FR3044570A1 - METHOD FOR ASSEMBLING A FIRST METAL PIECE AND A SECOND PART OF METAL OR CERAMIC BY BRAZING, BRAZING COMPOSITION - Google Patents
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Abstract
Procédé d'assemblage d'une première pièce et d'une deuxième pièce par brasage, la face à assembler de la première pièce étant en un premier métal et la face à assembler de la deuxième pièce étant en un deuxième métal ou en céramique, le procédé comportant les étapes successives suivantes : - mettre en contact les faces à assembler avec une composition de brasure, ladite composition de brasure comprenant un alliage CrxNiyTiz, avec : x allant de 0,5 à 0,98 y allant de 0,01 à 1/3 z allant de la 0 à 0,25 et tel que x+y+z = 100% - faire fondre la composition de brasure en la chauffant à une température de brasage supérieure à la température de fusion de l'alliage CrxNiyTiz pour former un joint de brasage.A method of assembling a first part and a second part by brazing, the face to be assembled of the first part being made of a first metal and the face to be assembled of the second part being made of a second metal or ceramic, the method comprising the following successive steps: - contacting the faces to be joined with a solder composition, said solder composition comprising a CrxNiyTiz alloy, with: x ranging from 0.5 to 0.98 y ranging from 0.01 to 1 Wherein z = 0 to 0.25 and such that x + y + z = 100% - melts the braze composition by heating it to a brazing temperature above the melting temperature of the CrxNiyTiz alloy to form a solder joint.
Description
Procédé d’assemblage d’une première pièce en métal et d’une seconde pièce en métal ou en céramique par brasage, composition de brasure.A method of assembling a first piece of metal and a second piece of metal or ceramic by soldering, solder composition.
Domaine technique de l'invention L’invention est relative à un procédé d’assemblage d’une première pièce en métal et d’une seconde pièce en métal ou en céramique par brasage, et à une composition de brasure. État de la techniqueTECHNICAL FIELD OF THE INVENTION The invention relates to a method of assembling a first piece of metal and a second piece of metal or ceramic by soldering, and a solder composition. State of the art
Dans de nombreux processus industriels et de nombreux dispositifs, il est nécessaire de pouvoir obtenir des valeurs de température fiables et précises, à haute température. Les sondes thermiques dans les moteurs doivent, par exemple, résister à de fréquentes sollicitations sous air à haute température. Les jonctions métal/métal ou métal/céramique de ces dispositifs doivent être hermétiques.In many industrial processes and devices, it is necessary to be able to obtain reliable and accurate temperature values at high temperatures. For example, thermal sensors in motors must withstand frequent high temperature air stresses. The metal / metal or metal / ceramic joints of these devices must be hermetic.
Pour garantir une bonne tenue mécanique et une bonne étanchéité au niveau de l'assemblage, seuls des procédés utilisant une phase liquide, comme le brasage, peuvent être envisagés. Le brasage consiste à faire fondre un alliage de brasage, appelé brasure, ou alliage d'apport, capable de mouiller et de s'étaler sur les interfaces des pièces à assembler et de se solidifier après refroidissement.To ensure good mechanical strength and good sealing at the assembly, only processes using a liquid phase, such as brazing, can be envisaged. Brazing consists of melting a brazing alloy, called solder, or alloy filler, capable of wetting and spreading on the interfaces of the parts to be assembled and to solidify after cooling.
Après refroidissement, la brasure solidifiée assure la cohésion de l’ensemble.After cooling, the solidified solder ensures the cohesion of the assembly.
Cependant, la plupart des brasures actuelles ne résistent pas suffisamment à l’oxydation et/ou aux températures des applications visées, ou alors elles sont à base de composés relativement chers, tels que le palladium, ce qui ne les rend pas applicable pour des applications à grande échelle.However, most of the present solders are not sufficiently resistant to the oxidation and / or temperatures of the targeted applications, or they are based on relatively expensive compounds, such as palladium, which does not make them applicable for applications. in large scale.
Le brevet US 6863995 décrit, par exemple, des compositions de brasure pour assembler des pièces métalliques. Les pièces sont en alliage de nickel-chrome et sont destinées à former des aubes de stator. La température de brasage est inférieure à 998°C. Ce type de brasure est résistant à l’oxydation et à la corrosion.US Patent 6863995 discloses, for example, solder compositions for joining metal parts. The parts are made of nickel-chromium alloy and are intended to form stator vanes. The brazing temperature is less than 998 ° C. This type of solder is resistant to oxidation and corrosion.
Cependant, ces brasures sont relativement chères car elles contiennent de l’or et les températures de mise en oeuvre (inférieures à 1000°C) sont trop basses pour les applications visées (1100°C sous air).However, these solders are relatively expensive because they contain gold and the operating temperatures (below 1000 ° C) are too low for the targeted applications (1100 ° C under air).
