CH636788A5 - Composition de brasure. - Google Patents
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Description
La présente invention concerne une composition de brasure rigide.
Le brasage est un procédé habituel pour souder ensemble des pièces métalliques, procédé dans lequel un alliage à point de fusion inférieur à celui des pièces à souder est fondu, et on le laisse couler par action capillaire entre les surfaces à souder des pièces métalliques. Les pièces métalliques restent non fondues, mais sont unies lorsque l'alliage de brasure se solidifie et ne peuvent pas être ultérieurement séparées en chauffant jusqu'à une température similaire. Typiquement, les composants métalliques d'une composition de brasure fondent à une température supérieure à 427° C, lesdits composants se présentant généralement sous la forme d'un alliage, ci-après dit alliage de brasure.
Pour la plupart des opérations (mais pas toutes) de brasage, un fondant est nécessaire. Le but du fondant est principalement de ralentir l'oxydation de l'alliage de brasure et des surfaces des pièces métalliques à souder pendant le chauffage. Néanmoins, le fondant doit également être capable de s'écouler à une température inférieure au point de fusion de l'alliage de brasure, doit mouiller les surfaces des pièces métalliques, doit faciliter le mouillage des pièces métalliques par l'alliage de brasure en fusion et doit pouvoir être aisément déplacé par l'alliage de brasure en fusion. Les conditions dans lesquelles le fondant peut être omis sont généralement les opérations de brasage au four où l'atmosphère réductrice du four elle-même ralentit la formation des oxydes à la surface.
C'est une pratique généralement acceptée, au cours des opérations de brasage nécessitant l'utilisation d'un fondant, de brosser le fondant sur les surfaces à souder avant l'application de l'alliage de brasure et le chauffage, bien que d'autres procédés tels que l'immersion et la pulvérisation aient été utilisés. Dans le but d'éviter cette application préalable du fondant, des pâtes de brasure ont été développées, qui consistent essentiellement en un mélange d'alliage de brasure granulaire, de fondant et d'un véhicule. La pâte est appliquée aux surfaces à souder et cette zone est alors chauffée pour volatiliser le véhicule et effectuer l'addition du fondant et le brasage essentiellement en une seule opération. De telles pâtes de brasure, néanmoins, souffrent d'un désavantage particulier en ce qu'elles ont une stabilité médiocre. Cela peut être dû à une ou plusieurs raisons, par exemple une perte graduelle de l'activité du fondant due à une réaction chimique entre le fondant et le véhicule et également entre le fondant et l'alliage de brasure dans le milieu liquide, une perte du véhicule par évaporation et précipitation de l'alliage de brasure granulaire. En outre, il s'est révélé difficile de trouver une composition de pâte de brasure suffisamment rigide et non fluide pour réduire au minimum le problème de la précipitation et pour rester en place après avoir été appliquée aux surfaces à souder avant que le brasage ne se produise, et cependant suffisamment fluide pour être appliquée à ces surfaces.
C'est un but principal de la présente invention de réaliser une nouvelle composition de brasure qui surmonte toutes ces causes (ou
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une partie d'entre elles) responsables des médiocres conditions de stockage et des médiocres propriétés d'application des pâtes de brasure.
Selon l'invention, la composition de brasure est caractérisée en ce qu'elle comprend 50 à 95% en poids d'un alliage de brasure granulaire, dispersé dans une matrice de matière thermoplastique ou enveloppé par une matière thermoplastique, en ce qu'une quantité prépondérante des grains de cet alliage de brasure passe à travers un tamis à diamètre d'ouverture des mailles de 0,250 mm et est retenue par un tamis à diamètre d'ouverture des mailles de 0,037 mm, l'alliage de brasure comprenant un ou plusieurs des métaux suivants: argent, cuivre, palladium, nickel et or.
De préférence, des compositions de brasure selon l'invention comprennent 70-90% d'alliage de brasure, le complément étant ladite matière thermoplastique.
Facultativement, un fondant peut également être présent dans les compositions de brasure selon l'invention. Lorsque le fondant est présent, il doit normalement constituer jusqu'à 20% de la composition de brasure, bien qu'il puisse en constituer jusqu'à 50% ou davantage dans certains cas.
Selon un exemple, une composition de brasure sans fondant selon l'invention contient, à l'exception d'impuretés, 85% d'alliage de brasure et 4% de matière thermoplastique alors qu'une pâte de brasure comprenant un fondant selon l'invention contient, à l'exception d'impuretés, 80% en poids d'alliage de brasure, 10% de fondant et 10% de matière thermoplastique.
