WO2023203296A1 - Echangeur de chaleur a base d'un alliage d'aluminium obtenu par brasage - Google Patents

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WO2023203296A1
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brazing
strip
alloy
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Armelle Danielou
Diana KOSCHEL
Laurent BOISSONNET
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Constellium Neuf-Brisach
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    • F28F2275/00—Fastening; Joining
    • F28F2275/04—Fastening; Joining by brazing

Definitions

  • the invention relates to thin strips or sheets (thickness generally ranging from 0.1 to 2.5 mm) of aluminum-magnesium-silicon core alloy (6xxx series according to the Aluminum Association nomenclature), possibly plated on a or two faces of a cover alloy, most often an aluminum-silicon brazing alloy (4xxx series according to the Aluminum Association nomenclature) or a sacrificial aluminum, aluminum-manganese or aluminum-zinc alloy (lxxx, 3xxx series or 7xxx according to the Aluminum Association nomenclature), and/or an interlayer alloy, placed between the core layer and the possible brazing alloy, in aluminum or aluminum-manganese alloy (lxxx or 3xxx series according to the Aluminum Association nomenclature).
  • an aluminum-silicon brazing alloy (4xxx series according to the Aluminum Association nomenclature) or a sacrificial aluminum, aluminum-manganese or aluminum-zinc alloy (lxxx, 3xxx series or 7xxx according to the Aluminum Association nomenclature)
  • strips or sheets are intended in particular for the manufacture of elements, such as heat exchanger plates assembled by brazing, particularly for automobiles, such as battery coolers for electric vehicles.
  • Brazing techniques for aluminum alloys are described for example in the article by J.C. Kucza, A. Uhry and J.C. Goussain "Strong brazing of aluminum and its alloys", published in Soudage et Techniques Relatedes, Nov.- dec. 1991, p. 18-29.
  • the strips or sheets according to the invention can in particular be used in brazing techniques with non-corrosive flux of the NOCOLOK® or CAB type (“controlled atmosphere brazing”).
  • the current objective of this part is to control the operating temperature of the batteries in a range generally from 20 to 100°C, preferably from 30 to 80°C.
  • the pieces can be large (1 to 2 meters).
  • FIG. 1 An example of a current design of an electric vehicle battery cooler is shown in Figure 1. It is composed of two parts with a core layer of 3xxx series alloy 15: a flat part 11 and a stamped part 12, assembled so as to create a channel 13.
  • the term “flat part” designates a part which is not stamped before assembly.
  • the term “stamped part” designates a part which is stamped before assembly, so as to create a channel after assembly with a flat part. In operation, the channel serves to circulate the cooling fluid in the electric vehicle battery cooler.
  • a layer sacrificial 16 for example in alloy of the 7xxx or lxxx series, can be added to guarantee resistance to SWAAT corrosion on the external face of each of the two parts 11 and 12.
  • the stamped part 12 also includes a brazing layer of alloy of the 4xxx series 17, on the other side of the core layer of alloy of the 3xxx series 15 with respect to the sacrificial layer 16, to ensure the brazing of the two parts 11 and 12 together.
  • the batteries 14 are in contact with the flat part 11, but not with the stamped part 12.
  • the properties required for aluminum alloy strips or sheets used for the manufacture of brazed exchangers include sufficient formability for easy shaping of the plates before brazing, good brazability, high mechanical strength after brazing, so as to use thicknesses as low as possible and to ensure part of the resistance of the complete structure of the battery box, good resistance to fatigue stress in service, and good resistance to corrosion after brazing.
  • the chosen alloy is easy to cast and roll, and that the cost of manufacturing the strips or sheets is compatible with the requirements of the automobile industry.
  • EP1254965 discloses a structurally hardened aluminum alloy having the following composition, in mass percentages: 0.6-0.9% Si; 0.1-0.36% Mg; 0.4-0.7% Mn; 0.1-0.25% Ti; 0.25-0.35% Cu; ⁇ 0.7% Fe; optionally 0.05-0.25% Zr.
  • - EP1687456 concerns the field of fluxless brazing and discloses a core comprising, in mass percentages: 0.3-1.0% Si; ⁇ 1.0% Fe; 0.3-1.0% Cu; 0.3-2.0% Mn; 0.3-3.0% Mg; ⁇ 6% Zn; ⁇ 0.1% Ti; ⁇ 0.3% Zr; ⁇ 0.3% Cr; ⁇ 2.0% Ni; ⁇ 2.0% Co; ⁇ 0.5% Bi; ⁇ 0.5% Y; other elements ⁇ 0.05% each and ⁇ 0.15% in total, remains aluminum, coated on at least one side with a brazing aluminum alloy comprising, in mass percentages: 4-15% Si and 0.01-0.5% of at least one of the elements Ag, Be, Bi, Ce, La, Pb, Pd, Sb, Y or mischmetal.