Le document CN1027797 décrit des compositions de brasure pour assembler une pièce en céramique avec une autre pièce en céramique ou en métal. Ces brasures comprennent du cuivre, un élément de terre rare et, entre autre, un élément anti-oxydant. Le joint de brasure est réalisé à 880°C sous vide à 1.10'5 Torr. Le joint de brasure présente une résistance à l’oxydation sous air à 600°C améliorée.CN1027797 discloses solder compositions for joining a ceramic part to another ceramic or metal part. These solders include copper, a rare earth element and, inter alia, an antioxidant element. The solder joint is carried out at 880 ° C under vacuum at 1.10'5 Torr. The solder joint has improved air oxidation resistance at 600 ° C.
Les températures de mise en œuvre sont également trop basses pour les applications visées. De plus, ce type d’alliage n’est pas adapté à une application industrielle car il nécessite l’utilisation de terres rares.The application temperatures are also too low for the targeted applications. In addition, this type of alloy is not suitable for industrial application because it requires the use of rare earths.
Le document WO 99/61195 divulgue une composition de brasure à base d’un alliage CrNiWPdSiBCo pour assembler des alliages à base de Fe-Cr-AI. Cet alliage forme, lors de la formation du joint de brasure, un composé intermétallique AlPd résistant à l’oxydation à haute température. Une faible concentration de bore et de silicium évite la fragilisation du joint. La température de fusion de cet alliage est comprise entre 1050°C et 1180°C.WO 99/61195 discloses a braze composition based on a CrNiWPdSiBCo alloy for joining Fe-Cr-Al based alloys. This alloy forms, during the formation of the solder joint, an intermetallic compound AlPd resistant to oxidation at high temperature. A low concentration of boron and silicon avoids embrittlement of the joint. The melting temperature of this alloy is between 1050 ° C and 1180 ° C.
Le brevet US 3662455 décrit un alliage NiTiNb pour assembler des pièces en céramique ou en céramique et en métal. Le joint de brasure est réalisé, à une température de 1190°C-1220°C, sous vide ou sous atmosphère inerte. L’ensemble est résistant aux vapeurs chaudes de métaux alcalins tels que le césium ou le rubidium.US Patent 3662455 discloses a NiTiNb alloy for joining ceramic or ceramic and metal parts. The solder joint is made at a temperature of 1190 ° C-1220 ° C under vacuum or under an inert atmosphere. The set is resistant to hot alkali metal fumes such as cesium or rubidium.
Cependant, des éléments tels que le niobium et le palladium sont des éléments rares et l’utilisation de brasure comportant de tels éléments est difficilement applicable à grande échelle.However, elements such as niobium and palladium are rare elements and the use of brazing with such elements is difficult to apply on a large scale.
Le brevet US 4596354 décrit le brasage de pièces en céramique et/ou en métal, avec un alliage AINi résistant à l’oxydation. Le procédé de brasage est réalisé dans une atmosphère non oxydante à une température allant de 1450°C à 1550°C. Ces températures sont, cependant, très élevées et nécessitent un fort apport énergétique pour réaliser le joint de brasage. De plus, à de telles températures, lors du refroidissement, le risque de défaillance à cause des contraintes thermomécaniques augmente considérablement.US Pat. No. 4,596,354 discloses the brazing of ceramic and / or metal parts with an alloy AINi resistant to oxidation. The brazing process is carried out in a non-oxidizing atmosphere at a temperature ranging from 1450 ° C to 1550 ° C. These temperatures are, however, very high and require a high energy input to make the solder joint. In addition, at such temperatures, during cooling, the risk of failure due to thermomechanical stresses increases considerably.
Objet de l'invention L’invention a pour but de remédier aux inconvénients de l’art antérieur et, en particulier, de proposer un procédé de brasage applicable à grande échelle et permettant d’obtenir une résistance à l’oxydation à haute température, et, plus particulièrement, à des températures de l’ordre de 1100°C, voire jusqu’à 1400°C.OBJECT OF THE INVENTION The object of the invention is to overcome the disadvantages of the prior art and, in particular, to propose a brazing process that is applicable on a large scale and that makes it possible to obtain resistance to oxidation at high temperature. and, more particularly, at temperatures of the order of 1100 ° C. or even up to 1400 ° C.
