FR2890880A1 - Procede d'assemblage et assemblage d'une piece en aluminium et d'une piece en magnesium - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un procédé d'assemblage de deux pièces dont la première pièce 1 comprend au moins 85% d'aluminium et dont la deuxième pièce 2 comprend au moins 80% de magnésium.Selon l'invention, on assemble les deux pièces 1, 2 en utilisant un composé métallique ayant une température de fusion inférieure à 650 degree C, que l'on dépose dans un état fondu 6.La présente invention concerne également un assemblage de deux pièces en aluminium et en magnésium.
Description
La présente invention concerne le domaine général de l'assemblage de
pièces métalliques, en particulier de l'assemblage de pièces en aluminium et de pièces en magnésium.
Plus précisément, l'invention concerne un procédé d'assemblage de deux pièces dont la première pièce comprend au moins 85% d'aluminium et dont la deuxième pièce comprend au moins 80% de magnésium.
Actuellement, les pièces en magnésium sont 10 assemblées à des pièces en aluminium par un assemblage mécanique, par exemple par vissage.
Cependant, afin d'obtenir une liaison continue et plus résistante entre les pièces et un temps de fabrication plus court, on cherche à assembler une pièce en aluminium et une pièce en magnésium par soudage.
Or, le soudage entre aluminium et magnésium ne donne pas de résultat satisfaisant du fait de la non miscibilité de ces deux métaux. Le soudage entre aluminium et magnésium entraîne la formation de composés intermétalliques qui fragilisent de manière trop importante la liaison entre deux pièces respectivement en aluminium et en magnésium.
Dans ce contexte, la présente invention a pour but de proposer un procédé exempt de l'une au moins de ces 25 limitations.
A cette fin, le procédé de l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu'en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisé en ce que l'on assemble les deux pièces en utilisant un composé métallique ayant une température de fusion inférieure à 650 C, que l'on dépose dans un état fondu.
2890880 2 Le procédé de l'invention présente l'avantage de diminuer la réactivité du magnésium en travaillant à une température inférieure à sa température de fusion. La formation d'intermétalliques, en particulier du côté du magnésium, est donc limitée. Ainsi, la liaison magnésiumaluminium obtenue par ce procédé est suffisamment résistante pour envisager une application industrielle de l'assemblage obtenu.
L'invention présente en outre l'avantage de 10 proposer un procédé rapide en temps de cycle de fabrication.
L'invention concerne également un assemblage de deux pièces dont la première pièce comprend au moins 85% d'aluminium et dont la deuxième pièce comprend au moins 80% de magnésium, caractérisé en ce que les deux pièces sont assemblées par une brasure.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence au dessin annexé.
La figure 1 représente la mise en uvre du procédé de l'invention selon un mode particulier de réalisation.
L'invention concerne un procédé d'assemblage de deux pièces 1, 2. Ces deux pièces sont de préférence constituées d'alliages.
La première pièce 1 comprend au moins 85% d'aluminium, de préférence au moins 90% d'aluminium, et tout préférentiellement au moins 95% d'aluminium. On appelle aussi cette première pièce pièce en aluminium .
Cette première pièce 1 peut être tout alliage d'aluminium. Par exemple, elle peut comprendre, en plus de l'aluminium, jusqu'à 5% de magnésium, jusqu'à 2% de manganèse et/ou jusqu'à 2% de silicium. En particulier, on peut utiliser une tôle d'aluminium, classiquement utilisée dans le domaine automobile, constituée de 97% d'aluminium, 2% de magnésium et 1% de silicium.
La deuxième pièce 2 comprend au moins 80% de magnésium, de préférence au moins 85% de magnésium, et tout préférentiellement au moins 90% de magnésium. On appelle aussi cette deuxième pièce pièce en magnésium .
Cette deuxième pièce 2 peut être tout alliage de magnésium. Par exemple, elle peut comprendre, en plus du magnésium, jusqu'à 15% d'aluminium, jusqu'à 5% de zinc et/ou jusqu'à 3% de manganèse. En particulier, on peut utiliser l'alliage magnésium AZ91, qui est constitué de 90% de magnésium, 9% d'aluminium et 1% de zinc.
Selon le procédé de l'invention, on assemble les deux pièces 1, 2 en utilisant un composé métallique ayant une température de fusion inférieure à 650 C, que l'on dépose dans un état fondu 6.
L'invention consiste à mettre en uvre un brasage entre une pièce en aluminium et une pièce en magnésium. On entend par brasage l'opération qui consiste à assembler des pièces métalliques à l'aide d'un métal ou d'un alliage d'apport à l'état liquide. On inclut dans le terme brasage le terme soudo-brasage.
