Récipient La présente invention concerne un récipient.
Il est connu de fabriquer divers articles en alu minium joints à un métal différent. Les propriétés de conduction thermique de l'aluminium sont extrê mement désirables dans divers récipients conduc teurs de la chaleur, dans lesquels certaines matières peuvent être chauffées, comme des ustensiles de cui sine. Toutefois, l'utilisation de l'aluminium dans ces applications est souvent limitée du fait qu'il est mou et qu'il a une activité chimique assez élevée. Une combinaison, particulièrement désirable dans la fabri cation de récipients destinés à chauffer diverses matières, est un garnissage intérieur en un métal rela tivement inerte, comme de l'acier inoxydable, joint à un élément extérieur en aluminium, pour assurer de bonnes propriétés de chauffage.
Les produits auxquels est joint l'aluminium sont normalement fabriqués d'une des manières suivantes a) On moule directement de l'aluminium en fusion sur une surface propre d'un métal différent, ce qui est un procédé relativement onéreux, b) on met en contact une plaque d'aluminium avec une surface d'un métal différent dont le point de fusion est supérieur à celui de la plaque d'alumi nium, ensuite on chauffe ce métal différent et la plaque d'aluminium jusqu'à ce que cette der nière fonde en contact avec le métal, puis on la laisse se refroidir, mais ce procédé s'est révélé peu -sûr et il nécessite un matériel lourd, c) on chauffe,
on met en contact et l'on presse l'une contre l'autre des feuilles distinctes d'aluminium et d'un métal différent, mais ce procédé qui est censé les joindre donne un pourcentage relative- ment élevé de produits qui ne sont pas unifor mément joints.
Ces procédés nécessitent habituellement un tra vail important de finition, les articles formés par ces procédés sont relativement grossiers et il faut les finir mieux avant qu'ils soient prêts pour être vendus et utilisés. Le récipient selon la présente invention peut être fabriqué à des températures et des pres sions faciles à obtenir et avec un matériel relative ment classique.
Ce récipient comprend au moins une paroi for mée d'une feuille d'aluminium ou d'un alliage d'alu minium et d'une feuille d'un métal différent, et est caractérisé en ce que ledit métal différent est du cui vre, du fer, du nickel, du titane, du zirconium, de l'acier ou un alliage de ces métaux et en ce qu'une couche d'aluminium pulvérisé est disposée sur une surface d'une partie de la feuille de métal différent de manière à assembler fortement la feuille d'alumi nium ou d'alliage d'aluminium avec la feuille de métal différent.
Le dessin illustre à titre d'exemple une forme d'exécution de l'invention.
La fig. 1 est une coupe d'une partie d'un réci pient sur laquelle de l'aluminium est projeté par pulvérisation avec un chalumeau.
La fig. 2 est une coupe d'une presse dans laquelle sont disposées ladite partie de récipient chauffée et pulvérisée avec de l'aluminium et la plaque d'alumi nium chauffée qui doit y être jointe.
La fig. 3 est une coupe du récipient après appli cation d'une pression.
La fig. 4 est une coupe du récipient de la fig. 3 une fois fini. Les fig. 1 à 4 représentent un récipient lorsque l'un des métaux est de l'aluminium devant être joint à la surface d'un autre métal ayant un point de fusion supérieur à celui de l'aluminium.
La fig. 1 représente une partie du récipient en métal différent de l'aluminium sur la surface de laquelle est appliquée une couche 2 d'aluminium à partir d'un pistolet-chalumeau 3.
La fig. 2@représente la partie de récipient 1 com portant alors une couche 2 d'aluminium sur sa sur face inférieure externe, disposée dans une presse, une feuille 4 d'aluminium relativement épaisse ayant un diamètre un peu inférieur à celui du récipient étant placée sur une couche 2 pulvérisée à la flamme. Les éléments constitutifs sont supportés sur le poinçon inférieur 5 d'une presse ayant une surface supé rieure plate, la matrice supérieure 6 de la presse ayant un diamètre un peu supérieur à celui du réci pient 1, ce qui laisse un faible dégagement sur le pourtour du récipient, cette matrice étant légèrement convexe à sa partie centrale.