Cet objet est atteint par un procédé d’assemblage d’une première pièce et d’une deuxième pièce par brasage, la face à assembler de la première pièce étant en un premier métal et la face à assembler de la deuxième pièce étant en un deuxième métal ou en céramique, le procédé comportant les étapes successives suivantes : - mettre en contact les faces à assembler avec une composition de brasure, ladite composition de brasure comprenant un alliage CrxNiyTiz, avec : x allant de 0,5 à 0,98 y allant de 0,01 à 1/3 z allant de la 0 à 0,25 et tel que x+y+z = 100% - faire fondre la composition de brasure en la chauffant à une température de brasage supérieure à la température de fusion de l’alliage CrxNiyTiz pour former un joint de brasage.This object is achieved by a method of assembling a first part and a second part by soldering, the face to be assembled of the first part being made of a first metal and the face to be assembled of the second part being in a second part. metal or ceramic, the method comprising the following successive steps: - bringing the faces to be joined into contact with a solder composition, said solder composition comprising a CrxNiyTiz alloy, with: x ranging from 0.5 to 0.98 up to from 0.01 to 1/3 z ranging from 0 to 0.25 and such that x + y + z = 100% - melting the braze composition by heating it to a brazing temperature above the melting temperature of CrxNiyTiz alloy to form a solder joint.
Cet objet est également atteint par une composition de brasure comprenant un alliage CrxNiyTiz, avec : x allant de 0,5 à 0,98 y allant de 0,01 à 1/3 z allant de la 0 à 0,25 et tel que x+y+z = 100%.This object is also achieved by a solder composition comprising a CrxNiyTiz alloy, with: x ranging from 0.5 to 0.98 y ranging from 0.01 to 1/3 z ranging from 0 to 0.25 and such that x + y + z = 100%.
Description sommaire des dessins D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés aux dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 représente, de manière schématique, le triangle de composition de l’alliage de la brasure dont les sommets sont délimités par les points :BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Other advantages and features will emerge more clearly from the following description of particular embodiments of the invention given by way of nonlimiting example and represented in the accompanying drawings, in which: FIG. , schematically, the triangle of composition of the solder alloy whose vertices are delimited by the points:
Cr0,98Ni0,oiTio,oi, Cro,5Nio,25Tio,25 et Cr2/3Ni 1 /3, - la figure 2 représente, de manière schématique, en coupe, une étape du procédé d’assemblage d’une pièce en Al203 avec deux pièces en alliage de Haynes®, selon l’invention, - la figure 3, représente une photographie du dispositif de la figure 2 après le procédé de brasage.Cr 2,98Ni 0, o 1 Ti 5, o 1, Cro, 5 Ni 10, 25 Ti, 25 and Cr 2/3 Ni 1/3; FIG. 2 schematically represents, in section, a step in the method of assembling an Al 2 O 3 part with two pieces of Haynes® alloy, according to the invention, - Figure 3 shows a photograph of the device of Figure 2 after the brazing process.
Description d’un mode de réalisation préférentiel de l’inventionDescription of a preferred embodiment of the invention
Le procédé d’assemblage permet d’assembler par brasage une première pièce et une deuxième pièce.The assembly method makes it possible to assemble by brazing a first piece and a second piece.
La face à assembler de la première pièce est en un premier métal et la face à assembler de la deuxième pièce est en un deuxième métal ou en céramique.The face to be assembled of the first piece is made of a first metal and the face to be assembled of the second piece is made of a second metal or ceramic.
Par céramique, on entend les céramiques oxydes, les céramiques non oxydes mais aussi les céramiques composites. La céramique est, de préférence, une céramique oxyde. Il s’agit, préférentiellement, d’une zircone ou de l’alumine. Préférentiellement, le premier et/ou le deuxième métal est un alliage de nickel ou de fer.Ceramic means ceramic oxides, non-oxide ceramics but also composite ceramics. The ceramic is preferably an oxide ceramic. It is preferentially a zirconia or alumina. Preferably, the first and / or second metal is an alloy of nickel or iron.
Le premier et/ou le deuxième métal est un alliage Ni-Cr-W-Mo, par exemple de type Haynes® 230 (Ni62-Cr22-Wi4-M02).The first and / or second metal is a Ni-Cr-W-Mo alloy, for example Haynes® 230 (Ni62-Cr22-Wi4-M02).
Le premier et/ou le deuxième métal est un alliage Ni-Cr-AI-Fe par exemple de type Haynes® 214 (Ni-Cr16-AI45-Fe3).The first and / or second metal is a Ni-Cr-Al-Fe alloy, for example Haynes® 214 (Ni-Cr16-Al45-Fe3).
Les faces à assembler peuvent être en un même matériau ou en deux matériaux différents.The faces to be assembled can be in the same material or in two different materials.
Avantageusement, lorsque les pièces sont en un même matériau, le différentiel de coefficient thermique ente les deux pièces à assembler est très faible, voire nul.Advantageously, when the parts are made of the same material, the thermal coefficient differential between the two parts to be assembled is very low, or even zero.