  • Mn 0.05-0.70% Mn; optionally one or two elements chosen from 0.05-0.35% Zr and 0.04-0.35% Cr; ⁇ 25% Zn; ⁇ 0.25% Ti; remains unavoidable impurities and aluminum, or the Fe/Mn ratio is less than 1.90.
  • WO2021204929 discloses an alloy core from the AA6xxx series, having the following composition, in mass percentages: 0.5-0.9% Si; ⁇ 0.5% Fe; ⁇ 0.5% Cu;
  • the target according to the present invention may be to achieve an elastic limit Rpo,2 greater than or equal to approximately 130 MPa, preferably 150 MPa, preferably 180 MPa, or even greater than or equal to approximately 190 MPa, or even greater than or equal to approximately 200 MPa, for industrial strips or sheets after brazing.
  • the solution according to the present invention is in particular based on at least one of the following elements, which may relate to the composition of the alloy of the core layer, the configuration of the flat and stamped parts or even the manufacturing process:
  • a core layer of alloy from the 6xxx series having a composition as described according to the present invention, preferably maintaining a solidus temperature for example greater than 615°C, in particular in the case where the core is plated with a brazing layer comprising an aluminum alloy of the 4xxx series whose solidus temperature is approximately 577°C, for example an AA4343 or AA4045 alloy.
  • the solidus temperature of the 6xxx series alloy core layer is preferably at least 20°C higher, preferably at least 30°C, preferably at least 40°C higher. C, relative to the solidus temperature of the brazing layer;
  • a flat part 11 having a core layer of alloy from the 6xxx 18 series plated on both sides with a sacrificial layer 16, and another part 12, having a core layer of alloy from the 6xxx 18 series plated on one side with a brazing layer 17 and on the other side with a sacrificial layer 16, which is stamped to form a channel 13, between the flat part 11 and the stamped part 12, as illustrated in Figure 2.
  • the brazing layer 17 of the stamped part 12 is located between the core layer of 6xxx series alloy 18 of the stamped part 12 and one of the sacrificial layers 16 of the flat part 11.
  • the two core layers of 6xxx series alloy 18 or the two sacrificial layers 16 may have the same composition or different compositions. It should also be noted that, according to a variant, there could be a sacrificial layer between the 6xxx series alloy core layer 18 and the brazing layer 17.
  • - Braze for example in a CAB furnace (brazing under a controlled atmosphere, for example with control of the quantity of nitrogen or argon and/or oxygen) at a temperature preferably lower than 615°C, preferably lower than 610°C, preferably less than 605°C. Above 570°C, limiting the quantity of oxygen to less than 100 ppm, preferably less than 50 ppm, can improve the quality of brazing.
  • cooling at the end of the brazing cycle preferably at a speed greater than 25°C/min, preferably greater than 40°C/min, preferably greater than 50°C/min below 380°C and up to 100°C. Rapid cooling can allow to avoid or reduce the formation of precipitates of the type (Mg, Si) of coarse size, for example greater than 150 nm, which can reduce the hardening potential of the alloy, in particular Rpo,2.
  • a post-brazing tempering step preferably at a temperature of 180 to 220°C, preferably for a period of less than 6 hours, preferably less than 3 hours, preferably less than or equal to 2 hours (for example 2 hours at 195°C or 30 minutes at 205°C)
  • the subject of the invention is therefore a strip or sheet, intended for the manufacture of brazed heat exchangers, preferably battery coolers for electric vehicles, comprising, preferably consisting of, a core layer, optionally a layer of covering on one or two faces of the core layer and possibly an interlayer on one or two faces of the core layer placed between the core layer and the covering layer, the core layer being made of alloy 6xxx series aluminum having the following composition (% by mass):
  • - Fe from 0.10 to 0.40%; preferably from 0.12 to 0.35%; preferably from 0.14 to 0.30%; preferably more than 0.18 to 0.26%;
  • - Cu ⁇ 0.50%, - preferably ⁇ 0.45%, - preferably ⁇ 0.25%, - preferably ⁇ 0.15%; and preferably > 0.05% according to a first variant; or preferably from 0.25 to 0.45%; preferably from 0.29 to 0.40% according to a second variant;
  • - Mn ⁇ 0.30%, - preferably ⁇ 0.20%, - preferably ⁇ 0.15%, - preferably ⁇ 0.10%;
  • - Mg from 0.25 to 0.56%; preferably from 0.25 to 0.45%; preferably from 0.30 to 0.39%;
  • - Ti ⁇ 0.050%, - preferably ⁇ 0.045%, - preferably ⁇ 0.040%, -
  • V from 0.05 to 0.16%
  • the invention also relates to a set of two sheets or strips comprising, preferably consisting of:
  • a stamped part formed from a strip or sheet according to the present invention the two parts being intended to be assembled by brazing and forming a channel thanks to the deformation of the stamped part, the outermost layer of the stamped part and/or of the flat part in contact with the other part being a layer of brazing.