L'utilisation d'un composé métallique ayant une température de fusion inférieure à 650 C, soit inférieure à la température de fusion de l'aluminium (660,4 C) et surtout du magnésium (650 C), permet de limiter la réactivité du magnésium et ainsi la formation 2890880 4 de composés intermétalliques qui fragilisent de manière générale les liaisons entre métaux.
Plus la température de fusion du composé métallique est basse, plus la brasure obtenue est molle.
Afin d'obtenir une brasure relativement dure, le composé métallique a de préférence une température de fusion supérieure à 200 C.
On entend par composés intermétalliques les composés stoechiométriques se formant à partir d'au moins deux métaux. Ces composés ont la particularité de posséder une structure moléculaire très proche d'une structure cristalline. Par conséquent, leur présence au niveau d'une liaison entre deux métaux fragilise cette liaison.
Cette fragilisation se caractérise par une diminution de la résistance à la rupture de l'assemblage obtenu par le procédé de l'invention.
On place les deux pièces au moins localement en contact l'une de l'autre créant ainsi une zone 3 de proximité dans laquelle on assemble les deux pièces 1, 2.
Sur la figure 1, les pièces 1, 2 sont disposées suivant une configuration géométrique en angle, que l'on peut comparer à une configuration de soudure à clin.
Le composé métallique est, sur la figure 1, sous la forme d'un fil 4 de métal d'apport. Le fil 4 est approché de la zone 3 de proximité et est fondu à l'aide d'un laser 5 et/ou d'un arc électrique.
Le composé métallique est ainsi déposé à l'état 6 fondu dans la zone 3 de proximité, de manière à former un cordon 7 de brasure. La tenue mécanique de la brasure est fonction de la résistance du métal d'apport.
On préfère l'utilisation d'un laser seul. En effet, le laser constitue une source de chaleur précisément dosée. Il est capable de fournir un gradient thermique par bombardement photonique superficiel. Ainsi, le laser apporte la chaleur adéquate pour fondre le composé métallique du fil 4 et une épaisseur minimale de l'aluminium de la pièce 1 et surtout du magnésium de la pièce 2.
Selon une version avantageuse de l'invention, 10 préalablement ou simultanément au dépôt du composé métallique, on dépose au moins une terre rare.
On entend par terre rare le scandium, l'yttrium et les éléments chimiques de la famille des lanthanides, tels que le cérium.
On peut déposer un mélange de terres rares.
Ces éléments sont utilisés pour leur rayon atomique élevé. Ils jouent un rôle principal de barrière de diffusion entre le composé métallique et le magnésium, pour limiter l'épaisseur d'intermétalliques à une couche très mince côté magnésium et pour durcir la brasure. En outre, ils servent de décapant des surfaces des pièces d'aluminium et de magnésium dans la zone de proximité, et améliorent le mouillage. Ils assurent aussi un rôle de barrière thermique.
On peut aussi déposer, préalablement ou simultanément au dépôt du composé métallique, au moins un halogénure métallique.
L'halogénure métallique inclut un anion fluor F-, chlore Cl-, brome Br- ou iode I- et un cation d'un métal 30 tel que le lithium ou le chrome, par exemple.
On peut déposer un mélange d'halogénures métalliques.
2890880 6 L'halogénure métallique assure une fonction principale de décapant. Il consomme la couche d'oxydes qui peut se former à la surface des pièces d'aluminium et de magnésium dans la zone de proximité. Ainsi, les surfaces sont nettoyées et préparées pour la liaison par le composé métallique. Le dépôt d'halogénure métallique permet aussi de faciliter le mouillage lors du dépôt du composé métallique, en particulier à basse température. En outre, l'utilisation d'un tel halogénure métallique est avantageuse en ce qu'il possède une température de fusion peu élevée.
Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, chaque terre rare et/ou chaque halogénure métallique sont déposés sous une forme de poudre.
La terre rare ou le mélange de terres rares sont de préférence déposés préalablement au dépôt du composé métallique et sous une forme de poudre, et sont de préférence chauffés en même temps que le composé métallique.
L'halogénure métallique ou le mélange d'halogénures métalliques peuvent être déposés préalablement au dépôt du composé métallique et sous une forme de poudre. Dans ce cas, la poudre d'halogénure(s) métallique(s) et la poudre de terre(s) rare(s) peuvent être déposées ensemble ou séparément, simultanément ou successivement.
L'halogénure métallique ou le mélange d'halogénures métalliques peuvent aussi être déposés simultanément au composé métallique, et sont dans ce cas de préférence sous une forme de gaine autour du fil 4 de métal d'apport constitué du composé métallique.
Selon un mode particulier de mise en oeuvre de l'invention, le composé métallique est un alliage comprenant au moins un métal ayant une température de fusion comprise entre 400 C et 650 C et au moins un métal ayant une température de fusion inférieure à 400 C.
On choisit avantageusement un tel composé métallique de manière à ce qu'il ait une température finale de fusion comprise entre 200 C et 550 C.
