FR2786418A1 - Improving corrosion resistance of magnesium alloy components to be connected to metal components with high galvanic potential involves over-molding insert into magnesium alloy component by injection of pasty magnesium alloy during molding - Google Patents
Improving corrosion resistance of magnesium alloy components to be connected to metal components with high galvanic potential involves over-molding insert into magnesium alloy component by injection of pasty magnesium alloy during molding Download PDFInfo
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Abstract
Description
L'invention concerne le domaine du moulage de pièces mécaniques en alliage de magnésium, en particulier de pièces destinées à tre connectées à d'autres pièces en vue d'une transmission de mouvement : axes en sortie de courbure, accrochage de ressort d'appui, rivet d'articulation de carter, etc.. L'invention s'applique notamment aux pièces de systèmes d'essuie-glace, de groupes motoventilateurs ou d'hélices. The invention relates to the field of molding of mechanical parts made of magnesium alloy, in particular of parts intended to be connected to other parts for the purpose of transmitting movement: axes at the end of the curvature, attachment of a support spring , crankcase hinge rivet, etc. The invention applies in particular to parts of windshield wiper systems, fan units or propellers.
L'utilisation de tels alliages présente notamment l'avantage de permettre une réduction sensible de masse, tout en conservant les propriétés mécaniques souhaitées, et ceci sans augmentation sensible de coût. Les alliages de magnésium couramment utilisés sont à base d'aluminium et de zinc, tel que le GA9Z1 (9% d'aluminium et 1% de zinc), les alliages de zinc et de terres rares ZE33, ZE52, ZE55 (avec respectivement 3 ou 5% d zinc et, respectivement 3 ou 2% (ou 5%) de terres rares), ou des alliages composites avec, par exemple, du carbure de silicium (par exemple à 12%). The use of such alloys has the particular advantage of allowing a significant reduction in mass, while retaining the desired mechanical properties, without any significant increase in cost. The commonly used magnesium alloys are based on aluminum and zinc, such as GA9Z1 (9% aluminum and 1% zinc), zinc and rare earth alloys ZE33, ZE52, ZE55 (with respectively 3 or 5% zinc and, respectively 3 or 2% (or 5%) of rare earths), or composite alloys with, for example, silicon carbide (for example at 12%).
Le problème que présente l'utilisation de tels alliages de magnésium est la corrosion galvanique qui apparaît au niveau des jonctions avec des pièces dont les matériaux présentent des potentiels galvaniques sensiblement élevés, tels que l'acier, I'aluminium ou le zamak, c'est-à-dire supérieur à-1 (par exemple de-1 à-0, 6), alors que le potentiel des alliages de magnésium est sensiblement plus électronégatif (entre-1,4 et-1,7). The problem presented by the use of such magnesium alloys is the galvanic corrosion which appears at the junctions with parts whose materials present appreciably high galvanic potentials, such as steel, aluminum or zamak, it that is to say greater than -1 (for example from -1 to -0.6), while the potential of the magnesium alloys is appreciably more electronegative (between -1.4 and -1.7).
Afin de surmonter ce problème, il est connu d'utiliser des inserts métalliques et de mouler autour de celui-ci la pièce réalisée en matériau plastique ou en tôle emboutie. Cependant, les matériaux plastiques ou la tôle emboutie ne présentent pas de propriétés mécaniques équivalentes à celles des métaux. De plus, la connexion réalisée pose des problèmes au niveau des interfaces. In order to overcome this problem, it is known to use metal inserts and to mold around it the part made of plastic material or of pressed sheet metal. However, plastic materials or stamped sheet metal do not have mechanical properties equivalent to those of metals. In addition, the connection made poses problems at the interface level.
L'invention propose, pour résoudre ce problème, de prévoir un insert en alliage métallique de potentiel galvanique proche de celui de l'alliage de magnésium utilisé, mais apte à assurer les fonctions d'interface avec des matériaux à haut potentiel galvanique sans tre corrodé. The invention proposes, to solve this problem, to provide an insert made of a metal alloy with galvanic potential close to that of the magnesium alloy used, but capable of performing the interface functions with materials with high galvanic potential without being corroded. .