  • the invention also relates to a method of manufacturing a strip or sheet according to the present invention, comprising the successive steps of: - casting of a core alloy plate;
  • - preheating to a temperature of 400 to 550°C, preferably 450 to 530°C, preferably 480 to 510°C, preferably with maintenance at the maximum temperature for less than 30 hours, preferably for less than 20 hours, preferably for less than 12 hours, more preferably for less than 3 hours;
  • the thickness of the strip or sheet after cold rolling preferably being 0.15 to 3 mm and
  • a pass-through oven at a temperature of 250 to 560°C, preferably 320 to 430°C, preferably 320 to 360°C with maintenance at the maximum temperature for less than 5 minutes, preferably less of 1 minute, preferably for less than 30 seconds and preferably more than 15 seconds, or in a batch oven, that is to say an oven operating batchwise, at a temperature of 250 to 390°C, preferably from 310 to 360°C, with maintenance at the maximum temperature preferably for less than 3 hours, preferably for less than 2 hours and preferably less than 1 hour, so as to obtain small-grain recrystallization.
  • the invention also relates to a heat exchanger made at least in part from a strip or sheet according to the present invention or from a set of two sheets or strips according to the present invention.
  • the invention also relates to the use of a strip or sheet according to the present invention or of a set of two sheets or strips according to the present invention, for the manufacture of a heat exchanger, preferably a heat cooler. batteries of an electric vehicle.
  • Figure 1 is a cross-sectional diagram depicting a current design of an electric vehicle battery cooler.
  • Figure 2 is a cross-sectional diagram describing a design of a battery cooler of an electric vehicle according to the present invention.
  • Figure 3 is a diagram describing the assembly of the sheets for the brazeability test of Example 1.
  • Figure 4 is a diagram describing the assembly and perforation analysis during the SWAAT corrosion resistance test of Example 3.
  • composition limits of the 6xxx series aluminum alloy of the core layer used according to the present invention are expressed in mass percentages and can be justified as follows.
  • a minimum Si content of 0.45% makes it possible to improve the mechanical properties, in particular by the formation of hardening precipitates containing magnesium and silicon during post-brazing tempering.
  • the silicon content is therefore preferably greater than or equal to 0.45%, or greater than or equal to 0.46%, or greater than or equal to 0.47%, or greater than or equal to 0.48%, or greater than equal to 0.49%, or greater than or equal to 0.50%, or greater than or equal to 0.51%, or greater than or equal to 0.52%, or greater than or equal to 0.53%, or greater than or equal to 0.54%, or greater than or equal to 0.55%.
  • Too high an Si content can reduce the solidus temperature of the core and compromise brazing. It is then preferable to limit the Si to a content less than or equal to 0.75%, or less than or equal to 0.74%, or less than or equal to 0.73%, or less than or equal to 0.72%. or less than or equal to 0.71%, or less than or equal to 0.70%, or less than or equal to 0.69%, or less than or equal to 0.68%, or less than or equal to 0.67%, or less than or equal to 0.66%, or less than or equal to 0.65%.
  • the Mg/Si mass ratio is between 0.4 and 1.0, preferably between 0.5 and 0.9.
  • Iron A maximum Fe content of 0.40%, or 0.39%, or 0.38%, or 0.37% or 0.36%, or 0.35%, or 0 .34%, or 0.33%, or 0.32%, or 0.31%, or 0.30%, or 0.29%, or 0.28%, or 0. 27%, or 0.26%, can also be favorable for corrosion resistance and formability, in particular by reducing the fraction of coarse precipitates containing Fe. However, it is not necessary to go down to levels very low, for example less than 0.08%, which would lead to high cost prices. By Therefore, the preferred minimum Fe content is 0.10%, or 0.11%, or 0.12%, or 0.13%, or 0.14%, or 0.15%. or 0.16%, or 0.17%, or 0.18%.
  • Cu is a hardening element which contributes to mechanical resistance.
  • a copper gradient is created during brazing and has the effect of reducing corrosion on the internal side of the exchanger, that is to say on the side of the channels where the fluid circulates. But beyond a certain content, the risk of forming cracks during casting is higher, and the sensitivity to corrosion in the core can be increased.
  • Coarse intermetallic compounds can also form during casting which affect the homogeneity of the metal and can constitute sites for initiation of corrosion.
  • Cu is also an element that reduces the solidus temperature.
  • the Cu content is therefore less than or equal to 0.50%, or less than or equal to 0.49%, or less than or equal to 0.48%, or less than or equal to 0.47%, or less than or equal to 0.46%, less than or equal to 0.45%, or less than or equal to 0.40%, or less than or equal to 0.35%, or less than or equal to 0.30%, or less than or equal to 0 .25%, or less than or equal to 0.20%, or less than or equal to 0.15%.