Selon un autre exemple de réalisation de l'invention, la composition de brasure comprend un mélange d'alliage de brasure granulaire, une matière thermoplastique et une matière thermodurcissable, facultativement avec addition de fondant.
Il a été trouvé que la dimension des grains de l'alliage de brasure doit être choisie pour obtenir une brasure optimale plutôt que des propriétés de stockage optimales et ces exigences tendent à être en conflit. Dans une composition de brasure idéale, une grande concentration d'alliage de brasure avec faible dimension de grains serait souhaitable pour obtenir une bonne stabilité, mais de telles particules forment une grande surface d'alliage de brasure qui par conséquent exige, dans ces opérations où un fondant est nécessaire, une quantité relativement grande de fondant. On préfère donc choisir une dimension de grains relativement plus grande, présentant par conséquent une surface correspondante plus petite, et compter sur la propriété essentielle de l'invention — à savoir l'inclusion d'une matière thermoplastique — pour réaliser les propriétés de stockage nécessaires. On a trouvé, pour la plupart des buts, que les grains de l'alliage de brasure doivent passer à travers un tamis à dimension de mailles de 0,250 mm et doivent être retenus par un tamis à dimension de mailles de 0,037 mm, bien que des quantités minimes de grains tombant en dehors de ce domaine puissent être incorporées si on le désire. Ce domaine de dimension des grains a été conçu pour donner des propriétés d'écoulement optimales et réduire au minimum l'espace vide pour le remplissage avec la matière thermoplastique. En outre, des problèmes rhéologiques associés aux pâtes de brasure liquide sont ainsi évités.
La présente invention peut être appliquée à l'un quelconque des alliages de brasure d'usage plus ou moins courant, mais est bien entendu particulièrement applicable à ces alliages de brasure qui sont typiquement utilisés avec de grands volumes au cours d'opérations automatiques de brasage, par exemple pour les alliages de brasure d'argent habituellement utilisés pour la fabrication d'automobiles, des pièces d'avions, d'articles ménagers, de plomberie, d'installations de chauffage et de réfrigération, en bijouterie et en argenterie. Néanmoins, d'autres alliages de brasure de métal noble peuvent être employés, par exemple l'or, ou des alliages de palladium, ou des alliages de brasure d'un métal, par exemple des alliages de cuivre.
La matière thermoplastique typique comprend de la cire et des résines, la cire pour donner de bonnes propriétés de stockage, et la résine pour maintenir une certaine viscosité après l'application de chaleur.
La matière thermodurcissable, si elle est présente, ne contribue pas ou ne nuit pas aux propriétés de stockage des compositions de brasure selon l'invention, mais favorise l'opération de brasure, dont la chaleur amorce la réticulation, réduisant ainsi l'importance de la gravité ou de l'action capillaire de la matière thermoplastique en fusion pour maintenir l'alliage de brasure et de fondant (s'il est présent) en place sur les surfaces à souder. Donc, des brasures peuvent être produites dans des endroits où il était jusqu'à présent difficile ou même impossible de réaliser une soudure satisfaisante.
La matière thermoplastique et la matière thermodurcissable (si elle est présente) doivent pouvoir être enlevées proprement par application de chaleur, pour réaliser l'opération de brasage, à des températures égales ou inférieures à celles, si elles sont toujours présentes, où elles interféreraient avec les opérations d'application de fondant et de brasure. C'est-à-dire que la brasure, en utilisant des compositions de brasure selon l'invention, peut être considérée comme consistant essentiellement en deux ou trois étapes séparées dépendant du fait que le fondant est présent ou non. La première étape est que la matière thermoplastique fond et est éliminée proprement au feu, et la matière thermodurcissable, si elle est présente, se réticule et est éliminée au feu; la seconde étape est que le fondant, s'il est présent, fond et est éliminé au feu, et la troisième et dernière étape est que l'alliage de brasure fond pour effectuer l'opération de brasage. De préférence, il existe un léger chevauchement entre les étapes individuelles, particulièrement lorsqu'une matière thermodurcissable est comprise dans la composition de brasure, de sorte que la masse en fusion ou le fondant fondu retient l'alliage de brasure granulaire en place après que la matière thermodurcissable a été éliminée au feu.
