Procédé de fabrication d'un article constitué par une feuille d'un premier métal assemblée avec une feuille d'un second métal L'invention a trait à un procédé de fabrication d'un article constitué par une feuille d'un premier métal assemblée avec une feuille d'un second métal, ces métaux .ayant un point de fusion au moins aussi élevé que celui de l'aluminium ou d'un alliage d'alu minium, chacune de ces feuilles ayant une surface nettoyée.
L'invention crée un procédé permettant d'obtenir un article formé de deux feuilles faites de métaux dissemblables et se trouvant sensiblement à leur épaisseur finie, ce qui fait qu'une nouvelle diminution notable de leur épaisseur n'est pas nécessaire et per met d'obtenir un produit sans chutes notables.
Ce procédé nécessite une pression très inférieure à celle que demande habituellement le laminage de feuilles de métal composites à partir de matériaux semi-oeuvrés plus épais et il assure une jonction plus solide que celle qui a été habituellement produite par d'autres procédés dans lesquels la feuille composite est obtenue à partir de ses feuilles constitutives sans diminution notable de l'épaisseur des feuilles compo sites assemblées.
Les métaux qui conviennent pour les feuilles uti lisées dans le procédé de l'invention peuvent com prendre les divers alliages ferreux, les aciers inoxy dables, l'aluminium et les alliages à base d'aluminium, le cuivre, le bronze, le laiton, l'argent et ses alliages, l'or et ses alliages, le titane, le zirconium, le cobalt et ses alliages moins fragiles, le nickel et ses alliages, le platine, le palladium et en général tous les métaux ayant un point de fusion égal ou supérieur à celui de l'aluminium ou d'un alliage d'aluminium, qui sont suffisamment ductiles pour être transformés en une matière en feuilles et qui ont des caractéristiques leur permettant de s'allier à l'aluminium.
On peut utiliser l'aluminium pur et ses alliages constitués principalement par de l'aluminium, spécia lement les alliages qui contiennent environ 90 0/o ou plus d'aluminium.
Il est connu de fabriquer divers articles en feuille d'aluminium jointe à une feuille de métal différent. Les propriétés de conduction thermique de l'alumi nium sont extrêmement désirables dans divers dispo sitifs et récipients conducteurs de la chaleur, dans lesquels certaines matières peuvent être chauffées, comme des ustensiles de cuisine. Toutefois, l'utilisa tion 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, particuliè rement désirable dans la fabrication de récipients des tinés à chauffer diverses matières, est un garnissage intérieur en un métal relativement 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 dernière 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.
On chauffe, on met en contact et l'on presse l'une contre l'autre des feuilles distinctes d'alu- minium et d'un métal différent, mais ce procédé qui est censé les joindre donne un pourcentage relativement élevé de produits qui ne sont pas uniformément 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 procédé selon la présente invention est de plus extrêmement désirable du fait qu'on le met en ouvre à des températures et des pressions faciles à obtenir et avec un matériel relativement classique.
Le précédé selon l'invention est caractérisé en ce qu'il consiste à pulvériser au chalumeau de l'alu minium ou un alliage d'aluminium pour constituer une couche d'aluminium ou d'alliage d'aluminium très chaude sur l'une au moins desdites feuilles, à chauffer les deux feuilles en dessous de la tempéra ture du commencement de la fusion de l'aluminium ou dudit alliage d'aluminium,
à mettre en contact les surfaces très chaudes des deux feuilles séparées par ladite couche pendant qu'elles sont toujours chauf fées à cette température de jonction et à exercer sur ces feuilles une pression suffisante pour faire fluer latéralement l'aluminium entre ces feuilles pour les joindre ensemble.
L'invention comprend encore l'article métallique composite résultant de ce procédé, qui comprend une feuille d'aluminium et une feuille d'un autre métal, et une couche d'aluminium pulvérisé disposée entre les deux feuilles, jointe à leurs surfaces adjacentes et constituant la jonction maintenant ensemble ces feuilles.
Sur les dessins annexés La fig. 1 est une coupe d'un récipient sur lequel de l'aluminium est projeté par pulvérisation avec un chalumeau.
La fig. 2 est une coupe d'une presse dans laquelle est disposé le récipient chauffé pulvérisé avec de l'aluminium et la plaque d'aluminium 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.
La fig. 5 est une vue schématique en plan par dessus représentant les phases opératoires d'une mise en ouvre de l'invention.
La fig. 6 est une coupe partielle agrandie d'une feuille de métal composite obtenue par le procédé représenté à la fig. 5.
La fig. 7 est une vue schématique en plan par dessus représentant un procédé selon une autre mise en ouvre de l'invention.
La fig. 8 est une coupe partielle agrandie d'une feuille de métal composite obtenue par le procédé représenté à la fig. 7.
La fig. 9 est une vue schématique en plan par dessus représentant une autre variante du procédé de l'invention. La fig. 10 est une coupe partielle agrandie d'une feuille de métal composite obtenue par le procédé représenté à la fig. 9.
La fig. 11 est une vue en plan schématique d'une autre variante du procédé de l'invention.
La description détaillée qui va suivre et les figu res des dessins illustrent, à titre d'exemple, des mises en #uvre du procédé de l'invention et certains des articles composites métalliques obtenus de ce fait.
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 fu sion supérieur à celui de l'aluminium.
La fig. 1 représente un récipient en métal diffé- rent de l'aluminium sur la surface duquel est appli quée une couche 2 d'aluminium à partir d'un pisto- let-chalumeau 3.
La fig. 2 représente le récipient 1 comportant alors une couche 2 d'aluminium sur sa surface inférieure externe, disposé dans une presse, et une feuille 4 d'aluminium relativement épaisse ayant un diamètre un peu inférieur à celui du récipient et pla cée sur une couche 2 pulvérisée à la flamme, les élé ments constitutifs étant supportés sur le poinçon infé rieur 5 d'une presse ayant une surface supérieure plate, la matrice supérieure 6 de la presse ayant un diamètre un peu supérieur à celui du récipient 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 1 après la jonc tion de la couche épaisse d'aluminium 4 à la surface sur laquelle fut établie la couche d'aluminium 2 pro jeté au chalumeau, le bord 7 de la feuille d'alumi nium 4 coïncidant alors approximativement avec le côté du récipient 1 du fait de son fluage sous pres sion qui est nécessaire pour accompagner sa jonction.
La fig. 4 représente le récipient de la fig. 3 après finition.
Le procédé est basé sur la découverte que, dans certaines conditions, même une feuille relativement épaisse, ou une plaque d'aluminium peut être jointe à une feuille faite d'un métal différent à des tempé ratures facilement atteintes et à des pressions relati vement faibles. Les pressions en cause sont générale ment de l'ordre d'environ quelques centaines de kg/em2. Toutefois, ceci est exprimé d'une manière plus définie dans la diminution de l'épaisseur de la feuille ou de la plaque d'aluminium au cours de sa jonction avec le métal différent.
La pression utilisée doit être telle qu'elle provoque un certain fluage, ou agrandissement 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 %, auxquels s'ajoute la réduction sup plémentaire de l'épaisseur de la couche d'aluminium pulvérisé.
