'apport de brasage présentera un point de fusion supérieure à 1000 °C, en particulier supérieur à 1450 °C et sera dissous dans l'alliage en une concentration entre 1 et 20 % en poids, en particulier entre 2 et 15 % en poids, de préférence entre 5 et 12 % en poids. Des métaux appropriés sont le scandium, l'yttrium, le vanadium, le chrome, de manganèse, le faire, le cobalt, le cuivre et l'or, de préférence le fer et le cobalt.

Pour ne pas obtenir la formation de phase non désirée, l'alliage peut être soumis à une trempe à partir de la masse fondue. On obtient ainsi un métal d'apport de brasage possédant un point de fusion congru.

Conformément a l'invention, on obtient une nouvelle qualité de liaisons par brasage dans des lampes de décharge comportant des électrodes de tungstène et des tiges de fixation en molybdène, étant donné que ces métaux d'apport de brasage sont plus résistants à la température que des métaux d'apport de brasage comparables à base de platine ou à base de rhodium. Par rapport à des mélanges de l'eutectique en molybdène et en ruthénium, on obtient l'avantage d'une fabrication plus aisée et d'une liaison d'apport de brasage dans le cadre d'une réduction du point de fusion de l'eutectique binaire de 1955 °C à une température inférieure à 1900° C, de préférence jusqu'à une température inférieure à 1870 °C, en particulier jusqu'à une température inférieure à 1850 °C. Le processus de brasage à une température inférieure à concurrence de 100 °C simplifie la fabrication des joints à braser proprement dits, respectivement des lampes de décharge, si bien que, conformément à l'invention, on procure également un procédé simplifié pour la fabrication d'une liaison par brasage entre une électrode de tungstène et une tige de fixation de molybdène, par conséquent une fabrication simplifiée d'une lampe de décharge. Pour des électrodes dopées à base de tungstène et pour des tiges de fixation dopées à base de molybdène, les avantages susmentionnés peuvent également être mis en œuvre.

L'utilisation de carbone à base de liant organique est évitée conformément à l'invention, au même titre qu'une addition de composés de bore ou de silicium.

À titre d'exception, on peut préparer une pâte d'apport de brasage comprenant un gel qui se décompose sans laisser de résidus, en particulier conformément au document DE 10 2005 053 553, qui ne donne pas lieu au noircissement à l'ampoule de la lampe. Les constituants principaux des gels se volatilisent ou se décomposent à des températures relativement faibles de 150 °C à 250 °C. Dans cette plage, on n'est pas encore confronté à une oxydation digne d'être mentionnée des éléments de construction à braser, respectivement du métal d'apport de brasage. Après élimination des constituants organiques, on peut procéder à un chauffage, sous la protection d'un gaz inerte, jusqu'à la température de brasage, sans que des résidus présents ne perturbent le fonctionnement de la lampe.

Des pâtes résistant à des températures élevées, selon l'invention, sont constituées d'un alliage constitué par une matrice en molybdène-ruthénium, par un composant métallique qui y est dissous et par un fondant qui se décompose sans laisser de résidus.

Le métal d'apport de brasage selon l'invention est approprié en général pour le brasage de métaux réfractaires, en particulier le molybdène, le tungstène, le tantale, le niobium. À cet effet, on s'attend à obtenir des avantages considérables dans le domaine de la technique énergétique, par exemple pour des échangeurs de chaleur dans des piles à combustible travaillant à des températures élevées, dans la construction des fours et dans le traitement du verre.

Ci-après, l'invention est expliquée plus en détail en se référant à des exemples.

Les figures 1 et 2 représentent l'agencement du produit de granulation 3 selon l'invention entre des têtes d'électrodes 1 et des tiges de fixation 2.

La figure 3 représente la température de brasage du produit de granulation en MoRu en fonction de l'additif métallique.

Exemple 1

Un alliage constitué par du molybdène à concurrence de 57 % en poids et par du ruthénium à concurrence de 43 % en poids est porté à fusion par induction dans un creuset en oxyde de zirconium et du cobalt est ajouté à la masse en fusion à concurrence de 9,2 % en poids. La masse fondue est versée dans une coquille en cuivre refroidie à l'eau et est ensuite analysée. La spectrométrie de fluorescence aux rayons X donne des fractions pondérales de 9,0 % en poids pour le cobalt, de 39 % en poids pour le ruthénium et de 52 % en poids pour le molybdène. La spectrométrie de fluorescence aux rayons X indique une structure de réseau de la phase intermétallique MoRu avec un déplacement en direction des pas de réseau inférieurs, ce qui indique l'incorporation d'un plus petit atome de cobalt dans le réseau MoRu. Le point de fusion est diminué, par rapport à celui de l'alliage pur de MoRu à concurrence d'environ 110 °C.

Exemple 2

De manière analogue à l'exemple 1, on peut obtenir, avec une teneur en cobalt de 4,6 % en poids, une diminution du point de fusion à concurrence d'environ 80 °C.

Exemple 3

De manière analogue à l'exemple 1, on peut obtenir, avec une teneur en fer de 9,0 % en poids, une diminution du point de fusion à concurrence d'environ 110 °C.

On prépare le métal d'apport de brasage sous la forme d'un produit de granulation de telle sorte qu'il puisse s'adapter à l'utilisation, respectivement à la géométrie respective. Le produit de granulation est préparé par tamisage avec des granulométries de 0,2 à 0. 7 mm.