La fig. 3 représente le récipient après la joue- tion de la couche épaisse d'aluminium 4 à la sur face sur laquelle fut établie la couche d'aluminium 2 projeté au chalumeau, le bord 7 de la feuille d'alu minium 4 coïncidant alors approximativement avec le côté de la partie 1 du récipient du fait de son fluage sous pression qui est nécessaire pour accompagner sa jonction.
La fig. 4 représente le récipient de la fig. 3 après finition. Le procédé de fabrication de ce récipient est basé sur la découverte que, dans certaines conditions, même une feuille relativement épaisse, ou une pla que, d'aluminium peut être jointe à une feuille faite d'un métal différent à des températures facilement atteintes et à des pressions relativement faibles.
Les pressions en cause sont généralement de l'ordre d'environ quelques centaines de kg/cm2. Toutefois, ceci est exprimé d'une manière plus définie dans la diminution de l'épaisseur de la feuille ou de la pla que d'aluminium au cours de sa jonction avec le métal différent. La pression utilisée doit être telle qu'elle provoque un certain fluage, ou agrandisse ment de surface, latéral et qu'elle réduise l'épaisseur de la plaque plus ductile d'aluminium de moins de 8 0/o et de préférence de moins de 5 %, mais au moins de 1 c/o, auxquels s'ajoute la réduction supplé mentaire de l'épaisseur de la couche d'aluminium pulvérisé.
Une mise en oeuvre est la suivante. Une feuille du métal différent de l'aluminium qui peut avoir la forme générale désirée du récipient, comme une cas serole ou poêle, est traitée sur la surface à laquelle la feuille ou plaque d'aluminium doit être fixée, pour enlever la quasi-totalité des matières étrangères pou vant s'y trouver. Le procédé de nettoyage peut être mécanique, comme une abrasion, il peut être chimi- que, comme une action détergente, ou il peut consis ter en un lavage dans un solvant, ou une combinai son de ces procédés.
Il faut que le métal différent ait un point de fusion qui ne soit pas inférieur à celui de l'aluminium, ou que sa chaleur de fusion commençante ne soit pas inférieure à celle de l'alu minium, qui doit y être joint. Parmi les métaux qui sont particulièrement préférés pour être utilisés figu rent la fonte d'acier en feuille, l'acier inoxydable, le titane et ses alliages, le cuivre et des alliages de cui vre, le nickel et les alliages de nickel, ou le zirco nium métallique ou un alliage de celui-ci.
Le métal différent est revêtu d'une couche mince d'aluminium projeté par un procédé provoquant l'adhérence d'une couche mince d'aluminium à une surface et consis tant d'une manière générale à projeter de l'aluminium en fusion qui est destiné à constituer la couche, sous forme de particules finement divisées dans un cou rant de gaz très chaud avec une force telle que les petites particules soient effectivement fondues sur la surface sur laquelle elles sont projetées.
On peut utiliser un gaz inerte pour protéger la surface sur laquelle le courant oxy-acétylénique contenant les particules d'aluminium est projeté pendant cette appli cation, mais un tel gaz inerte n'est pas indispensable. La surface couverte par le métal projeté peut être limitée à une partie particulière de la surface à l'aide de moyens classiques, ,par exemple par masquage de la partie restante.
On coupe une feuille, ou une plaque, ébauchée d'aluminium aux dimensions et à la forme approxi matives de la surface à laquelle elle doit être jointe. Elle a habituellement, et de préférence, une épaisseur comprise entre environ 2,5 mm et moins de 6,35 mm, bien qu'on puisse utiliser des feuilles d'aluminium plus épaisses ou plus minces. On nettoie également cette feuille ou plaque pour enlever les matières étrangères de la surface à joindre, cet enlèvement se faisant de manière mécanique, chimique ou avec un solvant.
On chauffe alors la feuille d'aluminium et le métal de support différent qui est revêtu d'une cou che d'aluminium d'une épaisseur comprise entre 0,025 et 0,25 mm, et de préférence de 0,10 mm, à la suite de la projection au chalumeau, jusqu'à une température atteignant le point de fusion commen- çante de l'aluminium ou de l'alliage d'aluminium par ticulier qui est traité. De préférence, les pièces sont chauffées jusqu'à au moins 2880 C et habituellement 3990 C. L'ébauche en aluminium est de préférence une pièce de métal laminé, mais elle peut être obte nue par moulage.