Une mise en #uvre est la suivante. Une feuille du métal différent de l'aluminium qui peut avoir la forme générale désirée du produit fini, comme une casserole ou poêle ou un récipient, est traitée sur la surface à laquelle la feuille ou plaque d'aluminium doit être fixée, pour enlever la quasi-totalité des ma tières étrangères pouvant s'y trouver. Le procédé de nettoyage peut être mécanique, comme une abrasion, il peut être chimique, comme une action détergente, ou il peut consister en un lavage dans un solvant, ou une combinaison 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'aluminium, qui doit y être joint. Parmi les mé taux qui sont particulièrement préférés pour être uti lisés figurent la fonte d'acier en feuille, l'acier inoxy dable, le titane et ses alliages, le cuivre et des allia ges de cuivre, le nickel et les alliages de nickel, ou le zirconium métallique ou un alliage de celui-ci.
Le métal différent est revêtu d'une couche mince d'alu minium projeté par un procédé provoquant l'adhé rence d'une couche mince d'aluminium à une surface et consistant 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 courant de gaz très chaud, avec une force telle que les petites particules soient effectivement fondues sur la surface sur laquelle elles sont proje tées. On peut utiliser un gaz inerte pour protéger la surface sur laquelle le courant oxy-acétylénique con tenant les particules d'aluminium est projeté pendant cette application, 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 mas- quage 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 couche d'aluminium d'une épaisseur comprise entre 0,025 et 0,25 mm, et de préférence de 0,1 mm, à la suite de la projection au chalumeau.
De préférence, les pièces sont chauffées jusqu'à au moins 288 C et habituellement 399o C. L'ébauche en aluminium est de préférence une pièce de métal laminé, mais elle peut être obtenue par moulage. Une feuille d'alu minium laminée est préférée parce que son point de fusion est d'environ 280 C supérieur à celui des allia ges d'aluminium habituels à partir desquels la plaque d'aluminium aurait été moulée. Après mise en con tact des deux pièces, une pression suffisante est appli quée pour que l'épaisseur de la plaque d'aluminium soit réduite d'au moins 1 11/o, de préférence d'envi ron 5 %, et de moins de 8 %, 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 contraintes du produit ainsi formé, en le chauffant jusqu'au point de fusion commençante de l'aluminium ou de l'alliage d'aluminium, en général au-dessus de 2880 C et, de préférence, environ 399 C, pour éliminer les con traintes, après quoi on le laisse se refroidir lentement jusqu'à la température 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 de l'article produit. La jonction se fait à une pression relativement basse. La diminution de l'épais seur de la plaque d'aluminium est relativement fai ble, environ 5 0/o et au maximum 8 Vo. En outre, le procédé est avantageux, du fait que l'importance de la finition nécessaire du produit 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 en acier inoxydable, à la sur face inférieure externe duquel était jointe une feuille faite d'un alliage d'aluminium, fut formé de la ma nière suivante.
Une feuille d'acier inoxydable 18-8 du type 302 fut utilisée pour former une poêle ayant une épaisseur de paroi de 0,63 mm. Cette poêle en acier inoxydable fut chauffée jusqu'à une température de 3710 C et elle reçut sur sa surface chauffée un revêtement pro jeté adhérent de 0,10 mm d'épaisseur d'un alliage d'aluminium 25 ou d'un alliage AA-1100. Toute la poêle, à l'exception du fond, fut masquée et la partie découverte du fond reçut un revêtement d'aluminium au moyen d'un fil de ce métal avancé dans un pis tolet Schoop chauffé avec de l'acétylène et de l'oxy gène.
Une ébauche en alliage d'aluminium AA-1100 de 3,17 mm d'épaisseur fut coupée à la dimension du fond de la poêle, planée et nettoyée avec une cour roie abrasive sur son côté destiné à être joint, et le support ayant reçu une pulvérisation d'aluminium ainsi que l'ébauche furent chauffés jusqu'à 426,60 C. La matrice utilisée pour exercer la pression sur l'ébauche d'aluminium comportait un léger bombe- ment vers le centre de la matrice, ce qui surélevait le centre de cette dernière d'environ 0,25 mm à par- tir 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'ébau che 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 sur faces (ou ses deux surfaces) soit un peu concave et que la matrice elle-même soit plate. Une caractéris tique importante de l'utilisation d'une feuille ou pla que 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 récipient.
La pression est appliquée avec une force suffisante pour que l'épaisseur de l'ébauche d'alumi nium soit diminuée de 1 0/o à 8 %, et de préférence de 5 %. On chauffe le produit ainsi formé jusqu'à ce que la partie constituée par la plaque d'aluminium atteigne une température de 3990 C et on laisse alors refroidir à la température ambiante. On plonge la poêle refroidie pendant quelques minutes dans une solution caustique contenant 100 g d'hydroxyde de sodium par litre d'eau, ce qui enlève complètement les petits fragments d'aluminium provenant de l'opé ration de pulvérisation et qui se trouvent 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 la poêle sont jointes.
La fig. 5 représente schématiquement une forme de réalisation du procédé dans laquelle un métal en feuille se trouvant sensiblement à son épaisseur finale est débité à partir de deux rouleaux 10 et 11, tandis qu'il est dans un état chauffé jusqu'à une température ne dépassant pas le point de fusion de l'aluminium et de préférence à environ 3990 C.
Chacune des deux faces adjacentes des feuilles ou bandes de métal débi tées des rouleaux 10 et 11 reçoit une pulvérisation uniforme d'une couche d'aluminium d'une épaisseur comprise entre environ 0,02 et 0,20 mm, et de pré férence d'environ 0,10 mm. Dans le cas où l'une des feuilles des rouleaux 10 ou 11 est en aluminium ou en alliage d'aluminium, on peut supprimer la pulvé risation sur la face adjacente de cette feuille.
L'épaisseur de l'une ou l'autre des feuilles débi tées des rouleaux 10 et 11 peut varier largement, et être, par exemple, comprise entre environ 0,13 et 6,3 mm.
Au droit de la largeur des feuilles ou bandes débitées des rouleaux 10 et 11 sont disposés plu sieurs mécanismes de pistolets de pulvérisation au chalumeau 12 et 13, qui sont conçus de manière à déposer une couche essentiellement uniforme sur chacune des feuilles ou bandes en déplacement, après quoi les feuilles ou bandes sont guidées par des galets de guidage 14 jusqu'à la ligne de pinçage de cylindres presseurs chauffés 15 et 16 chauffés jusqu'à environ 3150 C, qui sont fortement appliqués ensemble par leurs cylindres d'appui respectifs 17, 18 et sont con venablement entraînés en rotation à la manière classi que d'un laminoir.
Les feuilles ou bandes sont alors enroulées sur un dispositif récepteur approprié pour former un grand rouleau 19, ou bien elles sont cou pées en longueurs désirées.
Quand la feuille la plus ductile des feuilles métal liques à joindre est de l'aluminium ou un métal plus mou que l'aluminium, on a constaté qu'une diminu tion de l'épaisseur totale de la feuille la plus ductile supérieure de préférence à 1 0/o et inférieure à 8 0/o donne les meilleurs résultats. Toutefois, si les deux feuilles sont faites de métaux relativement plus durs que l'aluminium, il n'est pas nécessaire qu'il se pro duise une diminution quelconque de l'épaisseur des feuilles, bien qu'une certaine diminution puisse avoir lieu sans effet nuisible.