Le procédé d’assemblage par brasage comporte les étapes successives suivantes : - mettre en contact les faces à assembler avec une composition de brasure, ladite composition de brasure comprenant un alliage CrxNiyTiz, avec : x allant de 0,5 à 0,98 y allant de 0,01 à 1/3 z allant de la 0 à 0,25 et tel que x+y+z = 100% - faire fondre la composition de brasure en la chauffant à une température de brasage supérieure à la température de fusion de l’alliage CrxNiyTiz pour former un joint de brasage.The solder assembly method comprises the following successive steps: bringing the faces to be joined into contact with a solder composition, said solder composition comprising a CrxNiyTiz alloy, with: x ranging from 0.5 to 0.98 up to from 0.01 to 1/3 z ranging from 0 to 0.25 and such that x + y + z = 100% - melting the braze composition by heating it to a brazing temperature above the melting temperature of CrxNiyTiz alloy to form a solder joint.
Par 1/3, on entend la fraction exacte de l’arrondi 0,33. L’alliage de la brasure, aussi appelé alliage de brasage, est de type CrxNiyTiz. L’alliage peut comprendre des impuretés, mais leur quantité est négligeable par rapport aux autres constituants.By 1/3 we mean the exact fraction of the rounding 0.33. The solder alloy, also called brazing alloy, is of the CrxNiyTiz type. The alloy may include impurities, but their amount is negligible compared to other constituents.
Avantageusement, l’alliage est constitué de chrome, de titane et de nickel, ou de chrome et de nickel uniquement si z=0.Advantageously, the alloy consists of chromium, titanium and nickel, or chromium and nickel only if z = 0.
Ce type d’alliage fond et mouille les céramiques, et, plus particulièrement, les céramiques d’oxyde via la formation de sous-oxydes d’interface (oxydes de titane et de chrome), obtenus grâce à la présence de titane et/ou de chrome contenu dans la composition de brasure. Ce type de brasure mouille également tous les métaux et, en particulier, les métaux à base de fer, nickel, chrome, titane, aluminium, molybdène, tungstène, zirconium, cuivre. L’alliage de la composition de brasure est, avantageusement, défini par un triangle de composition dont les sommets sont délimités par les points (figure 1) Cr0,98Nio,oiTio,oi· Cro,5Nio,25Tio,25 et Cr2/3Nii/3.This type of alloy melts and wets ceramics, and, more particularly, oxide ceramics via the formation of interface sub-oxides (titanium and chromium oxides), obtained thanks to the presence of titanium and / or of chromium contained in the solder composition. This type of solder also wets all metals and, in particular, metals based on iron, nickel, chromium, titanium, aluminum, molybdenum, tungsten, zirconium, copper. The alloy of the solder composition is advantageously defined by a composition triangle whose vertices are delimited by the points (FIG. 1) Cr 0.98 Ni, o Ti 10, o 1 · Cro, 5 Ni 10, 25 Ti 10, and Cr 2/3 Ni / 3.
Un joint de brasure obtenu avec un tel alliage résistera mieux à l’oxydation. L’alliage est, préférentiellement, un alliage Cr0,6475Ni0,2775Tio,o75·A solder joint obtained with such an alloy will be more resistant to oxidation. The alloy is, preferably, an alloy Cr0.6475Ni0.2775Ti075
Selon un premier mode de réalisation, la composition de brasure comprend à l'état initial des particules de nickel, des particules de titane et des particules de chrome.According to a first embodiment, the solder composition comprises, in the initial state, nickel particles, titanium particles and chromium particles.
Les particules sont obtenues en mélangeant des poudres de nickel, de titane et de chrome.The particles are obtained by mixing powders of nickel, titanium and chromium.
Les particules ont, avantageusement, un diamètre compris 1μηη et ΙΟΟμιτι.The particles advantageously have a diameter of 1μηη and ΙΟΟμιτι.
La composition de brasure comportant des particules avec de telles gammes de diamètre est, avantageusement, homogène.The solder composition comprising particles with such diameter ranges is advantageously homogeneous.
Selon un autre mode de réalisation, la composition de brasure comprend des particules d'un alliage CrxNiyTiz.According to another embodiment, the solder composition comprises particles of a CrxNiyTiz alloy.
Les particules sont alors obtenues en broyant finement une pièce solide d'un alliage de CrxNiyTiz.The particles are then obtained by finely grinding a solid piece of a CrxNiyTiz alloy.
La pièce solide d'alliage de CrxNiyTiz est, par exemple, obtenue par fusion d'un mélange des éléments purs. Cette élaboration se fait en introduisant dans un creuset les différents éléments. Le creuset est placé dans un four et chauffé, sous gaz neutre ou vide secondaire. La température dépend de la composition de l’alliage et est choisie de manière à pouvoir faire fondre les constituants de l’alliage et obtenir un alliage homogène.The solid piece of CrxNiyTiz alloy is, for example, obtained by melting a mixture of pure elements. This elaboration is done by introducing into a crucible the different elements. The crucible is placed in an oven and heated under a neutral gas or secondary vacuum. The temperature depends on the composition of the alloy and is chosen so as to be able to melt the constituents of the alloy and obtain a homogeneous alloy.