Une feuille d'aluminium laminée est préférée "parce que son point de fusion est d'envi ron 280 C supérieur à celui des alliages d'aluminium habituels à partir desquels la plaque d'aluminium aurait été moulée. Après mise en contact des deux pièces, une pression suffisante est appliquée pour que l'épaisseur de la plaque d'aluminium soit réduite d'au moins 1 0/0, de préférence d'environ 5 0/0, et de moins de 8 0/o, plus une certaine diminution d'épaisseur de l'aluminium projeté. On obtient ainsi une jonction exceptionnellement bonne entre les deux pièces @de métal.
On préfère habituellement éliminer les contrain tes du produit ainsi formé, en le chauffant jusqu'au point de fusion commençante de l'aluminium, en général au-dessus de 288o C et, de préférence, envi ron 3990 C, pour éliminer les contraintes, après quoi on le laisse se refroidir lentement jusqu'à la tempé rature ambiante. Une fois que le produit s'est refroidi jusqu'à la température ambiante, on le place dans un bain caustique contenant une solution aqueuse de 5 à 15 0/o d'hydroxyde de sodium ou d'hydroxyde de potassium, ce qui enlève les petits fragments épars d'aluminium qui proviennent de la projection et qui ont pu tomber sur des parties du métal différent à des endroits non désirés.
On rince le produit ainsi nettoyé, on le laisse sécher et on le finit en meulant à la courroie les bords de la jonc tion entre les feuilles du métal différent et la feuille d'aluminium qui a été jointe.
Ce procédé est particulièrement désirable du fait qu'il conserve l'aluminium en utilisant un peu plus que la quantité nécessaire pour recouvrir la partie désirée du récipient. La jonction se fait à une pres sion relativement basse. La diminution de l'épaisseur de la plaque d'aluminium est relativement faible, environ 5 0/0 et au maximum 8 0/0. En outre, le pro cédé est avantageux, du fait que l'importance de la finition nécessaire du récipient est inférieure à celle qu'exigent les procédés classiques pour obtenir une telle jonction.
A titre d'exemple spécifique du procédé décrit ci-dessus, un récipient comprenant un corps en acier inoxydable, à la surface inférieure externe duquel était jointe une feuille faite d'un alliage d'aluminium, fut formé de la manière suivante.
Une feuille d'acier inoxydable 18-8 du type 302 fut utilisée pour former le corps d'une poêle ayant une épaisseur de paroi de 0,63 mm. Ce corps de poêle en acier inoxydable fut chauffé jusqu'à une température de 3710 C et il reçut sur sa surface chauffée un revêtement projeté adhérent de 0,10 mm d'épaisseur d'un alliage d'aluminium 25 ou d'un alliage AA-1100. Tout le corps de la poêle, à l'exception du fond, fut masqué et la partie décou verte du fond reçut un revêtement d'aluminium au moyen d'un fil de ce métal avancé dans un pistolet Schoop chauffé avec de l'acétylène et de l'oxygène.
Une ébauche en alliage d'aluminium AA-1100 de 3,17 mm d'épaisseur fut coupée à la dimension du fond du corps de la poêle, planée et nettoyée avec une courroie abrasive sur son côté destiné à être joint, et le support ayant reçu une pulvérisation d'alu minium ainsi que l'ébauche furent chauffés jusqu'à 426,60 C. La matrice utilisée pour exercer la pres sion sur l'ébauche d'aluminium comportait un léger bombement vers le centre de la matrice, ce qui sur élevait le centre de cette dernière d'environ 0,25 mm à partir de son bord auquel elle se raccordait par une courbure douce. Ce profil avait pour but de chasser à l'extérieur de l'air pouvant se trouver entre l'ébauche et le métal différent, avant l'application de la force totale de la pression à ces éléments.
