FR2693391A1

FR2693391A1 - Méthode de brasage sous vide de l'Al et de ses alliages.

Info

Publication number: FR2693391A1
Application number: FR9209309A
Authority: FR
Inventors: Kucza Jean-Claude
Original assignee: Pechiney Recherche GIE
Current assignee: Pechiney Recherche GIE
Priority date: 1992-07-10
Filing date: 1992-07-10
Publication date: 1994-01-14
Anticipated expiration: 2012-07-10
Also published as: FR2693391B1

Abstract

L'invention concerne une méthode de brasage sous vide de l'Al et de ses alliages de préférence sans effet getter dans l'enceinte pour four de brasage. La méthode est caractérisée en ce que, avant l'accostage des pièces à braser, celles-ci sont revêtues d'un dépôt de Ti ou d'alliages de Ti sur une épaisseur comprise entre 1 et 10 mum, de préférence de l'ordre de 5 mum. Cette méthode permet d'utiliser des vides moins poussés que lors du brasage sous vide classique et d'obtenir des joints ayant une très bonne santé métallurgique, sans encrassage du four utilisé.

Description

METHODE DE BRASAGE SOUS VIDE DE L'A1 ET DE SES ALLIAGES
L'invention concerne une méthode de brasage sous vide de l'Ai et de ses alliages, de préférence sans effet getter dans l'enceinte du four de brasage.

Dans le cas du brasage sous vide de l'Ai et de ses alliages, on sait que des précautions particulières doivent être prises pour assurer d'une part le décapage de l'Ai par éclatement et dispersion de la couche d'oxyde qui le recouvre naturellement et d'autre part pour éviter la réoxydation de la brasure et des surfaces du substrat.

C'est ainsi que le brasage sous vide (ou sans flux) se fait généralement dans l'enceinte d'un four dont la pression est inférieure ou égale à Torr Torr (1,33.10-2Pa) et de préférence 1.1 5 Torr (1,33.10-3Pa) et en présence d'un métal vaporisable avide d'oxygène et/ou de vapeur d'eau tel que le Mg (effet getter).

Ce magnesium est apporté soit sous forme élémentaire séparée, soit constitue l'un des éléments d'alliage de l'élément à braser - voir par exemple J.C. KUCZA et J.C. GOUSSAIN - Soudage et Technique connues Vol. 4, N0 11/12, Nov. Déc. 1991, p. 18.

Or la réaction du Mg avec l'oxygène et/ou la vapeur d'eau, presente(s) dans l'enceinte du four conduit d'une part à la formation de magnésie pulvérulente qui se dépose sur les organes internes du four (parois, écrans, supports, résistances, etc...) ce qui entraine des nettoyages minutieux et fréquents, d'autre part, la magnésie ainsi formée est hygroscopique et contribue à la rétention de l'eau ou de la vapeur d'eau, ce qui implique des temps de pompage beaucoup plus longs, pour obtenir la pression réduite requise pour l'opération de brasage.

Les problèmes évoqués ci-dessus ont été résolus en utilisant la méthode selon l'invention suivante:
Elle consiste, lors du brasage sous vide de l'Ai et de ses alliages avec interposition d'un métal d'apport classique, à revêtir les pièces à braser, avant accostage, par un dépôt de Ti ou d'alliage de Ti sur une épaisseur comprise entre 1 et 10 gm, et de préférence de l'ordre de 5 iam.

De façon plus précise, on procède, par exemple, aux opérations suivantes: 1. On réalise sur la surface des pièces à braser un dépôt de titane (ou
d'alliage de Ti), de l'ordre de 1 rm à 10 Fm d'épaisseur et de
préférence de l'ordre de 5 Fm, après nettoyage de leur surface par un
décapage approprié, par exemple un décapage ionique 2. on place les pièces à braser en contact dans l'enceinte d'un four à
vide, avec interposition du métal d'apport, sous forme de feuille,
poudre, fil, etc...

3. on fait le vide jusqu'à une pression résiduelle inférieure à
1,33.10 2Pa, de préférence l,33.lO#3Pa.

4. on procède au cycle thermique de brasage dans les conditions
habituelles, connues de l'homme du métier.

5. on casse le vide lorsque la température est suffisamment faible, le
métal d'apport devant être solidifié ( < 5500C env.) 6. on sort l'assemblage.

Dans la suite de la description "Aluminium" désigne l'Al ou ses alliages et "Titane" désigne le Ti ou ses alliages.

Pour les épaisseurs de titane inférieures à 1 rm, il est difficile d'obtenir un dépôt uniforme et continu, et l'effet barrière n'est plus assure.

Pour les épaisseurs de titane supérieures à 10 rm, on note aucune amélioration de la qualité de la brasure, ce qui est économiquement injustifié.

Les alliages d'apport utilisables sont ceux couramment utilisés lors du brasage des alliages d'aluminium, soit essentiellement les alliages 4343, 4045, 4047, 4004, 4104 (selon les désignations de l'Aluminum Association) ou des alliages dérivés de ces derniers avec additions spéciales (Bi, Sr,
Ba, etc...).