Au cours de l'opération de jonction, la surface relativement poreuse et un peu irrégulière de la cou che d'aluminium pulvérisé devient une couche sen siblement homogène si elle est pressée contre une autre couche projetée, ou une couche d'aluminium dont la diminution d'épaisseur ne dépasse pas de préférence 40 0/o de l'épaisseur de la couche projetée. Une diminution d'épaisseur de la couche projetée ou de couches dépassant 40 0/o peut donner lieu à des jonctions médiocres provenant du fait que la couche d'aluminium pulvérisé s'est déplacée latéralement sur son support.
Quand les cylindres 15 et 16 sont chauffés et lorsque l'une des feuilles ou bandes en cours de lami nage est en aluminium, il est préférable d'enduire le côté de la bande qui doit porter contre le cylindre adjacent avec une matière de libération, comme une suspension de graphite, de bisulfure de molybdène ou d'une autre matière, pour empêcher une adhérence même momentanée de la feuille d'aluminium à la sur face du cylindre.
La diminution relativement faible des épaisseurs combinées a une importance spéciale lorsque les feuilles métalliques jointes sont en métaux dissem blables, comme un métal relativement dur et un mé tal relativement mou (par eiemple de l'acier inoxy dable et du cuivre). Une diminution excessive d'épais seur provoquerait une quantité considérable de dé chets provenant de l'ébarbage qui serait nécessaire, et se traduirait également par une jonction plus faible due à un cisaillement de l'aluminium, déposé par projection à partir de l'une ou des deux surfaces de métal ayant reçu la pulvérisation.
De plus, la dimi- nution d'épaisseur est habituellement irrégulière, ce qui fait que dans les parties situées sur la longueur de la feuille composite, l'un des métaux ou les deux métaux ont été irrégulièrement amincis, à la diffé rence de l'uniformité quasi totale d'épaisseur que donne le procédé décrit.
La fia. 6 représente schématiquement à une échelle très agrandie une coupe partielle d'une feuille composite dans laquelle une feuille relativement mince d'un premier métal 20 fut jointe à une cou che plus épaisse d'un second ou autre métal 21, et dans laquelle la couche ou les couches intermédiaires d'aluminium projeté 22 devinrent homogénéisées et jointes ensemble. Dans le cas où la couche 21 est en aluminium, on peut bien entendu ne pas projeter d'aluminium sur cette surface, et l'aluminium projeté qui est joint à la surface de la feuille 20 est joint directement à l'aluminium de la feuille 21, en cons tituant un produit composite du type représenté aux fig. 5 et 6.
La fig. 7 représente de façon similaire une va riante dans laquelle la projection d'aluminium sur les surfaces des feuilles à partir des cylindres 10 et 11 se fait sur ces surfaces au moyen de jets de plasma 26 projetés avec de l'aluminium en poudre. De ce fait, une seule rangée de jets de plasma peut servir à appliquer la projection d'aluminium aux faces adja centes des deux bandes métalliques juste avant leur compression par les cylindres presseurs chauffés 15 et 16, et elle peut également servir à éviter la néces sité de préchauffer les rouleaux 10 et 11.
Au lieu de préchauffer les rouleaux 10 et 11, on peut les chauffer au moyen de fours, de disposi tifs de chauffage par induction, de flammes ou par d'autres moyens, placés entre l'endroit où les feuilles sont tirées des rouleaux et l'endroit où la projection d'aluminium est appliquée à la surface des bandes métalliques.
Le produit du procédé représenté à la fig. 7 peut être identique à celui que représente la fig. 6.
La fig. 9 représente d'une manière similaire un appareil pour joindre ensemble trois couches de mé taux. Comme représenté, une feuille ou bande métal lique est tirée hors des trois rouleaux 30, 31 et 32. Comme représenté, trois feuilles ou bandes métalli ques distinctes sont tirées respectivement hors de ces trois rouleaux, après avoir été de préférence pré chauffées jusqu'à environ 399,1 C, et elles sont en voyées à une vitesse suffisamment rapide pour ne pas se refroidir sensiblement avant leur compression par une forte mise en contact les unes avec les autres.
On projette une pulvérisation d'aluminium sur les deux paires de faces adjacentes des feuilles ou bandes métalliques, soit par des jets de flammes émis par quatre jeux d'appareils de projection de flamme ou chalumeaux, soit à partir de deux jeux de jets de plasma projetés avec de la poudre d'aluminium (comme dans le cas de la fig. 7) et, de même, sauf si n'importe lequel des rouleaux de métal 30, 31 et 32 est en aluminium, il n'est pas nécessaire que la face adjacente en aluminium reçoive une projection d'aluminium.
Comme décrit précédemment, les feuil les ou bandes sont tirées et comprimées ensemble avec force au moyen des cylindres chauffés 15 et 16, de manière que l'épaisseur des couches les plus duc tiles dans les épaisseurs combinées de l'aluminium projeté soit réduite de préférence jusqu'à 8 %, pen dant que ces couches sont encore chauffées jusqu'à 2880 C ou plus, de préférence à environ 399 C, et sans dépasser la température à laquelle l'aluminium projeté ou le métal de n'importe laquelle des bandes atteint le point de fusion commençante. Ensuite, on cisaille le matériau composite ou bien on l'enroule sous forme d'un rouleau 19 dont le diamètre est suf fisamment grand pour que le matériau ne se bombe pas de façon excessive.
Le matériau composite obtenu par le procédé représenté à la fig. 9 est illustré en coupe fragmen taire à la fig. 10 et comprend les deux couches extérieures de métaux 20 et 24 qui sont fortement jointes à une couche intermédiaire de métal 21 au moyen des couches homogénéisées d'aluminium pro jeté 22 et 23.
La fig. 11 représente plus en détail un procédé similaire à celui qui est représenté à la fig. 9, dans lequel trois couches de métaux sont jointes ensem ble. Trois enroulements 33, 34 et 35, de préférence d'une bande ou feuille d'un métal, sont prévus. Les feuilles des métaux peuvent être chacune préchauf fées séparément, par les éléments de chauffage 36, à mesure qu'elles sont débitées de leurs rouleaux respectifs. De préférence, la température de préchauf fage est d'environ 399,1 C, mais il faut qu'elle soit inférieure à la température de fusion commençante de l'aluminium et qu'elle soit de préférence supé rieure à 2880 C.
Les métaux chauffés sont envoyés à partir de leurs rouleaux respectifs à une vitesse suffisamment rapide pour ne pas se refroidir sensi blement avant d'être pressés les uns contre les autres. Les deux paires de faces adjacentes des feuil les ou bandes métalliques reçoivent une pulvérisation appropriée d'aluminium d'un appareil de pulvérisa tion ou pistolet 37, soit par un appareil de pulvérisa tion avec chalumeau, soit par des jets de plasma envoyés avec de l'aluminium en poudre. Du fait des caractéristiques de conception et de fonctionnement de l'appareil de projection de plasma, on a trouvé qu'on peut supprimer l'opération de préchauffage sans effet nuisible lorsqu'on utilise des jets de plasma.