Le gaz neutre est, par exemple, de l’argon ou de l’azote.The neutral gas is, for example, argon or nitrogen.
Selon un autre mode de réalisation, les éléments purs peuvent également être placés dans un creuset froid. Celui-ci évite le risque de pollution par interaction creuset / éléments. Les éléments sont ainsi fondus par chauffage inductif, avantageusement, sous argon ou vide secondaire de manière à pouvoir faire fondre les différents composants.According to another embodiment, the pure elements can also be placed in a cold crucible. This avoids the risk of pollution by interaction crucible / elements. The elements are thus melted by inductive heating, advantageously under argon or secondary vacuum so as to melt the various components.
Après fusion et refroidissement des différents éléments, un lingot est obtenu. Ce lingot est ensuite broyé pour obtenir une poudre.After melting and cooling of the various elements, an ingot is obtained. This ingot is then ground to obtain a powder.
Préférentiellement, il est broyé dans un broyeur à billes pour obtenir une poudre dont les particules ont un diamètre compris entre 1 pm et 100pm.Preferably, it is ground in a ball mill to obtain a powder whose particles have a diameter of between 1 pm and 100 pm.
La composition de brasure peut être sous la forme d’une poudre de particules. Selon un autre mode de réalisation, la composition de brasure comprend, en plus de ces particules, un liant, un cément organique liquide ou un gel, à la fois visqueux et collant afin d'obtenir une composition de brasure sous la forme d’une pâte.The solder composition may be in the form of a particle powder. According to another embodiment, the solder composition comprises, in addition to these particles, a binder, a liquid organic cement or a gel, both viscous and sticky in order to obtain a solder composition in the form of a dough.
Les particules sont en suspension dans le liant.The particles are suspended in the binder.
Avantageusement, le liant se décompose entre 100°C et 300°C sans laisser de traces.Advantageously, the binder decomposes between 100 ° C. and 300 ° C. without leaving any traces.
Il peut s'agir, par exemple, d'un cément organique de marque Nicrobraz® ou d’un gel.It may be, for example, a Nicrobraz® brand organic cement or a gel.
La composition de brasure et le liant forment une pâte de brasure.The solder composition and the binder form a solder paste.
La pâte est, avantageusement, facilement manipulable et peut être aisément disposée sur les pièces à assembler.The paste is, advantageously, easily handled and can be easily arranged on the parts to be assembled.
Selon une autre alternative, la composition de brasure est sous la forme d’un feuillet ou feuillard, sous la forme d’un fil en alliage de CrxNiyTiz. Elle peut aussi se présenter sous la forme d’un fil de l'alliage de CrxNiyTiz.According to another alternative, the solder composition is in the form of a sheet or strip, in the form of a CrxNiyTiz alloy wire. It can also be in the form of a wire of the CrxNiyTiz alloy.
Avant de mettre en contact les faces à assembler avec la composition de brasure, les faces des pièces à braser sont, avantageusement, dégraissées, nettoyées dans un solvant et dans un bain à ultrasons. Le solvant est, par exemple, de l’acétone ou de l’alcool. Les pièces sont ensuite séchées.Before bringing the faces to be joined into contact with the solder composition, the faces of the parts to be brazed are advantageously degreased, cleaned in a solvent and in an ultrasonic bath. The solvent is, for example, acetone or alcohol. The pieces are then dried.
Ensuite, pour mettre en contact les faces des pièces à assembler avec la composition de brasure, plusieurs configurations peuvent être envisagées.Then, to bring the faces of the parts to be assembled into contact with the solder composition, several configurations can be envisaged.
Le brasage peut être réalisé en configuration sandwich ou en configuration capillaire.The brazing can be performed in sandwich configuration or in capillary configuration.
En configuration sandwich, la composition de brasure est étalée sur une des faces à braser ou sur les deux puis les faces à braser sont mises en contact. Dans ce cas, la composition de brasure est directement placée entre les pièces à assembler.In sandwich configuration, the solder composition is spread on one or both of the solder faces and the solder faces are brought into contact. In this case, the solder composition is directly placed between the parts to be assembled.
Le traitement thermique, réalisé au-dessus du point de fusion de la composition de brasure, permet de faire fondre cette dernière qui remplit le joint.The heat treatment, carried out above the melting point of the solder composition, melts the latter which fills the joint.
En configuration capillaire, les pièces sont mises en contact sans avoir mis de composition de brasure entre elles. La composition de brasure est ensuite déposée à proximité du joint en contact avec les deux pièces à assembler pour permettre son infiltration dans le joint après sa fusion.In capillary configuration, the parts are brought into contact without having put a solder composition between them. The solder composition is then deposited near the seal in contact with the two parts to be assembled to allow its infiltration into the joint after its fusion.