  • the Cu content is greater than 0.05%, or greater than or equal to 0.20%, or greater than or equal to 0.21%, or greater than or equal to 0.22%, or greater than or equal to 0.23%, or greater than or equal to 0.24%, or greater than or equal to 0.25%, or greater than or equal to 0.26%, or greater than or equal to 0.27%, or greater than or equal to 0.28%, or greater than or equal to 0.29%.
  • Mn can increase the solidus.
  • the Mn content is preferably greater than or equal to 0.01%, or greater than or equal to 0.02%, or greater than or equal to 0.025%, or greater than or equal to 0.03%, or greater or equal to 0.04%, or greater than or equal to 0.05%, or greater than or equal to 0.06%, or greater than or equal to 0.07%, or greater than or equal to 0.08%, or greater or equal to 0.09%, or greater than or equal to 0.10%.
  • Mn a content less than or equal to 0.30%, or less than or equal to 0.29%, or less than or equal to 0.28%, or less than or equal to 0.27%, or less than or equal to 0 .26%, or less than or equal to 0.25%, or less than or equal to 0.24%, or less than or equal to 0.23%, or less than or equal to 0.22%, or less than or equal to 0 .21%, or less than or equal to 0.20%, or less than or equal to 0.19%, or less than or equal to 0.18%, or less than or equal to 0.17%, or less than or equal to 0 .16%, or less than or equal to 0.15%, or less than or equal to 0.14%, or less than or equal to 0.13%, or less than or equal to
  • Magnesium The Mg content according to the present invention is controlled in order to allow two parts (the flat part and the stamped part) to be brazed together, each having a core of 6xxx series aluminum alloy. This would be different if one of the two cores was made of 3xxx series aluminum alloy.
  • Mg is an element which allows, in association with silicon, to create structural hardening during post-brazing tempering.
  • the minimum Mg content according to the present invention is preferably greater than or equal to 0.25%, or greater than or equal to 0.26%, or greater than or equal to 0.27%, or greater than or equal to 0, 28%, or greater than or equal to 0.29%, or greater than or equal to 0.30%, or greater than or equal to 0.31%, or greater than or equal to 0.32%, or greater than or equal to 0, 33%.
  • the maximum Mg content according to the present invention is preferably less than or equal to 0.56%, or less than or equal to 0.55%, or less than or equal to 0.54%, or less than or equal to 0 .53%, or less than or equal to 0.52%, or less than or equal to 0.51%, or less than or equal to 0.50% or less than or equal to 0.49%, or less than or equal to 0, 48%, or less than or equal to 0.47%, or less than or equal to 0.46%, or less than or equal to 0.45%, or less than or equal to 0.44%, or less than or equal to 0, 43%, or less than or equal to 0.42%, or less than or equal to 0.41%, or less than or equal to 0.40% or less than or equal to 0.39%.
  • Titanium can make it possible to control the grain size during casting. Its content according to the present invention is preferably less than 0.050%, or less than 0.049%, or less than 0.048%, or less than 0.047%, or less than 0.046%, or less than 0.045%, or less than 0.044%. or less than 0.043%, or less than 0.042%, or less than 0.041%, or less than 0.040%.
  • Vanadium can be added optionally to ensure additional hardening and increase the solidus temperature of the alloy. If its content exceeds 0.16%, primers may form during casting. Its content according to the present invention is preferably less than 0.16%, or less than 0.15%, or less than 0.14%, or less than 0.13%, or less than 0.12%, or less at 0.11%, or less than 0.10%. Preferably, the minimum content of V is 0.05% when it is added.
  • the solidus temperature of the 6xxx series aluminum of the core layer is greater than 595°C, preferably greater than 600°C, preferably greater than 605°C, preferably greater than 610°C C, preferably greater than 615°C.
  • the solidus temperature of the 6xxx series alloy core layer is higher by at least 20°C, preferably by at least 30°C, preferably by at least 40°C, for example relative to the solidus temperature of the brazing layer.
  • the solidus temperature of aluminum the 6xxx series of the core layer must be adapted according to the brazing conditions in a manner known to those skilled in the art.
  • the 6xxx series aluminum alloy of the core layer of flat and stamped parts can be the same or two different alloys. Preferably, it is the same alloy.
  • the cover layer may be a sacrificial layer or a solder layer.
  • the strip or sheet comprises a covering layer which is a sacrificial layer 16 on at least one face of the core layer 18.
  • the aluminum alloy of the sacrificial layer 16 comprises less than 2.50%, and preferably at least 0.50% by mass of Zn.
  • the aluminum alloy of the sacrificial layer is chosen from an aluminum alloy of the lxxx, 7xxx or 3xxx series, preferably of the 7xxx or 3xxx series.
  • the aluminum alloy of the sacrificial layer may be an aluminum alloy of the 7xxx series, preferably having the following composition, in percentages by weight: less than 0.50% Si; less than 0.50% Fe; less than 0.25% Cu; less than 0.30% Mn; less than 0.20%, preferably less than 0.15% Mg; from 0.70 to 5.00%, preferably from 0.70 to less than 4.50%, alternatively from 0.50 to less than 2.50%, preferably from 0.70 to less than 2, 50%, preferably more than 0.80 to less than 1.30% Zn; less than 0.15% Ti; other elements less than 0.05% each and less than 0.15% in total; remains aluminum.