Comme dans le procédé représenté à la fig. 9, si l'un quelconque des métaux à joindre est de l'alu minium, il n'est pas nécessaire que la face adjacente d'aluminium reçoive une pulvérisation d'aluminium.
Les feuilles de métal pulvérisé sont guidées de manière à être espacées les unes des autres par des galets 38 jusque dans une chambre de chauffage appropriée 40, comme par exemple un four, dans laquelle les métaux sont soumis à une chaleur de pré-jonction de préférence supérieure à 2880 C, et plus préférablement d'environ 399 C, mais sans dépasser la température de fusion commençante de l'aluminium projeté.
Les métaux, toujours espacés, sont amenés dans le four 40 et passent par deux brosses ou éléments de nettoyage (non représentés) qui ne portent que contre la surface en aluminium, en enlevant les particules indésirables pouvant s'y trouver, comme de menus fragments épars ou sans adhérence d'aluminium provenant de l'opération de pulvérisation.
Comme décrit précédemment, les feuilles ou bandes sont tirées et sont pressées ou comprimées ensemble par des cylindres chauffés 44 et 46, de manière à réduire de préférence jusqu'à 8 0/o l'épais seur de la couche la plus ductile et de provoquer une certaine réduction de l'épaisseur de la couche d'aluminium projeté pendant que les feuilles ou ban des métalliques sont encore chauffées jusqu'à<B>2880</B> C ou plus, de préférence à environ<B>3990</B> C, mais sans dépasser la température de fusion commençante de l'aluminium projeté.
Ensuite, le matériau composite est cisaillé ou enroulé sous forme d'un rouleau 48 ayant un dia mètre suffisamment grand pour empêcher le matériau de se bomber d'une manière excessive.
Il est habituellement préférable et désirable d'éli miner les contraintes de la feuille composite avant de la cisailler ou de l'enrouler. Pour obtenir ce résultat, la feuille composite passe par une seconde chambre de chauffage 50 où elle est soumise à une chaleur d'élimination de contraintes d'environ 2880C, mais inférieure à la température de fusion commençante de l'aluminium, de préférence d'envi ron 399 C. On laisse ensuite la feuille composite se refroidir lentement jusqu'à la température ambiante.
Avant d'enrouler la feuille composite, on peut, si on le désire, la soumettre à d'autres opérations de finition, comme un brillantage ou un polissage de couleur ou un passage dans un bain caustique.
De ce fait, on peut utiliser l'aluminium, un alliage de fusion plus élevé pour l'une des bandes constituant le matériau composite.
Avec certains métaux s'oxydant facilement, comme le cuivre, il est préférable d'utiliser une flamme réductrice avec l'appareil de projection de flamme, ou un gaz réducteur comme l'hydrogène avec un appareil de pulvérisation chauffé avec un arc électrique ; ou bien, quand on utilise un arc ou un jet de plasma, il est préférable d'utiliser une atmosphère d'hydrogène, d'azote, d'argon ou un mélange d'hydrogène, d'azote et/ou d'argon, afin d'empêcher une oxydation excessive de la surface du cuivre. De façon similaire, il faut prendre les mêmes précautions lorsque les deux métaux s'oxy dent facilement aux températures opératoires.
On peut opérer la jonction de différents métaux comme suit 1) L'acier inoxydable type 302, de 0,63 mm d'épaisseur joint à une feuille d'aluminium de 3,17 mm d'épaisseur, l'acier inoxydable étant revêtu par pulvérisation d'un revêtement de 0,10 mm d'épaisseur d'aluminium ou d'un alliage d'aluminium No AA-1100. Une telle feuille composite (ayant une épaisseur finale d'environ 3,7 mm) peut être trans formée en ustensiles de cuisine.
2) L'acier inoxydable type 430, de 0,76 mm d'épaisseur, joint à une feuille de cuivre recuit de 2,03 mm d'épaisseur, les faces adjacentes de l'acier inoxydable et du cuivre comportant chacune un revêtement projeté par pulvérisation d'aluminium d'environ 0,076 mm d'épaisseur, les feuilles super posées étant laminées pour réduire leurs épaisseurs combinées à 2,7 mm. On peut emboutir des ébau ches de ce matériau composite pour obtenir des mar mites de cuisine, des poêles ou des articles similaires.
3) Une bande d'acier S.A.E. 1040, de 3,81 mm d'épaisseur peut être jointe à une feuille d'un alliage de bronze convenant comme surface de portée ou de palier, la feuille de bronze ayant 2,61 mm d'épaisseur, chacune des faces adjacentes ayant reçu une pulvérisation d'une couche d'aluminium de 0,076 mm, et le matériau composite étant soumis à une pression de laminage pour avoir une épaisseur finale de 6,35 mm, permettant d'ébaucher et de for mer des paliers de coussinets.
4) Un matériau composite à utiliser en bijou terie ou comme moulure d'accrochage de tableaux aux murs peut être formé à partir d'une feuille d'argent de 0,12 mm jointe à une feuille d'acier ino xydable type 302 de 0,51 mm d'épaisseur par une couche d'aluminium pulvérisé sur les faces adjacen tes de l'argent et de l'acier inoxydable, chaque cou che d'aluminium pulvérisé ayant environ 0,05 mm d'épaisseur pour donner un matériau composite de 0,68 mm d'épaisseur. En fabriquant ce matériau, on peut chauffer la feuille d'argent et la feuille d'acier inoxydable jusqu'à une température comprise entre 371 et 4540 C,
quoiqu'on obtienne une bonne jonc tion au-dessus de 315p C et jusqu'à des températures aussi élevées que<B>5930</B> C.
5) De l'argent fin (titrant 99,9 0/0 ou plus), de 0,25 mm d'épaisseur, sous forme d'une feuille ou d'une bande peut être joint à une feuille ou à une bande de cuivre de 2,28 mm d'épaisseur, avec une projection d'aluminium de 0,051 mm sur les deux surfaces adjacentes, en utilisant des températures de pulvérisation et de jonction d'environ<B>3990</B> C, pour former un matériau composite de 2,33 mm d'épais seur à partir duquel on peut obtenir une ébauche d'un bon contact électrique.
6) Pour la bijouterie, une feuille d'or ayant le degré de finesse désiré, d'environ 0,13 mm d'épais seur, peut être jointe à une feuille de support en argent nickelé de 0,76 mm d'épaisseur, en utilisant une couche d'aluminium de 0,076 mm projeté sur les deux faces adjacentes de la feuille.
7) On peut former des panneaux de construction, convenant spécialement pour être utilisés à l'extérieur d'une construction de cloison métallique, en utilisant une feuille d'aluminium de 0,38 mm d'épaisseur, jointe à une feuille (f acier doux de 1,52 mm d7épais- seur, cet acier ayant reçu une pulvérisation d'une couche d'aluminium ayant une épaisseur comprise entre 0,13 et 0,18 mm, et les deux surfaces des métaux ayant été chauffées avant la pulvérisation et la jonction jusqu'à environ 3430 C, ce qui donne une feuille composite de 2,05 mm d'épaisseur.