A titre de variante, au lieu d'utiliser une matrice légèrement concave vers son centre, destinée à venir en contact avec la feuille ou la plaque d'aluminium à joindre, on peut préformer la feuille (ou la plaque) d'aluminium elle-même de manière qu'une de ses surfaces (ou ses deux surfaces) soit un peu concave et que la matrice elle-même soit plate. Une carac téristique importante de l'utilisation d'une feuille ou plaque d'aluminium préformée réside dans le fait qu'au moins une de ses surfaces est concave et que cette surface peut être celle qui est en contact avec la couche d'aluminium projetée au chalumeau sur le corps du récipient.
La pression est appliquée avec une force suffisante pour que l'épaisseur de l'ébauche d'aluminium soit diminuée de 1 0/o à 8 0/0, et de pré férence de 5 0/o. On chauffe le récipient ainsi formé jusqu'à ce que la partie constituée par la plaque d'aluminium atteigne une température de 399 C et on laisse alors refroidir à la température ambiante. On plonge la poêle refroidie pendant quelques minu tes dans une solution caustique contenant 100 g d'hydroxyde de sodium par litre d'eau, ce qui enlève complètement les petits fragments d'aluminium pro venant de l'opération de pulvérisation et qui se trou vent à l'extérieur de la zone ayant été jointe. La poêle est ensuite polie en meulant à la courroie la surface sur laquelle la feuille d'aluminium et le corps de la poêle sont joints.
Un récipient utilisable comme ustensile de cuisine peut avoir un corps en aluminium thermoconducteur joint par chacune de ses faces à une couche protec trice relativement mince d'acier inoxydable avec uti lisation de deux feuilles d'acier inoxydable, ayant chacune envron 0,25 mm d'épaisseur pour constituer les couches extérieures, et d'une feuille intérieure d'aluminium d'une épaisseur d'environ 3,17 mm, avec une température de jonction d'environ 3431, C. Il n'est pas nécessaire d'appliquer de l'aluminium pul vérisé sur l'une ou l'autre face de la feuille d'alumi nium, et la couche d'aluminium projeté sur la face intérieure de chacune des feuilles en acier inoxydable a une épaisseur d'environ 0,12 mm.
On peut embou tir une telle feuille composite de 3,65 mm d'épaisseur pour en faire une marmite, une casserole ou une poêle.
Container The present invention relates to a container.
It is known to manufacture various articles in aluminum joined to a different metal. The heat conduction properties of aluminum are extremely desirable in a variety of heat-conducting vessels, in which certain materials can be heated, such as cookware. However, the use of aluminum in these applications is often limited because it is soft and has fairly high chemical activity. One combination, particularly desirable in the manufacture of vessels for heating a variety of materials, is an interior lining of a relatively inert metal, such as stainless steel, joined to an exterior aluminum member, to provide good heating properties. .
Products to which aluminum is attached are normally manufactured in one of the following ways a) Directly molding molten aluminum onto a clean surface of a different metal, which is a relatively expensive process, b) casting contact an aluminum plate with a surface of a different metal whose melting point is higher than that of the aluminum plate, then this different metal and the aluminum plate are heated until this it melts in contact with the metal, then it is allowed to cool, but this process has proved to be unsafe and it requires heavy equipment, c) we heat,
separate sheets of aluminum and a different metal are brought into contact and pressed against each other, but this process which is supposed to join them gives a relatively high percentage of products which are not uniformly attached.
These processes usually require a great deal of finishing work, the articles formed by these processes are relatively coarse and require better finishing before they are ready for sale and use. The container according to the present invention can be manufactured at easily obtainable temperatures and pressures and with relatively conventional equipment.
This receptacle comprises at least one wall formed from an aluminum foil or an aluminum alloy and a foil of a different metal, and is characterized in that the said different metal is copper, iron, nickel, titanium, zirconium, steel or an alloy of these metals and in that a layer of powdered aluminum is disposed on a surface of a part of the sheet of metal in a different manner to strongly assemble the aluminum foil or aluminum alloy sheet with the different metal foil.
The drawing illustrates by way of example one embodiment of the invention.
Fig. 1 is a sectional view of part of a container onto which aluminum is sprayed by spraying with a torch.