  • composition AA7072 is an aluminum alloy which may be suitable as a sacrificial layer according to the present invention. Its composition is, in mass percentages: less than 0.05% Si; less than 0.05% Fe; less than 0.10% Cu; less than 0.10% Mn; less than 0.10% Mg; from 0.80 to 1.30% Zn; other elements less than 0.05% each and less than 0.15% in total; remains aluminum.
  • the aluminum alloy of the sacrificial layer may be an aluminum alloy of the 3xxx series, preferably having the following composition, in mass percentages: from 0.10 to 0.35% Si; less than 0.70% Fe; less than 0.20% Cu; from 0.70 to 2.00%, preferably from 0.90 to 1.30% Mn; from 0.70 to 5.00%, preferably from 0.70 to less than 4.50%, preferably from 0.70 to less than 2.50%, preferably from more than 0.80 to less than 1 .30% Zn; less than 0.15% Ti; other elements less than 0.05% each and less than 0.15% total; remains aluminum.
  • the aluminum alloy of the brazing layer is preferably a 4xxx series aluminum alloy with a sufficiently low liquidus temperature relative to the solidus of the core alloy to provide a sufficient temperature range for brazing, acceptable mechanical strength and good wettability.
  • These alloys may contain addition elements, for example strontium, preferably in a mass content of less than 0.05%.
  • the brazing alloy of the present invention comprises Y, Sn and/or Bi.
  • This variant has a particular advantage for soldering without flux.
  • the brazing alloy comprises:
  • the aluminum alloy of the brazing layer does not include Bi.
  • the aluminum alloy of the brazing layer is a 4xxx series alloy comprising 4.00 to 13.00% by mass of Si and less than 1.00% by mass of Fe.
  • the aluminum alloy of the 4xxx series brazing layer comprises (% by mass):
  • Fe less than 0.60%, preferably less than 0.50%, preferably less than 0.30%;
  • - Cu less than 0.40%, preferably less than 0.10%, preferably less than 0.05%;
  • - Mn less than 0.20%, preferably less than 0.10%, preferably less than 0.05%;
  • - Mg according to a first variant less than 0.20%, preferably less than 0.10%, preferably less than 0.05%; or according to a second variant from 0.50 to 2.50%, preferably from 1.00 to 2.00%;
  • - Zn less than 0.20%, preferably less than 0.10%, preferably less than 0.05%, preferably less than 0.02%;
  • - Ti less than 0.30%, preferably less than 0.10%, preferably less than 0.05%;
  • the composition AA4045 is an aluminum alloy which may be suitable as an alloy for the brazing layer according to the present invention. Its composition is, in mass percentages: from 9.0 to 11.0% Si, less than 0.80% Fe, less than 0.30% Cu, less than 0.05% Mn, less than 0 .05% Mg, less than 0.10% Zn, less than 0.20% Ti, other elements less than 0.05% each and less than 0.15% in total, the balance being aluminum .
  • the preceding composition preferably comprises less than 0.60% of Fe.
  • the preceding composition preferably comprises less than 0.10% of Cu.
  • the composition AA4343 is an aluminum alloy which may be suitable as a brazing alloy according to the present invention. Its composition is, in mass percentages: 6.80 to 8.20% Si, less than 0.80% Fe, less than 0.25% Cu, less than 0.10% Mn, less than 0 .05% Mg, other elements less than 0.05% each and less than 0.15% in total, the remainder being aluminum.
  • the preceding composition preferably comprises less than 0.30% of Fe.
  • the preceding composition preferably comprises less than 0.10% of Cu.
  • composition AA4004 is an aluminum alloy which may be suitable as a brazing alloy according to the present invention. Its composition is, in percentage by mass: 9.00 to 10.50% Si, less than 0.80% Fe, less than 0.25% Cu, less than 0.10% Mn, 1, 00 to 2.00% Mg, less than 0.20% Zn, other elements less than 0.05% each and less than 0.15% total, the remainder being aluminum.
  • the composition AA4104 is an aluminum alloy which may be suitable as a brazing alloy according to the present invention.
  • composition is, in percentage by mass: 9.00 to 10.50% Si, less than 0.80% Fe, less than 0.25% Cu, less than 0.10% Mn, 1, 00 to 2.00% Mg, less than 0.20% Zn, 0.02 to 0.20% Bi, other elements less than 0.05% each and less than 0.15% in total, the remainder being aluminum.