8) Un bilame de thermostat peut être fabriqué à partir d'une jonction d'une feuille de métal invar et d'une feuille d'un alliage d'aluminium constitué par 95 0/o d'aluminium et par 5 0/o de cuivre, les deux feuilles ayant 0,63 mm d'épaisseur, et la face adja cente du métal Invar ayant reçu une pulvérisation d'une couche d'aluminium de 0,076 mm et ayant été jointe à une température d'environ 343o C.
9) Pour une utilisation comme récipients de réactions, creusets et autres appareils métalliques de laboratoire de ce genre, une feuille de nickel pur peut être jointe à une feuille d'acier inoxydable, la feuille de nickel ayant une épaisseur d'environ 0,25 mm et la feuille d'acier inoxydable ayant une épaisseur d'environ 0,51 mm, avec des couches de jonction d'aluminium projeté sur les faces adjacentes d'environ 0,076 mm chacune.
10) On peut fabriquer un article composite semi- ouvré économique pour des buffets de cuisines et des utilisations similaires en joignant une feuille de métal Monel 5> d'environ 0,25 mm d'épaisseur à un support en acier au carbone d'épaisseur désirée, par exemple 0,51 mm. On peut joindre ces couches ensemble de la manière décrite ci-dessus en utilisant une couche d'environ 0,1 mm d'épaisseur d'alumi nium projeté sur chacune des faces adjacentes des feuilles de métal.
11) On peut fabriquer économiquement des arti cles métalliques de laboratoire extrêmement résis tants à la corrosion, comme des creusets et des cuves d'évaporation, en joignant une feuille de palladium d'environ 0,25 mm d'épaisseur à une feuille beau coup plus massive de cuivre, ayant par exemple une épaisseur de 0,76 mm, en utilisant un revêtement d'aluminium projeté sur chacune des faces adjacentes des deux métaux, chaque couche ayant une épais seur d'environ 0,076 mm. Cette feuille composite est réduite à une épaisseur hors-tout d'environ<B>1,06</B> mm avec utilisation de température d'environ 4260 C.
12) On peut fabriquer un matériau de bijouterie semi-ouvré comportant une face en platine, en joi gnant une feuille de platine d'environ 0,076 mm d'épaisseur à une feuille en acier inoxydable d'envi ron 0,25 mm d'épaisseur, en utilisant des couches d'aluminium projeté d'environ 0,05 mm d'épaisseur et des températures de jonction d'environ 4260 C. On peut également faire des matériels métalliques de laboratoire avec ce matériau semi-#uvré quand la résistance à la corrosion est une question pré sentant de l'importance.
13) Des ustensiles de éuisine à usage intensif ayant un corps en aluminium thermoconducteur joint par chacune de ses faces à une couche pro tectrice relativement mince d'acier inoxydable peu vent être fabriqués suivant le procédé relatif à la fig. 11, et avec utilisation de deux feuilles d'acier inoxydable, ayant chacune environ 0,25 mm d'épais seur pour constituer les couches extérieures, et d'une feuille intérieure d'aluminium d'une épaisseur d'envi ron 3,17 mm, avec une température de jonction d'environ 3430 C.
Il n'est pas nécessaire d'appliquer de l'aluminium pulvérisé sur l'une ou l'autre face de la feuille d'aluminium, et la couche d'aluminium projeté sur la face intérieure de chacune des feuilles en acier inoxydable a une épaisseur d'environ 0,13 mm. On peut emboutir une telle feuille compo site de 3,65 mm d'épaisseur pour en faire une marmite, une casserole ou une poêle.
14) On peut fabriquer un autre genre de maté riau composite semi-#uvré qui convient aussi spé cialement pour former des marmites de cuisine, des casseroles ou des poêles de cuisine, ainsi que pour de nombreuses utilisations, en suivant le procédé de la fig. 11 en utilisant deux feuilles d'acier inoxydable ayant chacune environ 0,15 mm d'épaisseur pour constituer les couches extérieures avec une couche intérieure d'acier recuit (S.A.E. 1010) de 1,27 mm d'épaisseur.
Toutefois, dans ce cas une pulvérisation d'aluminium (0,1 mm) est appliquée sur la face inté rieure de chacune des feuilles d'acier inoxydable et sur les deux faces de l'acier au carbone, après quoi on fait exercer une forte pression à une température d'environ 371o C.
Bien que les exemples qu'on vient de mentionner ci-dessus décrivent le procédé où la pression de jonc tion est appliquée par les cylindres presseurs 15 et 16, cette pression peut être appliquée dans une presse appropriée ou au moyen d'un marteau-pilon. Dans ce cas, l'un des métaux à joindre ensemble est cons titué par une feuille de dimensions appropriées. Ainsi, on peut fabriquer un récipient de cuisine en acier inoxydable, comme une poêle, comportant un fond en cuivre relativement épais joint fermement, mais en utilisant une feuille circulaire de cuivre de dimension appropriée.
L'une des faces de la feuille de cuivre et le fond de la poêle sont nettoyés, chauf fés jusqu'à 315o C ou un peu au-dessus, et reçoivent une pulvérisation d'un mince revêtement d'alumi nium. Ensuite, on met en contact la feuille de cuivre et la poêle en acier inoxydable de manière que leurs surfaces portant la pulvérisation d'aluminium soient en contact, et on les soumet ensuite à une pression dans une presse appropriée ou au moyen d'un mar teau-pilon, comme décrit à propos de la fig. 2.
Method of manufacturing an article consisting of a sheet of a first metal assembled with a sheet of a second metal The invention relates to a method of manufacturing an article consisting of a sheet of a first metal assembled with a sheet of a second metal, these metals having a melting point at least as high as that of aluminum or an aluminum alloy, each of these sheets having a cleaned surface.
The invention provides a method for obtaining an article formed of two sheets made of dissimilar metals and lying substantially at their finished thickness, whereby a further significant reduction in their thickness is not necessary and allows d '' obtain a product without notable falls.
This process requires a much lower pressure than that usually required when rolling composite metal sheets from thicker semi-worked materials and provides a stronger joint than that which has usually been produced by other processes in which the composite sheet is obtained from its constituent sheets without noticeable reduction in the thickness of the assembled composite sheets.
The metals which are suitable for the sheets used in the process of the invention can include the various ferrous alloys, stainless steels, aluminum and aluminum-based alloys, copper, bronze, brass, etc. silver and its alloys, gold and its alloys, titanium, zirconium, cobalt and its less fragile alloys, nickel and its alloys, platinum, palladium and in general all metals with a melting point equal to or greater than that of aluminum or an aluminum alloy, which are ductile enough to be formed into a sheet material and which have characteristics which allow them to alloy with aluminum.
Pure aluminum and its alloys consisting mainly of aluminum can be used, especially alloys which contain about 90% or more aluminum.
It is known to manufacture various articles from aluminum foil joined with a different metal foil. The thermal conduction properties of aluminum are extremely desirable in a variety of heat-conductive devices and containers, 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 heatable containers of various 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 joined are normally manufactured in one of the following ways: a) Molten aluminum is molded directly onto a clean surface of a different metal, which is a relatively expensive process.
b) An aluminum plate is brought into contact 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 to that the latter melts in contact with the metal and then allowed to cool, but this process has been found to be unsafe and requires heavy equipment.