Une première pièce 1 et une seconde pièce 2, sont, par exemple, disposées décalées l’une par rapport à l’autre, comme représenté sur la figure 2. Le décalage entre celles-ci, est d’au moins quelques μηη, par exemple de 10μιτι à 200μιτι de façon à créer une surface susceptible de recevoir la composition de brasure à proximité du joint formé par les faces à assembler. La composition de brasure 3 peut être disposée sous la forme d'un cordon de brasure, au bord du joint, en contact avec les faces à assembler.A first piece 1 and a second piece 2, for example, are arranged offset with respect to each other, as shown in FIG. 2. The offset between them is at least a few μηη, for example of 10μιτι 200μιτι so as to create a surface capable of receiving the solder composition near the seal formed by the faces to be assembled. The solder composition 3 may be disposed in the form of a solder bead, at the edge of the seal, in contact with the faces to be joined.
Le traitement thermique, réalisé au-dessus du point de fusion de la composition de brasure, permet de faire fondre la composition de brasure conduisant à l’infiltration de la composition de brasure dans le joint par capillarité. Après refroidissement, le joint de brasage est formé.The heat treatment, performed above the melting point of the solder composition, melts the solder composition leading to infiltration of the solder composition into the seal by capillarity. After cooling, the solder joint is formed.
Par contact entre la brasure et les faces des pièces à assembler, on entend que la brasure est, par exemple, disposée entre les deux faces des pièces à assembler, et en contact avec elles, et/ou en contact avec les bords des faces, au niveau d’au moins un bord du joint.By contact between the solder and the faces of the parts to be joined, it is meant that the solder is, for example, disposed between the two faces of the parts to be assembled, and in contact with them, and / or in contact with the edges of the faces, at least one edge of the joint.
Préférentiellement, les pièces à braser sont disposées dans le four de brasage. Le four est porté à la température de brasage, pour permettre l’assemblage des pièces.Preferably, the parts to be brazed are arranged in the brazing furnace. The oven is brought to the brazing temperature, to allow the assembly of parts.
Préférentiellement, la température de brasage utilisée dans le procédé pour assembler les différentes pièces est comprise entre 1200°C et 1500°C, et de préférence entre 1200°C et 1400°C.Preferably, the brazing temperature used in the process for assembling the different parts is between 1200 ° C. and 1500 ° C., and preferably between 1200 ° C. and 1400 ° C.
Avantageusement, la température de brasage est supérieure de 20°C à 50 °C à la température de fusion de la composition de brasure, et, de préférence, supérieure de 30°C à la température de fusion.Advantageously, the brazing temperature is 20 ° C to 50 ° C higher than the melting temperature of the solder composition, and preferably 30 ° C higher than the melting temperature.
La température de fusion de la composition de brasure est comprise entre 1150°C et 1450°C.The melting temperature of the solder composition is between 1150 ° C and 1450 ° C.
Avantageusement, avec de telles températures de brasage, les alliages mouillent bien les faces à assembler. Lors du refroidissement de l’alliage, celui- ci adhère bien auxdites faces, ce qui permet de solidariser les pièces entre elles.Advantageously, with such brazing temperatures, the alloys wet well the faces to be assembled. During the cooling of the alloy, it adheres well to said faces, which allows to secure the parts together.
Le brasage est, selon un premier mode de réalisation, réalisé sous vide secondaire. Par vide secondaire, on entend une pression inférieure à 10'3mbar, par exemple de 1.10'3 mbar à 1.10'7 mbar.Brazing is, according to a first embodiment, carried out under secondary vacuum. By secondary vacuum means a pressure less than 10'3mbar, for example from 1.10'3 mbar to 1.10'7 mbar.
Le brasage peut également être réalisé sous une atmosphère inerte, c’est-à-dire sous atmosphère de gaz neutre, telle qu’une atmosphère d’argon, d’hélium ou diazote.The brazing can also be carried out under an inert atmosphere, that is to say under an atmosphere of neutral gas, such as an atmosphere of argon, helium or dinitrogen.
Préférentiellement, le gaz neutre est de l’argon.Preferably, the neutral gas is argon.
Le brasage est, par exemple, réalisé dans un four de brasage sous atmosphère contrôlée tel qu’un four résistif.Brazing is, for example, performed in a controlled atmosphere brazing furnace such as a resistive furnace.
Une partie du cycle de brasage peut être réalisée sous vide secondaire et l’autre partie du cycle de brasage sous atmosphère inerte.Part of the brazing cycle can be performed under secondary vacuum and the other part of the brazing cycle under an inert atmosphere.