  • the strip or sheet according to the present invention is plated, on one or two faces of the core layer, with an aluminum alloy called interlayer, preferably of the lxxx or 3xxx series, placed between the core layer and a covering layer, preferably a brazing layer, preferably comprising (in % by weight):
  • - Fe less than 0.70%, more preferably less than 0.30%, even more preferably less than 0.20%;
  • - Mn from 0.30 to 1.40%, more preferably from 0.50 to 0.90%, more preferably from 0.60 to 0.80%, or according to a variant from 1.00 to 1.30% , -
  • - Cu less than 0.30%, preferably less than 0.10%, even more preferably less than 0.05%;
  • the aluminum alloy interlayer of the strip or sheet according to the present invention comprises (% by mass): Si ⁇ 0.15%; Fe ⁇ 0.20%; Cu ⁇ 0.10%; Mn from 0.60 to 0.80%; Mg ⁇ 0.02% according to a first variant or Mg ⁇ 0.50%, preferably ⁇ 0.25% according to a second variant; other elements ⁇ 0.05% each and ⁇ 0.15% in total, remains aluminum.
  • the interlayer aluminum alloy is an alloy of the AA3xxx series.
  • the interlayer aluminum alloy may further comprise:
  • the strip or sheet according to the present invention comprises an interlayer between the core and the covering layer only in the case where the covering layer is a brazing layer.
  • the strip or sheet according to the present invention does not include an interlayer. Strip or sheet and set of two strips or sheets
  • the strip or sheet according to the present invention is a so-called brazing strip or sheet, which can be used for the manufacture of different parts of a heat exchanger, for example tubes, plates, collectors, battery cooling systems for electric vehicles, etc.
  • the strip or sheet according to the present invention may have a configuration with several layers, and in particular with 2, 3, 4 or 5 layers.
  • the two-layer configuration includes a single-sided clad core layer with a cover layer, particularly either a solder layer or a sacrificial layer.
  • the configuration with three layers may include:
  • the configuration with four layers may include:
  • a core layer plated on a first face with an interlayer itself plated with a brazing layer or a sacrificial layer, preferably a brazing layer, and on the other face with a brazing layer;
  • a core layer plated on a first face with an interlayer itself plated with a brazing layer or a sacrificial layer, preferably a brazing layer, and on the other face with a sacrificial layer.
  • the configuration with five layers comprises a core layer plated on both sides with an interlayer layer itself plated with a solder layer or a sacrificial layer, preferably a solder layer.
  • brazing layers when two brazing layers, two interlayers or two sacrificial layers are provided, then they can be identical or different in terms of composition. Preferably, the layers are identical in composition.
  • Preferred configurations are three-layer configurations, including:
  • At least one interlayer may be present between the core layer and the sacrificial layer or the brazing layer. But, preferably, there is no interlayer in the strip or sheet according to the invention.
  • the strip or sheet according to the present invention consists of a core layer of aluminum alloy from the 6xxx series, a covering layer on one or both faces of the core layer and optionally a layer interlayer on one or both sides of the core layer placed between the core layer and the covering layer.
  • the strip or sheet according to the present invention comprises a covering layer on one side of the core layer, and:
  • the covering layer is a brazing layer
  • the cover layer is a sacrificial layer.
  • the strip or sheet according to the present invention comprises a covering layer on both faces of the core layer, and:
  • one of the covering layers is a sacrificial layer and the other covering layer is a brazing layer;
  • the two covering layers are sacrificial layers
  • the two covering layers are brazing layers.
  • the total thickness of the strip or sheet according to the present invention is preferably 0.40 to 2.50 mm.
  • the thicknesses discussed here correspond to the thicknesses before brazing. Regarding the thicknesses of each layer, it should be noted that these are target values, for which a margin of error of approximately 2% is commonly accepted in the field of clad sheets or strips for heat exchangers. heat.
  • the minimum total thickness of the strip or sheet is 1.05 mm, or 1.15 mm, or 1.25 mm, or 1.35 mm, or 1.45 mm, or 1.55 mm, or 1.65 mm or 1.75 mm, or 1.85 mm or 1.95 mm.
  • the maximum total thickness of the strip or sheet is preferably 2.50 mm, or 2.40 mm, or 2.30 mm, or 2.20 mm, or 2.10 mm.
  • the minimum total thickness of the strip or sheet is 0.50 mm, or 0.60 mm, or 0.70 mm, or 0.80 mm, or 0.90 mm.
  • the maximum total thickness of the strip or sheet is preferably 2.50 mm, or 2.30 mm, or 2.10 mm, or 1.90 mm, or 1.70 mm, or 1.50 mm or 1.30 mm or 1.10 mm.
  • the thickness of the intermediate layer or the sacrificial layer it preferably represents 4 to 15% of the total thickness of the strip or sheet according to the present invention.
  • the minimum thickness of the intermediate layer or the sacrificial layer preferably represents 5%, or 6% or 7% or 8% or 9% of the total thickness of the strip or sheet according to the present invention.
  • the maximum thickness of the intermediate layer or the sacrificial layer preferably represents 14%, or 13% or 12% or 11% of the total thickness of the strip or sheet according to the present invention.