Le mélange d'alliage de brasure granulaire et de matière thermoplastique, comprenant aussi facultativement du fondant, peut exister sous forme de dispersion physique d'alliage de brasure granulaire et facultativement de fondant dans la matière thermoplastique, ou sous forme de grains d'alliage de brasure et facultativement de fondant revêtus ou encapsulés par ou dans la matière thermoplastique.
Le fondant, s'il est présent, peut être l'un quelconque des fondants habituels utilisés avec un alliage de brasure donné, par exemple le borax, qui est un fondant relativement inactif, ou des fondants actifs du type fluorure ou divers fiuoborates ayant une activité de fondant intermédiaire. Etant donné que, au stockage et lorsque les grains sont présents sous forme de dispersion, les grains d'alliages de brasure et de fondant sont maintenus dans une matrice relativement rigide, il y a un risque minime de réaction chimique entre eux, qui conduirait à une faible stabilité.
Des compositions de brasure selon l'invention peuvent être utilisées de diverses façons. Par exemple, une composition de brasure selon le premier ou le second mode de réalisation de l'invention et sous forme de grains encapsulés peut être appliquée à une pièce à traiter à température ambiante au moyen d'un applicateur chauffé. Si une composition de brasure selon le premier mode de réalisation est employée, c'est-à-dire sans matière thermodurcissable, la température d'application peut être si chaude qu'aucun chauffage supplémentaire n'est nécessaire pour effectuer une soudure satisfaisante. Si, d'un autre côté, une composition de brasure selon le second mode de réalisation de l'invention est utilisée, la composition peut être appliquée à une température modérée, par exemple 60° C, à laquelle elle est relativement fluide, et de la chaleur est ensuite appliquée pour ré-ticuler la matière thermodurcissable et effectuer la brasure.
Un autre avantage des compositions de brasure selon l'un quelconque des modes de réalisation de l'invention par rapport à la technique connue est que les compositions peuvent être faites en préfor-mes telles que des bagues, etc., par exemple par moulage par injection ou extrusion, ressemblant beaucoup aux bagues de brasure habituelles réalisées à partir des alliages de brasure. De telles préformes
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peuvent alors être stockées indéfiniment à la température ambiante et simplement maintenues en place contre les surfaces à souder et chauffées comme au cours des opérations de brasure habituelles. Ces préformes possèdent l'avantage particulier, par rapport aux bagues de brasure habituelles, bien entendu, que le fondant peut être incorporé dans la composition. Un autre avantage encore est le rapport
Des exemples de fondants pouvant être employés dans les compositions de brasure selon l'invention sont:
Fondants
Domaine d'activité (°C)
Easy-flo à usage général
550-800
Easy-flo de type acier inoxydable
550-780
Tenacity fondant N° 2
550-800
Tenacity fondant N° 5
600-1000
Tenacity fondant N° 6
550-800
Tenacity fondant N° 8
550-800
Un fondant particulier est généralement choisi selon le produit qu'il doit souder ou le type de brasure. Par exemple, Tenacity fondant N° 2 est généralement utilisé pour le chauffage par induction, alors que Tenacity fondant N° 5 est utilisé pour l'acier inoxydable et Tenacity fondant N° 8 pour les alliages de nickel.
Des cires utilisées dans les compositions de brasure selon l'invention peuvent être choisies dans le domaine des cires naturelles et synthétiques. Des exemples de cires naturelles sont le spermaceti, la cire d'abeilles et l'acide stéarique (cires animales), la cire de carnauba, la cire de myrica et la cire de candelilla (cire végétale), la cire montarne, la cérésine, la cire de paraffine (cire minérale). Les cires animales et végétales sont généralement des esters d'acides gras d'alcool mono-hydroxy supérieurs. Des exemples de cires synthétiques sont les cires de polyéthylène et de polyéthylèneglycol [telles que Carbowax (désignation commerciale)] et la cire microcristalline.
Les résines employées dans les compositions de brasure selon l'invention peuvent être choisies dans le domaine de résines naturelles et synthétiques. Les résines naturelles sont des matières solides ou semi-solides visqueuses, la plupart dérivées de sécrétions de certaines plantes et d'arbres. Des exemples sont la résine de térébenthine, les résines de cellulose, le caoutchouc naturel, le goudron de sapin, la poix et le baume du Canada. Les résines synthétiques sont des matières amorphes, organiques, semi-solides ou solides, produites par constant et prédéterminé de la quantité de fondant à la quantité d'alliage de brasure.