Pour le brasage de matières réfractaires dans lequel une tige cylindrique 2 dans un trou borgne doit être reliée à un composant de plus grande dimension, comme par exemple une tête d'électrode 1, le trou borgne est rempli avec une quantité définie du produit de granulation 3 et la combinaison des matières est ensuite chauffée par induction sous vide ou sous atmosphère d'argon, et jusqu'à ce que le métal d'apport de brasage entre en fusion et remplisse l'espace libre ménagé entre les parties à relier.

Le produit de granulation peut par exemple être préparé de la manière indiquée ci-après : 1. Traitement par usinage de barres ou de barres rondes portées à fusion, par exemple par tournage, par rabotage ou par fraisage ; 2. Versement du métal fondu dans un liquide, par exemple de 1'eau ; 3. Propulsion de la masse fondue au moyen d'un courant de gaz dans une buse (de Laval) ; 4. Déversement du métal liquide sur un cylindre rotatif fortement refroidi (filage par fusion).

Le produit de granulation peut également être réglé pour obtenir des fractions particulaire définies, par tamisage, par classement ou via des procédés analogues. L'utilisation d'un produit de granulation offre des avantages particuliers en ce qui concerne la mise en oeuvre flexible dans des géométries variables des éléments de construction à souder. En variante, on prépare le métal d'apport de brasage sous la forme d'un fil, de section de fil, des rondelles, de barres rondes découpées, de feuilles, etc.

Claims

1. Utilisation d'un mélange de métaux possédant un point de fusion inférieur à 1900 °C constitués par du molybdène et du ruthénium à titre de composants principaux et par un composant secondaire qui est dissous en une ou plusieurs phases qui sont constituées principalement par du ruthénium ou du molybdène, le composant secondaire représentant un métal diminuant le point de fusion qui est choisi parmi le groupe comprenant le cobalt, le fer, le manganèse, le chrome et le vanadium, comme métal d'apport de brasage résistant aux hautes températures.

2. Utilisation d'un métal d'apport de brasage résistant aux hautes températures selon la revendication 1, qui est constitué d'une seule phase.

3. Utilisation d'un métal d'apport de brasage résistant aux hautes températures selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le métal d'apport de brasage résistant aux hautes températures est un produit de granulation métallique.

4. Utilisation d'un métal d'apport de brasage résistant aux hautes températures selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, constitué par du molybdène à concurrence de 30 à 60 % en poids ; du ruthénium à concurrence de 30 à 60 % en poids ; et un autre métal à concurrence de 2 à 20 % en poids. i ï

5. Procédé pour la fabrication d'un métal d'apport de brasage résistant aux hautes températures d'un mélange de métaux possédant un point de fusion inférieur à 1900 °C constitués par du molybdène et du ruthénium à titre de composants principaux et par un composant secondaire qui est dissous en une ou plusieurs phases qui sont constituées principalement par du ruthénium ou du molybdène, le composant secondaire représentant un métal diminuant le point de fusion qui est choisi parmi le groupe comprenant le cobalt, le fer, le manganèse, le chrome et le vanadium, caractérisé en ce qu'on soumet une masse fondue de ce mélange à une trempe.

6. Procédé pour la fabrication d'une liaison par brasage entre une électrode à base de tungstène et une tige de fixation à base de molybdène, caractérisé en ce qu'un soudage est mis en œuvre à une température inférieure à 1900 °C avec un métal d'apport de brasage à base d'un mélange de molybdène-ruthénium et avec un métal supplémentaire qui y est dissous.

7. Procédé pour la fabrication d'une lampe à décharge, caractérisé en ce qu'une électrode et une tige de fixation sont soudées l'une à l'autre conformément à la revendication 6.

8. Liaison par brasage qui relie une électrode à base de tungstène à une tige de fixation à base de molybdène, caractérisée par un métal d'apport de brasage d'un mélange de métaux possédant un point de fusion inférieur à 1900 °C constitués par du molybdène et du ruthénium à titre de composants principaux et par un composant secondaire qui est dissous en une ou plusieurs phases qui sont constituées principalement par du ruthénium ou du molybdène, le composant secondaire représentant un métal diminuant le point de fusion qui est choisi parmi le groupe comprenant le cobalt, le fer, le manganèse, le chrome et le vanadium.

9. Lampe à décharge comportant une électrode à base de tungstène et une tige de fixation à base de molybdène, caractérisée en ce que l'électrode de tungstène et la tige de fixation de molybdène sont soudées l'une à l'autre à l'aide d'un métal d'apport de brasage d'un mélange de métaux possédant un point de fusion inférieur à 1900 °C constitués par du molybdène et du ruthénium à titre de composants principaux et par un composant secondaire qui est dissous en une ou plusieurs phases qui sont constituées principalement par du ruthénium ou du molybdène, le composant secohdaire représentant un métal diminuant le point -de fusion qui est choisi parmi le groupe comprenant le cobalt, le fer, le manganèse, le chrome et le vanadium.

10. Pâte contenant un gel qui se décompose sans laisser de résidus et un métal d'apport de brasage résistant aux hautes températures d'un mélange de métaux possédant un point de fusion inférieur à 1900 °C constitués par du molybdène et du ruthénium à titre de composants principaux et par un composant secondaire qui est dissous en une ou plusieurs phases qui sont constituées principalement par du ruthénium ou du molybdène, le composant secondaire représentant un métal diminuant le point de fusion qui est choisi parmi le groupe comprenant le cobalt, le fer, le manganèse, le chrome et le vanadium.