  • the thickness of the brazing layer it preferably represents 3 to 15% of the total thickness of the strip or sheet according to the present invention.
  • the minimum thickness of the brazing layer preferably represents 4% of the total thickness of the strip or sheet according to the present invention.
  • the maximum thickness of the brazing layer preferably represents 14%, or 13% or 12% or 11% or 10% or 9% or 8% or 7% or 6% of the total thickness of the strip or sheet depending on the present invention.
  • the sheets or strips according to the present invention can be combined together, after possible shaping, to form a heat exchanger with channels.
  • the set of two sheets or strips according to the present invention can be that after assembly but before brazing or that after brazing. Brazing does not modify the configuration, that is to say the order of the different layers and the respective position of the flat part in relation to the stamped part.
  • the set of two sheets or strips comprises, preferably consists of:
  • a stamped part formed from a strip or sheet according to the present invention the two parts being intended to be assembled by brazing and forming a channel thanks to the deformation of the stamped part, the outermost layer of the stamped part and/or of the flat part in contact with the other part being a layer of brazing.
  • the set of two sheets or strips according to the present invention can be presented in different variants.
  • - one of the parts, flat or stamped is made up of a core according to the present invention, plated on both sides with a sacrificial layer, and - the other part, stamped or flat, consists of a core according to the present invention, plated on one side with an optional interlayer and a brazing layer, and on the other side with a sacrificial layer.
  • the two parts, flat and stamped are made up of a core according to the present invention, plated on one side with an optional interlayer and a brazing layer, and on the other side with a sacrificial layer. .
  • the brazing layer of at least one of the parts is located between the flat part and the stamped part.
  • the invention also relates to a method of manufacturing a strip or sheet according to the present invention, comprising the successive steps of:
  • - preheating to a temperature of 400 to 550°C, preferably 450 to 530°C, preferably 480 to 510°C, preferably with maintenance at the maximum temperature for less than 30 hours, preferably for less than 20 hours, preferably for less than 12 hours, more preferably for less than 3 hours;
  • the thickness of the strip or sheet after cold rolling preferably being 0.15 to 3 mm and
  • - heat treatment in a pass-through oven at a temperature of 250 to 560°C, preferably 320 to 430°C, preferably 320 to 360°C with maintenance at the maximum temperature for less than 5 minutes, preferably less 1 minute, preferably for less than 30 seconds and preferably more than 15 seconds, or in a batch oven at a temperature of 250 to 390°C, preferably 310 to 360°C, with maintenance at the maximum temperature preferably for less than 3 hours, preferably for less than 2 hours and preferably less than 1 hour, so as to obtain small-grain recrystallization.
  • Said covering alloy of the method according to the present invention may in particular be a brazing alloy, or a sacrificial layer, or two brazing alloys, or two sacrificial layers, or a brazing alloy and a sacrificial layer.
  • the alloy plate of the core layer Before installing any plating materials, it is possible to homogenize the alloy plate of the core layer at a temperature of 450 to 580°C, preferably 520 to 560°C, preferably for 1 to 24 hours.
  • the invention also relates to a heat exchanger made at least in part from a strip or sheet according to the present invention or from a set of two sheets or strips according to the present invention.
  • the invention also relates to the use of a strip or sheet according to the present invention or of a set of two sheets or strips according to the present invention, for the manufacture of a heat exchanger, preferably a heat cooler. batteries of an electric vehicle.
  • the strips or sheets according to the present invention can be used in the manufacture of brazed heat exchangers, in particular automobiles, such as engine cooling radiators, evaporators, heater radiators and charge air coolers. , collectors, battery coolers in electric vehicles, as well as in air conditioning systems.
  • the manufacture of a heat exchanger according to the present invention may in particular comprise at least one of the following steps:
  • a post-brazing tempering step at a temperature of 150 to 240°C, preferably 180 to 220°C, for a duration of preferably less than 6 hours, preferably less than 3 hours, preferably less than or equal at 2 hours (for example for 2 hours at approximately 195°C or for 30 minutes at 205°C).
  • the minimum temperature of the post-brazing temper is greater than 180°C, or greater than or equal to 181°C, or greater than or equal to 182°C, or greater than or equal to 183°C, or greater than or equal to 184°C, or greater than or equal to 185°C, or greater than or equal to 186°C, or greater than or equal to 187°C, or greater or equal to 188°C, or greater than or equal to 189°C, or greater than or equal to 190°C.
  • An increase in the temperature of the post-brazing temper can reduce the duration of this temper. For example, for a post-brazing tempering temperature greater than or equal to 185°C, the duration can be less than 4 hours.