La température de brasage est maintenue constante entre 1 minutes et 60 minutes, et, de préférence, entre 5 minutes et 30 minutes selon les dimensions des pièces à assembler. Il s’agit du palier de brasage.The brazing temperature is kept constant between 1 minutes and 60 minutes, and preferably between 5 minutes and 30 minutes depending on the dimensions of the parts to be assembled. This is the soldering bearing.
Le palier de brasage permet d’obtenir un bon mouillage et un bon étalement de l’alliage de brasage sur les interfaces à assembler.The brazing stage makes it possible to obtain a good wetting and a good spreading of the brazing alloy on the interfaces to be assembled.
Après refroidissement, l’alliage se solidifie et les pièces sont solidement et mécaniquement assemblées.After cooling, the alloy solidifies and the parts are securely and mechanically assembled.
La température de brasage peut être obtenue en observant une montée en température. La rampe de montée en température est comprise entre 1°C/min et 20°C/min selon la taille des pièces, pour avoir une homogénéité thermique suffisante.The brazing temperature can be obtained by observing a rise in temperature. The temperature rise ramp is between 1 ° C / min and 20 ° C / min depending on the size of the parts, to have sufficient thermal homogeneity.
Préférentiellement, le procédé comprend lors de la montée en température jusqu’à la température de brasage, le passage par un premier palier en température. Ce premier palier en température est réalisé à une température comprise entre la température d’évaporation du liant et la température de brasage. La montée en température jusqu’au premier palier permet de faire évaporer le liant. Après évaporation, le liant ne laisse pas de résidu. A la fin du cycle thermique de brasage, pendant la phase de refroidissement, la brasure se solidifie et l'assemblage est effectif.Preferably, the process comprises during the rise in temperature up to the brazing temperature, the passage through a first temperature step. This first temperature step is performed at a temperature between the evaporation temperature of the binder and the soldering temperature. The rise in temperature to the first stage makes it possible to evaporate the binder. After evaporation, the binder does not leave a residue. At the end of the brazing heat cycle, during the cooling phase, the solder solidifies and the assembly is effective.
Un palier isotherme peut être réalisé, lors du refroidissement, pour relaxer les contraintes mécaniques entre les parties assemblées.An isothermal bearing can be realized, during cooling, to relax the mechanical stresses between the assembled parts.
Une fois le joint de brasage formé, celui-ci est résistant à un traitement d’oxydation sous air jusqu’à la température de re-fusion du joint.Once the solder joint is formed, it is resistant to an oxidation treatment under air up to the re-melting temperature of the joint.
Plus particulièrement, le joint de brasage est résistant à l’oxydation de 20°C à 1400°C, en fonction de la composition initiale.More particularly, the solder joint is resistant to oxidation from 20 ° C to 1400 ° C, depending on the initial composition.
Le joint de brasage est résistant à l’oxydation jusqu’à 50°C en dessous de la température de fusion de la composition de brasure.The solder joint is resistant to oxidation up to 50 ° C below the melting temperature of the solder composition.
Quatre brasures différentes ont été réalisées par mélange de poudres formées des différents constituants. Les quatre brasures suivantes ont été réalisées : - brasure 1 : Ti0.oi-Nio.29-Cr0.7 - brasure 2 : Tio.o75_Nio.2775_Cro.6475 - brasure 3 : Tio.i-Ni0.5-Cr0.4 - brasure 4 : Ti0.572-Nio.o28-Cr0.4Four different solders were made by mixing powders formed of the various constituents. The following four solders were produced: - solder 1: Ti0.oi-Nio.29-Cr0.7 - solder 2: Tio.o75_Nio.2775_Cro.6475 - solder 3: Tio.i-Ni0.5-Cr0.4 - solder 4: Ti0.572-Nio.o28-Cr0.4
Des assemblages céramique/métal brasés avec ces compositions de brasure ont ensuite été testés dans un four d'oxydation sous air. Les tests d’oxydation sont réalisés dans un four tubulaire en alumine sous air à 1100°C pendant 100 heures puis les joints de brasure sont refroidis jusqu’à la température ambiante. Par température ambiante, on entend une température de l’ordre de 20-25°C.Ceramic / metal bonds brazed with these solder compositions were then tested in an air oxidation oven. The oxidation tests are carried out in a tubular oven made of alumina in air at 1100 ° C. for 100 hours and then the solder joints are cooled to ambient temperature. By ambient temperature is meant a temperature of the order of 20-25 ° C.
Le tableau suivant donne les caractéristiques des joints de brasure obtenus :The following table gives the characteristics of the solder joints obtained:
Les joints de brasure obtenus avec les brasures n°3 et 4 qui ne répondent pas à la définition de l’alliage de la composition de brasure sont moins résistants à l’oxydation que les joints de brasure obtenus avec les brasures n°1 et 2.Solder joints obtained with solder Nos. 3 and 4 which do not meet the alloy definition of the solder composition are less resistant to oxidation than the solder joints obtained with solder Nos. 1 and 2 .