Des exemples de certains alliages de brasure pouvant être utilisés avec les compositions de brasure selon l'invention, tous disponibles 5 chez Johnson Matthey Metals Limited, avec leurs ingrédients alliés, et les domaines de températures de fusion sont les suivants:
polymérisation. Des exemples sont le polypropylène, le polyéthylène, le polyméthylméthacrylate, le polyisoprène, le polyiso-35 butylène, et le polystyrène. Ces résines sont thermoplastiques.
Les résines thermodurcissables sont des résines qui durcissent lors du chauffage. Des exemples sont les résines de phénol/formal-déhyde et les résines d'urée/formaldéhyde.
40 Des exemples de compositions de brasure selon l'invention sont les suivants, les pourcentages étant exprimés en poids:
Exemple 1
Alliage de brasure Mattibraze 34 60%
45 Fondant Tenacity fondant N° 2 20%
Cire de carnauba 10%
Résine de phénol/formaldéhyde 10%
Exemple 2
50 Alliage de brasure Easy-flo 70%
Fondant Easy-flo, fondant à usage général 20%
Cire microcristalline 10%
Exemple 3
ss Alliage de brasure Argo-braze 60%
Fondant Tenacity N° 6 20%
Polybutylméthacrylate 10%
Cire de paraffine 10%
60 Exemple 4
Alliage de brasure Silbralloy 80%
Cire de paraffine 20%
Ce dernier est un exemple de compositions de brasure sans 65 fondant selon le premier mode de réalisation de l'invention et peut être utilisé pour braser du cuivre. Une composition similaire utilisant un alliage de brasure eutectique d'argent et de cuivre convient pour le brasage au four sous des conditions réductrices.
Alliage de brasure
Ingrédients
Température Solidus (°C)
Température Liquidus (°C)
Easy-flo
50% Ag; Cu; Cd; Zn
620
630
Mattibraze 34
34% Ag; Cu; Cd; Zn
612
668
Argo-bond
23% Ag; Cu; Cd; Zn
616
735
Easy-flo N° 3
50% Ag; Cu; Cd; Zn; Ni
634
656
Aargobraze 56
56% Ag; Cu; In; Ni
600
711
Sil-fos
15% Ag; Cu; P
644
700
Eutectique d'argent
et de cuivre
72% Ag; Cu
778
778
Silver-flo 12
12% Ag; Cu; Zn
810
835
Silver-flo 40
40% Ag; Cu; Zn; Sn
640
700
Pallabraze 810
5% Pd; Ag; Cu
807
810
Pallabraze 950
25% Pd; Ag; Cu
901
950
Pallabraze 1237
60% Pd; Ni
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1237
Orobraze 910
80% Au; Cu; Fe
908
910
Orobraze 1030
34% Au; Cu; Ni
1000
1030
Orobraze 980
68% Au; Cu; Ni; Cr; B
960
980
Bronze A
96% Cu; Ni; Si
1090
1100
Bronze B
97% Cu; Ni; B
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D'autres compositions de brasures peuvent être choisies en fonction de la matière à soumettre aux brasures, les conditions de brasure et la forme physique, la possibilité d'accès, etc., les surfaces à souder.
Les matières thermoplastiques ne doivent pas nécessairement comprendre l'un des produits de la liste ou un mélange simplement binaire. Des compositions plus sophistiquées peuvent être nécessaires, par exemple:
Exemple 5
Alcool stéarylique 45%
Résine de cyclohexanone 14,4%
Résine phénolique 14,3%
Rosine 14,3% Sel disodique du condensât acide naphthalènesulphonique/formaldéhyde 12%
Total: 100%
ou une composition plus simple:
Exemple 6
Cire d'ester laurylique 77,91 %
s Cire d'ester abiétique 22,09%
Total: 100%
Une composition typique de matière thermodurcissable est la résine Araldite MY 752 (96%) et un durcisseur Araldite HT 973 io (4%), bien que d'autres produits puissent être choisis en fonction de la durée de durcissement, de la température d'élimination au feu, etc., et ceux-ci peuvent être ajoutés aux exemples 2 à 4, ou peuvent remplacer la résine thermodurcissable de l'exemple 1 pour former, en association avec l'alliage de brasure granulaire et, si on le désire, 15 le fondant, une composition de brasure selon le second mode de réalisation de l'invention.
Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux compositions qui viennent d'être décrites uniquement à titre d'exemples non limitatifs, sans sortir du cadre de 20 l'invention.