Separate sheets of aluminum and a different metal are heated, contacted and pressed against each other, but this process which is supposed to join them gives a relatively high percentage of products which are not evenly joined.
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 process according to the present invention is furthermore extremely desirable because it is carried out at easily obtainable temperatures and pressures and with relatively conventional equipment.
The precedent according to the invention is characterized in that it consists in spraying aluminum or an aluminum alloy with a torch to form a very hot layer of aluminum or aluminum alloy on one of the sides. minus said sheets, heating the two sheets below the temperature of the commencement of melting of the aluminum or said aluminum alloy,
in contacting the very hot surfaces of the two sheets separated by said layer while they are still heated to this junction temperature and in exerting sufficient pressure on these sheets to cause the aluminum to flow laterally between these sheets to join them together.
The invention further comprises the composite metal article resulting from this process, which comprises an aluminum foil and a foil of another metal, and a layer of sprayed aluminum disposed between the two foils, joined to their adjacent surfaces and constituting the junction holding these sheets together.
In the accompanying drawings, FIG. 1 is a sectional view of a container onto which aluminum is sprayed by spraying with a torch.
Fig. 2 is a sectional view of a press in which the heated vessel sprayed with aluminum 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.
Fig. 5 is a schematic plan view from above showing the operating phases of an implementation of the invention.
Fig. 6 is an enlarged partial section of a composite metal sheet obtained by the process shown in FIG. 5.
Fig. 7 is a schematic top plan view showing a method according to another embodiment of the invention.
Fig. 8 is an enlarged partial section of a sheet of composite metal obtained by the process shown in FIG. 7.
Fig. 9 is a schematic plan view from above showing another variant of the method of the invention. Fig. 10 is an enlarged partial section of a composite metal sheet obtained by the method shown in FIG. 9.
Fig. 11 is a schematic plan view of another variant of the method of the invention.
The detailed description which follows and the figures of the drawings illustrate, by way of example, implementations of the process of the invention and some of the metallic composite articles obtained thereby.
Figs. ' 1 to 4 show 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 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 container 1 then comprising a layer 2 of aluminum on its outer lower surface, placed in a press, and a relatively thick aluminum foil 4 having a diameter a little less than that of the container and placed on a layer 2 sprayed with a flame, the constituent elements being 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 a low clearance on the periphery of the container, this matrix being slightly convex at its central part.
Fig. 3 shows the container 1 after the junction of the thick aluminum layer 4 to the surface on which the torch-sprayed aluminum layer 2 was established, the edge 7 of the aluminum foil 4 then coinciding approximately with the side of the container 1 due to its creep under pressure which is necessary to accompany its junction.
Fig. 4 shows the container of FIG. 3 after finishing.
The process 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 easily attained temperatures and relatively low pressures. . The pressures involved are generally of the order of about a few hundred kg / em2. However, this is expressed more clearly in the decrease in thickness of the aluminum foil or plate 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%, to which is added the additional reduction in the thickness of the sprayed aluminum layer.
An implementation is as follows. A sheet of the non-aluminum metal which may have the desired general shape of the finished product, such as a pot or pan or container, is treated on the surface to which the aluminum sheet or plate is to be attached, to remove the residue. almost all of the foreign materials that can be found 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 iron sheet steel, stainless steel, titanium and its alloys, copper and copper alloys, nickel and nickel alloys, or metallic zirconium or an alloy thereof.
The dissimilar metal is coated with a thin layer of aluminum sprayed by a process of causing a thin layer of aluminum to adhere to a surface and generally consisting 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 are then heated which is coated with a layer of aluminum with a thickness between 0.025 and 0.25 mm, and preferably 0.1 mm, following torch projection.
Preferably the parts are heated to at least 288 ° C and usually 399 ° C. The aluminum blank is preferably a rolled metal part, but it can be obtained by casting. A laminated aluminum foil is preferred because its melting point is about 280 ° C higher than that of conventional 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 11 / o, preferably by about 5%, and less than 8%, plus some reduction in the thickness of the sprayed aluminum.
An exceptionally good junction is thus obtained between the two pieces of metal.
It is usually preferred to remove the stresses from the product so formed by heating it to the starting melting point of the aluminum or aluminum alloy, generally above 2880 C and preferably about 399 C. , to eliminate the constraints, 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 process is particularly desirable because it retains the aluminum using a little more than the amount needed to cover the desired portion of the article produced. The junction takes place at a relatively low pressure. The reduction in the thickness of the aluminum plate is relatively small, about 50/0 and at most 8 Vo. Further, the process is advantageous, since the amount of finish required of the product is less than that required by conventional processes to achieve such a joint.
As a specific example of the process described above, a stainless steel container, to the outer underside of which was joined a foil made of an aluminum alloy, was formed in the following manner.
A type 302 18-8 stainless steel sheet was used to form a pan having a wall thickness of 0.63 mm. This stainless steel frying pan was heated to a temperature of 3710 C and on its heated surface it received an adherent spray coating 0.10 mm thick of an aluminum alloy 25 or an AA- alloy. 1100. The whole pan, except the bottom, was masked and the exposed part of the bottom received an aluminum coating by means of a wire of this metal advanced in a schoop udder heated with acetylene and oxy gene.
A 3.17mm thick AA-1100 aluminum alloy blank was cut to the size of the bottom of the pan, leveled and cleaned with an abrasive belt on its side to be joined, and the backing receiving an aluminum spray as well as 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 raised the center of the latter about 0.25 mm from its edge to which it joined by a gentle curvature.
The purpose of this profile was to drive out the air that may be between the blank and the different metal, before the application of the total force of the pressure 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 its two surfaces) is a little concave and that the matrix itself is flat. An important feature of the use of a preformed aluminum foil or plate resides in the fact that at least one of its surfaces is concave and that this surface may be that which is in contact with the aluminum layer. projected with a torch onto the container.
The pressure is applied with a force sufficient so that the thickness of the aluminum blank is reduced by 10% to 8%, and preferably by 5%. The product thus formed is heated until the part consisting of the aluminum plate reaches a temperature of 3990 ° C. and it is 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 located at the bottom. outside the area that has been joined.
The pan is then polished by belt grinding the surface on which the aluminum foil and pan are joined.
Fig. 5 schematically shows one embodiment of the process in which sheet metal at substantially its final thickness is fed from two rolls 10 and 11 while it is in a heated state to a temperature not exceeding the melting point of aluminum and preferably at about 3990 C.
Each of the two adjacent faces of the metal sheets or strips debited from the rollers 10 and 11 receives a uniform spraying of a layer of aluminum with a thickness of between about 0.02 and 0.20 mm, and preferably of 'about 0.10 mm. In the case where one of the sheets of rollers 10 or 11 is made of aluminum or an aluminum alloy, the spraying on the adjacent face of this sheet can be suppressed.
The thickness of one or the other of the sheets debited from the rolls 10 and 11 can vary widely, and be, for example, between about 0.13 and 6.3 mm.