Il a été ainsi constaté de façon surprenante que le dépôt d'un film de titane à la surface des pièces à braser avant brasure, non seulement permettrait d'éviter l'utilisation d'un élément getter, mais aussi permettrait d'utiliser des vides moins poussés, tout en obtenant d'excellents résultats, en particulier en ce qui concerne la santé des brasures obtenues et l'absence d'attaque du métal du substrat par le métal d'apport.

L'invention sera mieux comprise à l'aide de l'exemple suivant, comparant la méthode selon l'invention (présence de Ti, sans getter) avec la méthode classique (getter: Mg, sans Ti).

Des échantillons de 25x25 mm en alliage 3003 selon la désignation de l'Aluminum Association ont été revêtus par PVD (physical vapor deposition) d'une couche de Ti de 1 à 2 rm ou de 5 à 6 Fm, après nettoyage de la surface au perchloréthylène (2 min au trempé à 600C + 2 min en phase vapeur à 121 C).

Ces échantillons ont été dégraissés au perchloréthylène 2 min au trempé à 600C + 2 min en phase vapeur à 121 C, puis on a réalisé des empilages 3003 (Ti)/4045/ (Ti) 3003, le métal d'apport 4045 étant constitué par des feuil lards de 0,05 mm d'épaisseur.

Ces empilages maintenus en contact par un étrier métallique ont été placés dans un four de brasage sous vide, et ont subi un cycle de brasage, en présence ou non de getter Mg sous forme de tôle 40x32x1 mm (3,8 g) disposée à proximité des échantillons à braser.

Le cycle de brasage consiste en une montée en température de 30 C/ min avec un palier à 4000C pour permettre une stabilisation de la température et l'obtention d'un vide pousse (1,7.10 -5 Torr env. = 2,3.10 3Pa) puis une montée à 6000C ou le métal atteint cette température pendant 2 min, le refroidissement étant effectué sous vide jusqu'à 5000C puis sous azote. La
On a contrôlé la santé des joints obtenus (% de porosités estimé par leur longueur totale le long du joint par rapport à la longueur du joint) ainsi que leurs aspects micrographiques.

Les conditions d'essais sont résumées ci-après et les résultats sont reportés à la figure 1.

<tb>

I <SEP> <SEP> Rep <SEP> I <SEP> Ep. <SEP> Ti <SEP> I <SEP> Métal <SEP> d'apport <SEP> R <SEP> <SEP> Mg <SEP> % <SEP> I
<tb> Y <SEP> <SEP> Nature/épaisseur <SEP> I <SEP> I <SEP> porosités <SEP> I
<tb> m <SEP> m <SEP> i <SEP> <SEP> | <SEP>
<tb> | <SEP> ï <SEP> <SEP> I
<tb> A <SEP> 1 <SEP> 4045/50 <SEP> non <SEP> 0,1 <SEP>
<tb> B <SEP> 5 <SEP> | <SEP> 4045/50 <SEP> I' <SEP> non <SEP> I <SEP> <SEP> 0,15 <SEP> I
<tb> I <SEP> C <SEP> <SEP> I <SEP> 1 <SEP> 1 <SEP> <SEP> 4045/50 <SEP> I <SEP> oui <SEP> 1 <SEP> <SEP> 0,17 <SEP> <SEP> I <SEP>
<tb> D <SEP> <SEP> D <SEP> 1 <SEP> <SEP> s <SEP> <SEP> ll <SEP> <SEP> 4045/50 <SEP> 1 <SEP> <SEP> oui <SEP> 0,7 <SEP> I <SEP>
<tb> W <SEP> <SEP> E* <SEP> I <SEP> <SEP> 0 <SEP> 1 <SEP> <SEP> 4045/50 <SEP> non <SEP> 1 <SEP> 95,9 <SEP> <SEP> I
<tb> il <SEP> <SEP> Il <SEP> U <SEP>
<tb> * Témoin
Les micrographies fig. 2 et fig. 3 donnent, à titre indicatif l'aspect de joint brasé au grossissement 200 pour les échantillons A et D. On peut constater que les limites joint/métal de base sont sensiblement rectilignes en particulier pour un dépôt de Ti de 5 m, et l'absence de dissolution du métal de base par le métal d'apport.

Claims

REVENDICATIONS

1. Méthode de brasage sous vide de l'AI et de ses alliages avec

interposition du métal d'apport classique, caractérisé en ce que, avant

accostage des pièces à braser, celles-ci sont revêtues d'un dépôt de Ti

ou d'alliage de Ti sur une épaisseur comprise entre 1 et 10 gm.

2. Méthode selon la revendication 1 caractérisé en ce que les alliages

d'apport conventionnels Al-Si sont utilisés sans effet getter au cours

du cycle thermique de brasage sous vide.

3. Méthode selon la revendication 1 caractérisé en ce qu' on introduit du

Mg avant brasage dans l'enceinte du four.

l'enceinte du four atteint 1,33. 10 2Pa.

lors du maintien à la température de brasage la pression absolue dans

4 Méthode selon l'une des revendications 2 ou 3 caractérisé en ce que

5. Méthode selon la revendication 4 caractérisé en ce que la pression absolue dans l'enceinte du four est comprise entre 1,33.10 -3 et

l,33.lO#2Pa.