Plus précisément, la présente invention a pour objet un procédé d'amélioration de résistance à la corrosion de pièces en alliage de magnésium à connecter à des pièces métalliques de potentiel galvanique élevé, dans lequel il est prévu de surmouler un insert dans la pièce en alliage de magnésium par injection de l'alliage de magnésium à l'état pâteux lors du moulage de cette pièce pour empcher la refusion de l'insert, l'insert, destiné à entourer la pièce à connecter, étant constitué d'un alliage sensiblement moins corrodable que l'alliage de magnésium et de potentiel galvanique sensiblement proche de celui de l'alliage de magnésium. More specifically, the subject of the present invention is a method for improving the corrosion resistance of parts of magnesium alloy to be connected to metal parts of high galvanic potential, in which it is intended to overmold an insert in the part of alloy of magnesium by injection of the magnesium alloy in the pasty state during molding of this part to prevent reflow of the insert, the insert, intended to surround the part to be connected, being made of a substantially less alloy corrodable as the magnesium alloy and of galvanic potential substantially close to that of the magnesium alloy.
Le fait d'injecter l'alliage de magnésium à l'état pâteux, et non comme habituellement à l'état liquide, permet ainsi d'éviter la refusion mme partielle de l'alliage constituant l'insert lors de l'injection. La refusion est le retour à l'état fondu du matériau constitutif de l'insert. The fact of injecting the magnesium alloy in the pasty state, and not as usual in the liquid state, thus makes it possible to avoid even partial remelting of the alloy constituting the insert during the injection. The remelting is the return to the molten state of the material constituting the insert.
Selon des modes particuliers de réalisation :
-I'alliage constitutif de l'insert est choisi parmi des alliages d'aluminium, de zinc et de titane ;
-la face externe de l'insert est moletée, pour améliorer la liaison entre l'insert et la pièce coulée en alliage de magnésium ;
-la face interne de l'insert est recouverte d'une couche de matériau à coefficient de frottement adapté à la tenue de la pièce à lier, afin d'améliorer l'interface avec cette pièce ;
-I'alliage de magnésium est conformé en lingot avant d'tre introduit dans un tube d'injection à piston comportant des moyens de chauffage, puis est poussé sous pression par le piston dans l'empreinte d'un moule couplé au tube, cette empreinte comportant au moins un noyau autour duquel est disposé l'insert.According to particular embodiments:
The alloy constituting the insert is chosen from aluminum, zinc and titanium alloys;
the external face of the insert is knurled, to improve the connection between the insert and the casting part made of magnesium alloy;
the internal face of the insert is covered with a layer of material with a coefficient of friction suitable for holding the part to be bonded, in order to improve the interface with this part;
-The magnesium alloy is shaped into an ingot before being introduced into a piston injection tube comprising heating means, then is pushed under pressure by the piston into the imprint of a mold coupled to the tube, this imprint comprising at least one core around which the insert is disposed.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront ci-après à la lecture de la description d'un exemple de réalisation, en référence aux figures annexées qui représentent :
-la figure 1, une vue schématique en coupe d'un exemple de dispositif destiné à mouler des pièces par injection conformément au procédé de l'invention ;
-les figures 2a et 2b, deux étapes du procédé selon l'invention, respectivement lors de la mise à l'état pâteux de l'alliage de magnésium et après injection de l'alliage dans le moule.Other characteristics and advantages of the invention will appear below on reading the description of an exemplary embodiment, with reference to the appended figures which represent:
FIG. 1, a schematic sectional view of an example of a device intended for molding parts by injection in accordance with the method of the invention;
FIGS. 2a and 2b, two stages of the method according to the invention, respectively when the magnesium alloy is put into a pasty state and after injection of the alloy into the mold.