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Claims (24)
1. Composition de brasure rigide, caractérisée en ce qu'elle comprend 50 à 95% en poids d'un alliage de brasure granulaire, dispersé dans une matrice de matière thermoplastique ou enveloppé par une matière thermoplastique, en ce qu'une quantité prépondérante des grains de cet alliage de brasure passe à travers un tamis à diamètre d'ouverture des mailles de 0,250 mm et est retenue par un tamis à diamètre d'ouverture des mailles de 0,037 mm, l'alliage de brasure comprenant un ou plusieurs des métaux suivants: argent, cuivre, palladium, nickel et or.
2. Composition de brasure selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle contient 70 à 90% de cet alliage de brasure.
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REVENDICATIONS
3. Composition de brasure selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend 85% en poids de cet alliage de brasure et 15% en poids de matière thermoplastique.
4. Composition de brasure selon la revendication 1, caractérisée en ce que ce mélange comprend également un fondant.
5. Composition de brasure selon la revendication 4, caractérisée en ce que ce fondant est du borax, un fondant actif du type fluorure ou un fluoborate.
6. Composition de brasure selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisée en ce qu'elle contient jusqu'à 50% en poids de fondant.
7. Composition de brasure selon la revendication 6, caractérisée en ce qu'elle contient jusqu'à 20% en poids de ce fondant.
8. Composition de brasure selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisée en ce qu'elle comprend 80% en poids de cet alliage de brasure, 10% en poids de ce fondant et 10% en poids de cette matière thermoplastique.
9. Composition de brasure selon l'une des revendications 1,4 ou 5, caractérisée en ce que ce mélange comprend également une matière thermodurcissable.
10, caractérisée en ce que les grains de cet alliage de brasure sont capables de passer à travers un tamis à diamètre d'ouverture des mailles de 0,250 mm et sont retenus par un tamis à diamètre d'ouverture des mailles de 0,037 mm.
10. Composition de brasure selon la revendication 9, caractérisée en ce que cette matière thermodurcissable est une résine de phénol/formaldéhyde ou une résine d'urée/formaldéhyde.
11, caractérisée en ce que cet alliage de brasure est un alliage d'un métal noble.
11. Composition de brasure selon l'une des revendications 1 à
12. Composition de brasure selon l'une des revendications 1 à
13. Composition de brasure selon la revendication 12, caractérisée en ce que ce métal noble est de l'argent, de l'or ou du palladium.
14. Composition de brasure selon la revendication 12, caractérisée en ce que ce métal est du cuivre.
15. Composition de brasure selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisée en ce que la matière thermoplastique est une cire.
16. Composition de brasure selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisée en ce que la matière thermoplastique est un mélange d'une cire et d'une résine.
17. Composition de brasure selon l'une des revendications 15 ou 16, caractérisée en ce que cette cire est un ester d'acide gras d'un monohydroxyalcool supérieur.
18. Composition de brasure selon l'une des revendications 15 ou 16, caractérisée en ce que cette cire est une cire naturelle choisie parmi le spermacèti, la cire d'abeilles, l'acide stéarique, la cire de carnauba, la cire de myrica, la cire de candelilla, la cire montarne, la cérésine et la cire de paraffine.
19. Composition de brasure selon l'une des revendications 15 ou 16, caractérisée en ce que cette cire est une cire synthétique choisie parmi la cire de polyéthylène, la cire de polyéthylèneglycol et la cire microcristalline.
20. Composition de brasure selon l'une des revendications 16 à 19, caractérisée en ce que cette résine est une résine naturelle choisie parmi la résine de térébenthine, les résines de cellulose, le caoutchouc naturel, le goudron de sapin, la poix et le baume du Canada.
21. Composition de brasure selon l'une des revendications 16 à 19, caractérisée en ce que cette résine est une résine thermoplastique synthétique choisie parmi le polypropylène, le polyéthylène, le poly-méthylméthacrylate, le polyisoprène, le polyisobutylène et le polystyrène.
22. Composition de brasure selon l'une des revendications 1 à 21, caractérisée en ce que cet alliage de brasure est physiquement dispersé dans .cette matière thermoplastique.
23. Composition de brasure selon l'une des revendications 1 à 21, caractérisée en ce que les grains de cet alliage de brasure sont encapsulés par cette matière thermoplastique.
24. Composition de brasure selon l'une des revendications 1 à 23, caractérisée en ce qu'elle est sous la forme d'une bague ou autre élément de brasure de forme convenable.
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