Fig. 2 is a sectional view of a press in which said heated and aluminum sprayed container part and the heated aluminum plate to be joined thereto are disposed.
Fig. 3 is a sectional view of the container after application of pressure.
Fig. 4 is a sectional view of the container of FIG. 3 when finished. Figs. 1 to 4 represent a container where one of the metals is aluminum to be joined to the surface of another metal having a higher melting point than aluminum.
Fig. 1 shows a part of the container made of a metal other than aluminum on the surface of which is applied a layer 2 of aluminum from a gun-torch 3.
Fig. 2 @ shows the part of the container 1 com then carrying a layer 2 of aluminum on its outer underside, disposed in a press, a relatively thick aluminum foil 4 having a diameter slightly smaller than that of the container being placed on a layer 2 sprayed with flame. The constituent elements are supported on the lower punch 5 of a press having a flat upper surface, the upper die 6 of the press having a diameter slightly greater than that of the container 1, which leaves little clearance around the periphery. of the container, this matrix being slightly convex at its central part.
Fig. 3 shows the receptacle after the thick layer of aluminum 4 has played on the surface on which the layer of aluminum 2 was laid out with a torch, the edge 7 of the aluminum foil 4 then coinciding approximately with the side of part 1 of the container because of its pressure creep which is necessary to accompany its junction.
Fig. 4 shows the container of FIG. 3 after finishing. The method of making this container is based on the discovery that, under certain conditions, even a relatively thick sheet, or plate, of aluminum can be joined to a sheet made of a different metal at temperatures easily reached and at relatively low pressures.
The pressures involved are generally of the order of about a few hundred kg / cm2. However, this is expressed in a more definite way in the decrease in thickness of the foil or plate than of aluminum during its junction with the dissimilar metal. The pressure used should be such as to cause some lateral creep, or surface enlargement, and to reduce the thickness of the more ductile aluminum plate by less than 80 / o and preferably less than. 5%, but at least 1 c / o, to which is added the additional reduction in the thickness of the powdered aluminum layer.
One implementation is as follows. A sheet of the non-aluminum metal which may have the desired general shape of the container, such as a pot or pan, is treated on the surface to which the aluminum sheet or plate is to be attached, to remove substantially all of the material. foreign matter that may be there. The cleaning process may be mechanical, such as abrasion, it may be chemical, such as detergent action, or it may consist of washing in a solvent, or a combination of these methods.
The dissimilar metal must have a melting point not lower than that of aluminum, or its starting heat of fusion not lower than that of aluminum, which must be joined to it. Among the metals which are particularly preferred for use are cast sheet steel, stainless steel, titanium and its alloys, copper and copper alloys, nickel and nickel alloys, or metallic zirconia or an alloy thereof.
The dissimilar metal is coated with a thin layer of sprayed aluminum by a process causing a thin layer of aluminum to adhere to a surface and generally consists of spraying molten aluminum which is intended to constitute the layer, in the form of finely divided particles in a stream of very hot gas with a force such that the small particles are effectively melted on the surface on which they are projected.
An inert gas can be used to protect the surface onto which the oxy-acetylene stream containing the aluminum particles is sprayed during this application, but such an inert gas is not essential. The surface covered by the sprayed metal can be limited to a particular part of the surface using conventional means, for example by masking the remaining part.
A blank sheet or plate is cut from aluminum to the approximate dimensions and shape of the surface to which it is to be joined. It is usually and preferably between about 2.5mm and less than 6.35mm thick, although thicker or thinner aluminum foils can be used. This sheet or plate is also cleaned to remove foreign matter from the surface to be joined, this removal being done mechanically, chemically or with a solvent.
The aluminum foil and the different support metal which is coated with a layer of aluminum with a thickness between 0.025 and 0.25 mm, and preferably 0.10 mm, are then heated. from torch spraying, up to a temperature reaching the starting melting point of the particular aluminum or aluminum alloy being treated. Preferably the parts are heated to at least 2880 C and usually 3990 C. The aluminum blank is preferably a rolled metal part, but it can be obtained by casting.