La vue en coupe selon la figure 1 montre que le dispositif comporte une section injection et une section moulage imbriquées l'une dans l'autre. La section injection A se compose d'un tube d'injection 10 formé d'un canal 12 sensiblement horizontal, et pourvu d'une ouverture latérale 12a dans laquelle est introduite l'alliage. The sectional view according to Figure 1 shows that the device comprises an injection section and a molding section nested one inside the other. The injection section A consists of an injection tube 10 formed from a substantially horizontal channel 12, and provided with a lateral opening 12a into which the alloy is introduced.
Le tube est équipé d'un piston d'injection cylindrique 14, ce piston étant monté coulissant dans le canal 12 et actionné par une bielle télescopique 15. Ce tube est muni de moyens de chauffage sous la forme d'une bobine d'induction 16 alimentée en courant électrique d'intensité adapté.The tube is equipped with a cylindrical injection piston 14, this piston being slidably mounted in the channel 12 and actuated by a telescopic rod 15. This tube is provided with heating means in the form of an induction coil 16 supplied with electric current of suitable intensity.
Dans la deuxième section de moulage B, le canal d'injection 12 se prolonge par une cavité cylindrique 17 formée dans une des demi-coques 18a, 18b d'un moule 18, la cavité 17 étant dimensionnée pour recevoir le piston 14 de manière coulissante. La demi-coque 18a, apte à recevoir le piston 14, incorpore des canaux de régulation en température 20 dans lesquels circule un fluide caloporteur. In the second molding section B, the injection channel 12 is extended by a cylindrical cavity 17 formed in one of the half-shells 18a, 18b of a mold 18, the cavity 17 being dimensioned to receive the piston 14 in a sliding manner . The half-shell 18a, capable of receiving the piston 14, incorporates temperature regulation channels 20 in which a heat transfer fluid circulates.
Dans l'autre demi-coque 18b, est disposée une empreinte 22 dans une cavité 23 couplée à la cavité 17 par un conduit de liaison 19, cette empreinte ayant la forme de la pièce à réaliser. Le conduit de liaison 19 est creusé en surface des demicoques 18a, 18b. In the other half-shell 18b, an imprint 22 is arranged in a cavity 23 coupled to the cavity 17 by a connecting duct 19, this imprint having the shape of the part to be produced. The connecting duct 19 is hollowed out on the surface of the demicoques 18a, 18b.
Un insert en aluminium 24, présentant une forme annulaire, est introduit autour d'un noyau 25 de l'empreinte correspondant à la position de la tige en acier (non représentée) à assembler. Une dépouille (non représentée) est prévue dans la paroi de l'insert 24 située en regard du noyau 25 afin de faciliter l'éjection de la pièce lors du démoulage. An aluminum insert 24, having an annular shape, is introduced around a core 25 of the cavity corresponding to the position of the steel rod (not shown) to be assembled. A draft (not shown) is provided in the wall of the insert 24 located opposite the core 25 in order to facilitate the ejection of the part during demolding.
Pour réaliser la pièce, l'alliage de magnésium 26, préformé en lingot de dimension adapté à un poste différent, est déposé dans le canal 12 à travers l'ouverture latérale 12a et poussé, par le piston d'injection 14, dans la zone du canal 12 entourée par la bobine d'induction 16 (figure 2a). L'intensité et la fréquence du courant de la bobine sont ajustées pour que le métal atteigne une température comprise entre 560 C et 580 C. Cette température, proche tout en restant inférieure à sa température de fusion (595 C), confère à l'alliage un état pâteux ou semi-solide qui autorise son injection dans la section de moulage. To make the part, the magnesium alloy 26, preformed into an ingot of a size suitable for a different station, is deposited in the channel 12 through the lateral opening 12a and pushed, by the injection piston 14, into the zone channel 12 surrounded by the induction coil 16 (Figure 2a). The intensity and frequency of the coil current are adjusted so that the metal reaches a temperature between 560 C and 580 C. This temperature, close while remaining below its melting temperature (595 C), gives the alloy a pasty or semi-solid state which allows its injection into the molding section.