Lorsqu'on choisit un composé métallique ayant une température de fusion basse, par exemple inférieure à 400 C, le dépôt d'au moins une terre rare est particulièrement avantageux. En effet, la tenue mécanique de la brasure est fonction de la résistance du composé métallique apporté. Cette résistance est d'autant plus faible que la température de fusion de ce composé métallique est basse. La terre rare, en tant que barrière de diffusion, compense cet effet.
On peut choisir comme métal ayant une température de fusion comprise entre 400 C et 650 C, par exemple, le zinc. Le zinc a une température de fusion de 420 C et est miscible à l'aluminium et au magnésium.
Le zinc peut être remplacé par un alliage aluminium/silicium, par exemple à 10% de silicium.
Selon l'invention, chaque métal ayant une température de fusion inférieure à 400 C est choisi en particulier parmi le gallium, le bismuth, le lithium, le césium, l'étain, l'antimoine à titre d'exemple.
L'intérêt d'ajouter un métal fondant à une température encore inférieure au métal ayant une température de fusion comprise entre 400 C et 650 C est d'améliorer le brasage en réduisant la réactivité du magnésium, qui augmente avec la température. Ce métal de température de fusion inférieure à 400 C est miscible en forte proportion, de préférence à plus de 25%, à l'aluminium et au magnésium.
La mise en uvre du procédé selon l'invention permet d'obtenir un assemblage dont la résistance à la rupture en traction est supérieure à 80% de celle de l'alliage de magnésium initial.
De préférence, les première et deuxième pièces 10 sont chacune, indépendamment l'une de l'autre, sous la forme d'une tôle, d'une pièce de fonderie ou d'un tube.
La présente invention concerne plus particulièrement l'assemblage d'une pièce de fonderie en magnésium avec une pièce en aluminium, qui est soit un profilé extrudé, soit une tôle emboutie. Les deux pièces sont alors assemblées soit selon une configuration de soudage bout à bout, soit selon une configuration de soudage à clin.
Bien entendu, on peut assembler, par la mise en uvre du procédé selon l'invention, une ou plusieurs pièces en magnésium à une ou plusieurs pièces en aluminium.
La présente invention concerne également un assemblage de deux pièces dont la première pièce comprend au moins 85% d'aluminium et dont la deuxième pièce comprend au moins 85% de magnésium. Ces deux pièces sont assemblées par une brasure.
Un tel assemblage, susceptible d'être obtenu par le procédé selon l'invention, est destiné à être utilisé 30 en particulier dans le domaine de l'automobile, plus particulièrement dans le but d'alléger les carrosseries.
2890880 9 L'invention s'intéresse tout particulièrement aux assemblages de tubes extrudés en aluminium à une pièce de fonderie en magnésium.
Claims (11)
1/ Procédé d'assemblage de deux pièces (1, 2) dont la première pièce (1) comprend au moins 85% d'aluminium et dont la deuxième pièce (2) comprend au moins 80% de magnésium, caractérisé en ce que l'on assemble les deux pièces (1, 2) en utilisant un composé métallique ayant une température de fusion inférieure à 650 C, que l'on dépose dans un état fondu (6).
2/ Procédé selon la revendication 1, dans lequel, préalablement ou simultanément au dépôt du composé métallique, on dépose au moins une terre rare.
3/ Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel, préalablement ou simultanément au dépôt du composé métallique, on dépose au moins un halogénure métallique.
4/ Procédé selon la revendication 2 ou 3, dans lequel chaque terre rare et/ou chaque halogénure métallique sont déposés sous une forme de poudre.
5/ Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le composé métallique a une température de fusion supérieure à 200 C.
6/ Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le composé métallique est un alliage comprenant au moins un métal ayant une température de fusion comprise entre 400 C et 650 C et au moins un métal ayant une température de fusion inférieure à 400 C.
7/ Procédé selon la revendication 6, dans lequel 30 le métal ayant une température de fusion comprise entre 400 C et 650 C est le zinc.
8/ Procédé selon la revendication 6 ou 7, dans lequel chaque métal ayant une température de fusion inférieure à 400 C est choisi parmi le gallium, le bismuth, le lithium, le césium et l'étain.
9/ Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel on place les deux pièces (1, 2) au moins localement en contact l'une de l'autre créant ainsi une zone (3) de proximité dans laquelle on assemble les deux pièces (1, 2).
10/ Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel les première et deuxième pièces (1, 2) sont chacune, indépendamment l'une de l'autre, sous la forme d'une tôle, d'une pièce de fonderie ou d'un tube.
11/ Assemblage de deux pièces dont la première pièce comprend au moins 85% d'aluminium et dont la deuxième pièce comprend au moins 80% de magnésium, caractérisé en ce que les deux pièces sont assemblées par une brasure.
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