La brasure n°2 a été utilisée pour braser une pièce en alumine avec deux pièces en alliage de Haynes®. Les pièces ont été assemblées selon le schéma de la figure 2 : la première pièce 1 est la pièce en alumine, les deuxième 2 et troisième 2’ pièces sont en alliage de Haynes® 230 (Ni62-Cr22-Wi4-Mo2).Solder # 2 was used to solder a piece of alumina with two pieces of Haynes® alloy. The parts were assembled according to the diagram of FIG. 2: the first part 1 is the alumina part, the second 2 and third parts are made of Haynes® 230 alloy (Ni62-Cr22-Wi4-Mo2).
Le procédé a également été utilisé pour assembler une pièce en alumine 1 avec deux pièces 2, 2’ en alliage de Haynes® 214 (Ni-Cr16-Al45-Fe3), disposées selon la même configuration. Deux cordons 3, 3’ ont été disposés au niveau des contacts entre la face à assembler de la première pièce 1 et les faces à assembler des deuxième et troisième pièces 2, 2’ respectivement.The method was also used to assemble a piece of alumina 1 with two pieces 2, 2 'Haynes® alloy 214 (Ni-Cr16-Al45-Fe3), arranged in the same configuration. Two cords 3, 3 'were arranged at the contacts between the face to be assembled of the first part 1 and the faces to be assembled of the second and third parts 2, 2' respectively.
La figure 2 est une vue en coupe de passages métalliques au centre de la céramique.Figure 2 is a sectional view of metal passages in the center of the ceramic.
Il est possible de disposer la brasure différemment, par exemple en la passant autour des passages métalliques.It is possible to arrange the solder differently, for example by passing it around the metal passages.
La figure 3 représente une photographie du dispositif avant le procédé de brasage.Figure 3 shows a photograph of the device before the soldering process.
La brasure a fondu et a permis la mise en place d'un joint hermétique à 2.10'9 atm.cm3/s. Le joint est résistant à des chocs thermiques répétés de 220°C/min jusque 1100°C sous air. L'assemblage a été vieilli 100h à 1100°C sans qu'onThe solder melted and allowed the establishment of a hermetic seal at 2.10'9 atm.cm3 / s. The seal is resistant to repeated thermal shock from 220 ° C / min to 1100 ° C in air. The assembly was aged 100h at 1100 ° C without
observe d'oxydation catastrophique menant à une perte d'herméticité. L’invention est également relative à une composition de brasure comprenant un alliage CrxNiyTiz, avec : x allant de 0,5 à 0,98, y allant de 0,01 à 1/3 z allant de la 0 à 0,25 et tel que x+y+z = 100% L’alliage de la composition de brasure est défini par un triangle de composition dont les sommets sont délimités par les points : Cr0,98Nio,oiTio,oi, Cr0j5Ni0,25Tio,25 et Cr2/3Nii/3.observes catastrophic oxidation leading to a loss of hermeticity. The invention also relates to a solder composition comprising a CrxNiyTiz alloy, with: x ranging from 0.5 to 0.98, y ranging from 0.01 to 1/3 z ranging from 0 to 0.25 and such that x + y + z = 100% The alloy of the solder composition is defined by a composition triangle whose vertices are delimited by the points: Cr 0.98 Ni, o Ti 10, o 1, Cr 0.5 Ni 0.25 Ti, 25 and Cr 2/3 Ni / 3.
Préférentiellement, l’alliage est du Ti0,075Ni0,2775^0,6475·Preferably, the alloy is Ti0.075Ni0.2775 ^ 0.6475 ·
La composition comprend des particules en alliage CrxNiyTiz ayant un diamètre compris entre 1μιτι et ΙΟΟμιτι et un liant.The composition comprises particles CrxNiyTiz alloy having a diameter between 1μιτι and ΙΟΟμιτι and a binder.
Les brasures obtenues avec ces compositions sont des brasures actives résistantes à l’oxydation à haute température. Ces compositions peuvent servir à réaliser des jonctions hermétiques métal/métal ou métal/céramique résistantes à des sollicitations sous air et à haute température. Elles peuvent, par exemple, servir à assembler des sondes thermiques pour des moteurs.The solders obtained with these compositions are active solders resistant to oxidation at high temperature. These compositions can be used to make hermetic metal / metal or metal / ceramic junctions resistant to solicitations under air and at high temperature. They can, for example, be used to assemble thermal probes for motors.
Ces compositions de brasure peuvent être utilisées à grande échelle car elles sont dépourvues d’éléments rares et chers tels que les terres rares ou l’or par exemple.These brazing compositions can be used on a large scale because they are devoid of rare and expensive elements such as rare earths or gold for example.
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