To the right of the width of the sheets or bands debited from the rollers 10 and 11 are arranged several torch spray gun mechanisms 12 and 13, which are designed so as to deposit an essentially uniform layer on each of the sheets or bands in motion, after which the sheets or webs are guided by guide rollers 14 to the nip line of heated press rolls 15 and 16 heated to about 3150 C, which are strongly pressed together by their respective support rolls 17, 18 and are suitably driven in rotation in the conventional manner of a rolling mill.
The sheets or webs are then wound onto a suitable receiving device to form a large roll 19, or they are cut into desired lengths.
When the more ductile sheet of the metal sheets to be joined is aluminum or a metal softer than aluminum, it has been found that a decrease in the total thickness of the more ductile sheet preferably greater than 1 0 / o and less than 8 0 / o gives the best results. However, if the two sheets are made of metals which are relatively harder than aluminum, it is not necessary for any decrease in the thickness of the sheets to occur, although some decrease may take place without. detrimental effect.
During the joining operation, the relatively porous and somewhat irregular surface of the sprayed aluminum layer becomes a very homogeneous layer if it is pressed against another sprayed layer, or a layer of aluminum whose decrease. thickness preferably does not exceed 40 0 / o of the thickness of the sprayed layer. A decrease in the thickness of the sprayed layer or of layers exceeding 40% can give rise to poor seams due to the fact that the sprayed aluminum layer has moved laterally on its support.
When the rolls 15 and 16 are heated and one of the sheets or strips being laminated is aluminum, it is preferable to coat the side of the strip which is to bear against the adjacent roll with a release material. such as a suspension of graphite, molybdenum disulphide or other material, to prevent even momentary adhesion of the aluminum foil to the face of the cylinder.
The relatively small decrease in the combined thicknesses is of special importance when the joined metal foils are of dissimilar metals, such as relatively hard metal and relatively soft metal (eg stainless steel and copper). Excessive reduction in thickness would cause a considerable amount of waste from the deburring that would be required, and would also result in a weaker junction due to shear of the aluminum, sprayed from one of them. or both metal surfaces which have received the spray.
In addition, the decrease in thickness is usually irregular, so that in the parts along the length of the composite sheet, one or both metals have been irregularly thinned, unlike the almost total uniformity of thickness that gives the method described.
The fia. 6 schematically shows on a greatly enlarged scale a partial section of a composite sheet in which a relatively thin sheet of a first metal 20 was joined to a thicker layer of a second or other metal 21, and in which the layer or the intermediate layers of sprayed aluminum 22 became homogenized and joined together. In the case where the layer 21 is made of aluminum, it is of course possible not to spray aluminum on this surface, and the sprayed aluminum which is joined to the surface of the sheet 20 is joined directly to the aluminum of the sheet. 21, by constituting a composite product of the type shown in FIGS. 5 and 6.
Fig. 7 shows similarly an alternative in which the projection of aluminum on the surfaces of the sheets from the cylinders 10 and 11 takes place on these surfaces by means of plasma jets 26 projected with powdered aluminum. Therefore, a single row of plasma jets can be used to apply the aluminum spray to the adjacent faces of the two metal strips just before their compression by the heated press rolls 15 and 16, and it can also serve to avoid the need. sity to preheat rollers 10 and 11.
Instead of preheating the rolls 10 and 11, they can be heated by means of ovens, induction heaters, flames or other means, placed between where the sheets are drawn from the rolls and the 'where the aluminum spray is applied to the surface of the metal strips.
The product of the process shown in FIG. 7 may be identical to that shown in FIG. 6.
Fig. 9 shows in a similar manner an apparatus for joining together three layers of metal. As shown, a lique metal sheet or strip is drawn out of the three rollers 30, 31 and 32. As shown, three separate metal sheets or strips are respectively drawn out of these three rollers, after having been preferably preheated to. about 399.1 C, and they are sent at a rate fast enough not to cool significantly before being compressed by strong contact with each other.
An aluminum spray is projected onto the two pairs of adjacent faces of the metal sheets or strips, either by jets of flames emitted by four sets of flame projection devices or torches, or from two sets of plasma jets. sprayed with aluminum powder (as in the case of fig. 7) and, likewise, unless any of the metal rollers 30, 31 and 32 are made of aluminum, it is not necessary that the adjacent aluminum face receives an aluminum projection.
As previously described, the sheets or bands are pulled and pressed together with force by means of the heated rolls 15 and 16, so that the thickness of the thinner layers in the combined thicknesses of the sprayed aluminum is preferably reduced. up to 8%, while these layers are still heated to 2880 C or higher, preferably about 399 C, and not exceeding the temperature at which the aluminum sprayed or the metal of any of the strips reaches the starting melting point. Then, the composite material is sheared or else it is wound in the form of a roll 19, the diameter of which is large enough so that the material does not bulge excessively.
The composite material obtained by the process shown in FIG. 9 is illustrated in fragmentary section in FIG. 10 and comprises the two outer layers of metals 20 and 24 which are strongly joined to an intermediate layer of metal 21 by means of the homogenized layers of projected aluminum 22 and 23.
Fig. 11 shows in more detail a process similar to that shown in FIG. 9, in which three layers of metals are joined together. Three windings 33, 34 and 35, preferably of a strip or sheet of a metal, are provided. The sheets of the metals may each be preheated separately, by the heating elements 36, as they are fed from their respective rolls. Preferably, the preheating temperature is about 399.1 C, but it should be lower than the starting melting temperature of aluminum and preferably higher than 2880 C.
The heated metals are sent from their respective rollers at a speed fast enough not to cool significantly before being pressed against each other. The two pairs of adjacent faces of the metal foils or strips receive an appropriate aluminum spray from a spray apparatus or gun 37, either by a spray apparatus with a torch, or by jets of plasma sent with water. aluminum powder. Due to the design and operational characteristics of the plasma spraying apparatus, it has been found that the preheating operation can be dispensed with without adverse effect when using plasma jets.
As in the process shown in FIG. 9, if any of the metals to be joined is aluminum, it is not necessary for the adjacent aluminum face to receive an aluminum spray.
The sheets of sprayed metal are guided so as to be spaced apart from each other by rollers 38 into a suitable heating chamber 40, such as for example a furnace, in which the metals are preferably subjected to pre-junction heat. greater than 2880 C, and more preferably about 399 C, but not exceeding the onset melting point of the sprayed aluminum.
The metals, still spaced apart, are brought into the oven 40 and pass through two brushes or cleaning elements (not shown) which only bear against the aluminum surface, removing any unwanted particles that may be there, such as small fragments. sparse or without adhesion of aluminum from the spraying operation.
As previously described, the sheets or strips are pulled out and are pressed or compressed together by heated rollers 44 and 46, so as to preferably reduce the thickness of the more ductile layer to 80% and cause some reduction in the thickness of the sprayed aluminum layer while the foils or foils are still heated to <B> 2880 </B> C or more, preferably about <B> 3990 </ B> C, but without exceeding the starting melting point of the projected aluminum.
Then, the composite material is sheared or wound into a roll 48 having a diameter large enough to prevent the material from bulging excessively.
It is usually preferable and desirable to relieve stress from the composite sheet prior to shearing or winding it. To achieve this, the composite sheet passes through a second heating chamber 50 where it is subjected to stress relieving heat of about 2880C, but below the onset melting temperature of aluminum, preferably aluminum. approx. 399 C. The composite sheet is then allowed to cool slowly to room temperature.