A rolled aluminum foil is preferred "because its melting point is about 280 ° C higher than that of usual aluminum alloys from which the aluminum plate would have been cast. After contacting the two parts sufficient pressure is applied so that the thickness of the aluminum plate is reduced by at least 1 0/0, preferably about 5 0/0, and less than 8 0 / o, plus some reduction in thickness of the sprayed aluminum, thus obtaining an exceptionally good junction between the two pieces of metal.
It is usually preferred to remove the stresses from the product thus formed, by heating it to the starting melting point of aluminum, generally above 288o C and, preferably, around 3990 C, to remove the stresses. after which it is allowed to cool slowly to room temperature. Once the product has cooled to room temperature, it is placed in a caustic bath containing a 5 to 15% aqueous solution of sodium hydroxide or potassium hydroxide, which removes the residues. small scattered fragments of aluminum which came from the projection and which may have fallen on parts of the dissimilar metal in unwanted places.
The product thus cleaned is rinsed, allowed to dry and finished by belt grinding the edges of the junction between the sheets of the dissimilar metal and the aluminum foil which has been joined.
This method is particularly desirable because it retains the aluminum using a little more than the amount needed to cover the desired part of the container. The junction takes place at a relatively low pressure. The decrease in the thickness of the aluminum plate is relatively small, about 5 0/0 and at most 8 0/0. Furthermore, the process is advantageous, since the extent of the necessary finish of the container is less than that required by conventional processes to obtain such a joint.
As a specific example of the process described above, a container comprising a body of stainless steel, to the outer lower surface of which was joined a sheet made of an aluminum alloy, was formed in the following manner.
A sheet of 18-8 type 302 stainless steel was used to form the body of a pan having a wall thickness of 0.63 mm. This stainless steel stove body was heated to a temperature of 3710 C and received on its heated surface an adherent spray coating 0.10 mm thick of 25 aluminum alloy or AA alloy. -1100. The whole body of the pan, except the bottom, was masked and the green exposed part of the bottom received an aluminum coating by means of a wire of this metal advanced in a Schoop gun heated with acetylene and oxygen.
A 3.17mm thick AA-1100 aluminum alloy blank was cut to the size of the bottom of the pan body, leveled and cleaned with an abrasive belt on its side to be joined, and the backing having sprayed with aluminum and the blank were heated to 426.60 C. The die used to exert pressure on the aluminum blank had a slight bulge towards the center of the die, which sur raised the center of the latter about 0.25 mm from its edge to which it connected with a gentle curvature. The purpose of this profile was to drive out any air that might be between the blank and the different metal, before the full force of the pressure was applied to these elements.
As a variant, instead of using a die which is slightly concave towards its center, intended to come into contact with the aluminum sheet or plate to be joined, the aluminum sheet (or plate) can be preformed. even so that one of its surfaces (or both surfaces) is a little concave and the matrix itself is flat. An important characteristic of the use of a preformed aluminum sheet or plate resides in the fact that at least one of its surfaces is concave and that this surface can be the one which is in contact with the projected aluminum layer. torch on the body of the container.
The pressure is applied with sufficient force so that the thickness of the aluminum blank is reduced from 1 0 / o to 8 0/0, and preferably from 5 0 / o. The container thus formed is heated until the part formed by the aluminum plate reaches a temperature of 399 ° C. and then allowed to cool to room temperature. The cooled pan is immersed for a few minutes in a caustic solution containing 100 g of sodium hydroxide per liter of water, which completely removes the small fragments of aluminum coming from the spraying operation and which are visible. outside the area that was joined. The pan is then polished by belt grinding the surface on which the aluminum foil and pan body are joined.
A container for use as a kitchen utensil may have a body of thermally conductive aluminum joined at each side to a relatively thin protective layer of stainless steel using two sheets of stainless steel, each having approximately 0.25 mm diameter. 'thickness to form the outer layers, and an inner aluminum foil with a thickness of about 3.17 mm, with a junction temperature of about 3431, C. It is not necessary to apply aluminum pulverized on either side of the aluminum foil, and the aluminum layer sprayed on the inner side of each of the stainless steel foils has a thickness of about 0.12 mm.
Such a 3.65 mm thick composite sheet can be embedded into a pot, saucepan or pan.