L'alliage est ensuite poussé jusqu'au fond du canal 12 pour tre injecté sous pression dans la cavité 17 à travers le conduit de liaison 19. Tel qu'illustré en figure 2b, I'alliage 26 vient se mouler sur l'empreinte 22 en se soudant autour de l'insert 24. Le fait que l'alliage de magnésium soit porté et maintenu à une température sensiblement inférieure à la température de fusion de l'insert (660 C), notamment grâce aux moyens de régulation en température 20, permet d'éviter une refusion de ce dernier au contact de l'alliage. The alloy is then pushed to the bottom of the channel 12 to be injected under pressure into the cavity 17 through the connection duct 19. As illustrated in FIG. 2b, the alloy 26 is molded onto the cavity 22 by welding around the insert 24. The fact that the magnesium alloy is brought to and maintained at a temperature substantially lower than the melting temperature of the insert (660 ° C.), in particular thanks to the temperature regulation means 20 , avoids reflow of the latter in contact with the alloy.
Dans ces conditions, la pièce obtenue après refroidissement et démoulage possède un insert de liaison qui ne contient pas d'alliage de magnésium, ce qui lui permet de ne pas s'exposer à la corrosion au contact de pièces en matériaux ci haut potentiel oxydo-réducteur. Under these conditions, the part obtained after cooling and demolding has a connecting insert which does not contain a magnesium alloy, which allows it not to be exposed to corrosion on contact with parts made of materials with high oxidative potential. reducer.
L'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation décrit et représenté. The invention is not limited to the embodiment described and shown.
En variante, il est possible de verser l'alliage de magnésium en fusion entre le piston et une paroi escamotable prévue dans un premier tronçon du tube d'injection. Après refroidissement jusqu'à solidification à l'aide de moyens de régulation en température adaptés, et retrait de la paroi, le lingot formé est poussé par le piston d'injection et réchauffé à la température d'état pâteux (entre environ 560 et 580 C pour l'alliage de magnésium GA9Z1) dans un deuxième tronçon du tube d'injection, selon le mode opératoire déjà décrit.Alternatively, it is possible to pour the molten magnesium alloy between the piston and a retractable wall provided in a first section of the injection tube. After cooling to solidification using suitable temperature regulation means, and removal from the wall, the ingot formed is pushed by the injection piston and warmed to the pasty state temperature (between approximately 560 and 580 C for the magnesium alloy GA9Z1) in a second section of the injection tube, according to the procedure already described.
Les moyens de refroidissement peuvent également servir de moyens de régulation en température. Dans ce cas, la solidification et la transformation à l'état pâteux se fait sur le mme tronçon, la paroi étant retirée après transformation à l'état pâteux. La suite des étapes reprend celle précédemment décrite. The cooling means can also serve as temperature regulation means. In this case, solidification and transformation in the pasty state takes place over the same section, the wall being removed after transformation in the pasty state. The rest of the steps repeat that previously described.
II est également possible de prévoir un agencement vertical du tube d'injection avec introduction du métal en fusion par le haut ou par le bas, afin de s'affranchir de la paroi escamotable. It is also possible to provide a vertical arrangement of the injection tube with the introduction of the molten metal from above or from below, in order to overcome the retractable wall.
Par ailleurs, l'alliage de magnésium à l'état pâteux peut tre préparé sur un poste différent du poste d'injection et de moulage précédemment décrit. A ce premier poste, l'alliage en fusion est solidifié puis réchauffé pour se présenter à l'état semisolide. L'alliage pâteux est alors versé dans le canal de la section injection précédemment décrite, ou dans une section injection du type à vis, utilisée en thixoforgeage dans les machines à injection de métal à l'état pâteux. Furthermore, the magnesium alloy in the pasty state can be prepared at a station different from the injection and molding station described above. At this first station, the molten alloy is solidified and then reheated to present itself in the semi-solid state. The pasty alloy is then poured into the channel of the injection section previously described, or into an injection section of the screw type, used in thixoforging in metal injection machines in the pasty state.
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