Before winding up the composite sheet, it can, if desired, be subjected to other finishing operations, such as glossing or color polishing or passing through a caustic bath.
Therefore, one can use aluminum, a higher melting alloy for one of the bands constituting the composite material.
With some metals which oxidize easily, such as copper, it is better to use a reducing flame with the flame throwing apparatus, or a reducing gas such as hydrogen with a spray apparatus heated with an electric arc; or when using an arc or a plasma jet, it is preferable to use an atmosphere of hydrogen, nitrogen, argon or a mixture of hydrogen, nitrogen and / or argon, to prevent excessive oxidation of the copper surface. Similarly, the same precautions should be taken when the two metals oxidize readily at operating temperatures.
We can operate the junction of different metals as follows 1) Stainless steel type 302, 0.63 mm thick joined to a sheet of aluminum 3.17 mm thick, the stainless steel being coated with spray coating 0.10 mm thick aluminum or aluminum alloy No AA-1100. Such a composite sheet (having a final thickness of about 3.7mm) can be made into kitchen utensils.
2) Type 430 stainless steel, 0.76mm thick, joined to a 2.03mm thick annealed copper foil, the adjacent faces of the stainless steel and copper each having a spray coating by spraying aluminum about 0.076mm thick, the superposed sheets being laminated to reduce their combined thicknesses to 2.7mm. Blanks of this composite material can be stamped to obtain cooking pots, stoves or the like.
3) A steel strip S.A.E. 1040, 3.81 mm thick may be joined to a sheet of a bronze alloy suitable as a bearing or bearing surface, the bronze sheet being 2.61 mm thick, each of the adjacent faces having received spraying with a layer of aluminum of 0.076 mm, and the composite material being subjected to a rolling pressure to have a final thickness of 6.35 mm, making it possible to rough out and forge bearings bearings.
4) A composite material to be used in jewelry or as a molding for hanging pictures on the walls can be formed from a 0.12 mm sheet of silver joined to a sheet of stainless steel type 302 of 0 , 51 mm thick by a layer of aluminum sprayed on the adjacent faces of the silver and stainless steel, each layer of powdered aluminum being about 0.05 mm thick to give a composite material 0.68 mm thick. By making this material, the silver foil and stainless steel foil can be heated to a temperature between 371 and 4540 C,
although a good junction is obtained above 315p C and up to temperatures as high as <B> 5930 </B> C.
5) Fine silver (grading 99.9 0/0 or more), 0.25 mm thick, in the form of a foil or a strip may be attached to a foil or a strip of 2.28mm thick copper, with 0.051mm aluminum projection on both adjacent surfaces, using spray and junction temperatures of about <B> 3990 </B> C, to form a composite material 2.33 mm thick from which a blank with good electrical contact can be obtained.
6) For jewelry, a gold leaf of the desired degree of fineness, about 0.13 mm thick, can be joined to a nickel-plated silver backing sheet 0.76 mm thick, using a 0.076mm layer of aluminum sprayed onto the two adjacent sides of the sheet.
7) Building panels, especially suitable for use on the exterior of a metal partition construction, can be formed by using 0.38mm thick aluminum foil, joined with foil (f steel soft 1.52 mm thick, this steel having been sprayed with a layer of aluminum having a thickness between 0.13 and 0.18 mm, and both surfaces of the metals having been heated before spraying and junction to about 3430 C, resulting in a composite sheet 2.05 mm thick.
8) A thermostat bimetal can be made from a junction of a sheet of invar metal and a sheet of an aluminum alloy consisting of 95 0 / o aluminum and 5 0 / o of copper, the two sheets being 0.63 mm thick, and the adjacent face of the Invar metal having been sprayed with a layer of aluminum 0.076 mm and being joined at a temperature of about 343o C.
9) For use as reaction vessels, crucibles and other such laboratory metal apparatus, a pure nickel foil may be joined with a stainless steel foil, the nickel foil having a thickness of about 0.25 mm and the stainless steel sheet having a thickness of about 0.51 mm, with joint layers of aluminum sprayed on the adjacent faces of about 0.076 mm each.
10) An economical semi-finished composite article for kitchen buffets and similar uses can be made by joining a Monel 5> sheet of metal about 0.25mm thick to a carbon steel backing. desired, for example 0.51 mm. These layers can be joined together as described above using an approximately 0.1 mm thick layer of aluminum sprayed onto each of the adjacent faces of the metal sheets.
11) Extremely corrosion-resistant laboratory metal articles, such as crucibles and evaporating vessels, can be economically fabricated by joining a sheet of palladium approximately 0.25 mm thick to a thick foil. more massive copper, for example having a thickness of 0.76 mm, using an aluminum coating sprayed on each of the adjacent faces of the two metals, each layer having a thickness of about 0.076 mm. This composite sheet is reduced to an overall thickness of approximately <B> 1.06 </B> mm with temperature use of approximately 4260 C.
12) A semi-worked jewelry material having a platinum face can be made by joining a platinum sheet about 0.076 mm thick to a stainless steel sheet about 0.25 mm thick. , using layers of sprayed aluminum about 0.05 mm thick and junction temperatures of about 4260 C. Laboratory metallic materials can also be made with this semi-wrought material when resistance to corrosion is a matter of importance.
13) Heavy-duty kitchen utensils having a body of thermally conductive aluminum joined by each of its faces to a relatively thin protective layer of stainless steel can be manufactured according to the process relating to FIG. 11, and using two sheets of stainless steel, each about 0.25 mm thick to form the outer layers, and an inner sheet of aluminum with a thickness of about 3.17 mm, with a junction temperature of about 3430 C.
There is no need to apply spray aluminum to either side of the aluminum sheet, and the sprayed aluminum layer on the inner side of each of the stainless steel sheets has a thickness of about 0.13 mm. Such a 3.65 mm thick composite sheet can be stamped into a pot, pot or pan.
14) Another kind of semi-worked composite material which is also especially suitable for forming cooking pots, pots or pans, as well as for many uses, can be made by following the process of fig. . 11 using two sheets of stainless steel each approximately 0.15 mm thick to form the outer layers with an inner layer of annealed steel (S.A.E. 1010) 1.27 mm thick.
However, in this case an aluminum spray (0.1 mm) is applied to the inner side of each of the stainless steel sheets and to both sides of the carbon steel, after which a strong force is exerted. pressure at a temperature of about 371o C.
Although the examples just mentioned above describe the process where the junction pressure is applied by the press rolls 15 and 16, this pressure can be applied in a suitable press or by means of a power hammer. . In this case, one of the metals to be joined together is constituted by a sheet of suitable dimensions. Thus, one can make a stainless steel kitchen vessel, such as a pan, having a relatively thick copper bottom firmly joined, but using a circular copper foil of the appropriate size.
One side of the copper foil and the bottom of the pan are cleaned, heated to 315o C or a little above, and sprayed with a thin coating of aluminum. Then, the copper foil and the stainless steel pan are contacted so that their surfaces bearing the aluminum spray are in contact, and then subjected to pressure in a suitable press or by means of a pressure washer. pestle, as described in connection with fig. 2.