  • the core layer aluminum alloy ingots have been homogenized (temperature above 530°C for more than 2 hours and less than 24 hours) and hot rolled, at a temperature of 380 to 500°C , up to a thickness of approximately 30 mm;
  • brazing layer alloy ingots were scalped then hot rolled at a temperature of approximately 480-500°C to a thickness of 1.8 mm;
  • the sacrificial layer alloy ingot was hot rolled, at a temperature of approximately 480-500°C, to a thickness of approximately 3.5 mm.
  • sandwiches with a thickness of 35.3 mm were made, having the following configuration: brazing layer/core layer/sacrificial layer.
  • the brazing layer was approximately 5% of the total sandwich thickness and the sacrificial layer was approximately 10% of the total sandwich thickness.
  • the sandwiches of thickness approximately 0.8 mm were stamped, to create two lines and obtain stamped sheets, as shown in Figure 3.
  • the sandwiches of thickness approximately 1.5 mm were not stamped, to obtain non-stamped or flat sheets.
  • the solderability of the different sandwiches was then evaluated.
  • the brazing test was carried out according to the following protocol, which makes it possible to simulate the assembly brazing between a stamped sheet and a non-stamped sheet. To do this, sheets of 50 mm x 60 mm were stamped in the absence of lubricant to add two longitudinal stamped lines 3 as illustrated in Figure 3. Then, the stamped and non-stamped sheets were degreased with acetone solution and then air dried. A stamped sheet and a non-stamped sheet having the same configuration and composition were then assembled as illustrated in Figure 3.
  • reference 1 corresponds to a stamped sheet
  • reference 2 corresponds to a non-stamped sheet
  • reference 3 corresponds to two stamped lines
  • reference 16 corresponds to a sacrificial layer
  • reference 17 corresponds to a brazing layer of aluminum alloy from the 4xxx series
  • reference 18 corresponds to an aluminum alloy core from the 6xxx series.
  • the length of each solder joint was then measured. For each configuration, three samples were made. For each sample, two measurements were made at the two stamped longitudinal lines. The results can be expressed in terms of brazed length in mm, or in terms of percentage of brazed length compared to the maximum possible length. “A” corresponds to more than 90%; “B” corresponds to an interval of 50 to 90%; “C” corresponds to an interval of 10 to less than 50%; “D” corresponds to less than 10%.
  • Example 2 Mechanical properties of a three-layer sandwich
  • Tempering for 2 hours at approximately 195°C was then carried out.
  • the tensile mechanical properties were measured in the rolling direction after annealing, and after annealing + brazing + tempering according to the ISO 6892-1 standard.
  • the duration and temperature of annealing have no influence on the value of Rpo,2 after annealing + brazing + tempering.
  • the Rpo,2 value of the assembly is greater than 165 MPa. It is higher for the assembly with a 6xxx-l alloy core (Config-1) which contains more magnesium than the assembly with a 6xxx-2 alloy core (Config-2).
  • Corrosion resistance measurements according to the SWAAT test were carried out on the Config-1 and Config-2 configurations described in examples 1 and 2 above, on samples having a thickness of approximately 1 mm, on the face plated with the sacrificial layer and after annealing for 2 hours at approximately 360°C then brazing for 2 minutes at approximately 600°C then returned for 2 hours at approximately 195°C.
  • Corrosion resistance was determined using the following protocol: - prepare for each configuration a sample measuring 126 mm (L direction) x 90 mm (TL direction), previously degreased with white absorbent paper soaked in acetone;
  • the 6xxx series aluminum alloy sheets were obtained by homogenization at a temperature above 500°C for a period of over 3 hours, then hot rolling at a temperature of 350 to 450°C up to a thickness of approximately 2.8 mm, then cold rolling to a thickness of approximately 0.8 mm, then annealing at a temperature of 440 to 500°C for a period of 30 to 45 seconds.
  • the 6xxx-4 alloy presented improved post-brazing mechanical characteristics compared to those of the 6xxx-3 alloy, at the expense of a drop in the solidus temperature to 618°C (see Table 6 above) .
  • the 6xxx series aluminum alloy sheets were obtained by homogenization at a temperature of approximately 540°C for a period of approximately 6 hours (except for alloy B' which did not have any homogenization), then hot rolling at a temperature of approximately 490°C to a thickness of approximately 4.5 mm, then cold rolling to a thickness of approximately 2.0 mm, then annealing at a temperature of approximately 360°C for a period of approximately 2 hours.
  • Simulation tests of a brazing cycle (heating to approximately 600°C, holding for 2 minutes, then cooling at a speed greater than 50°C/min from 380°C and up to 100°C) and a post-brazing temper (1 hour at 195°C, 4 hours at 195°C, 2 hours at 205°C or
  • a corrosion resistance test (not illustrated here) was carried out on core alloys A, B, F and G placed sandwiched between a brazing layer-1 in Table 2 above ( 7.5% of the total thickness of the sandwich) and the sacrificial layer in Table 2 above (10% of the total thickness of the sandwich).
  • a SWAAT test according to ASTM G85 A3 standard (as described above in Example 3) was carried out. The results were obtained by microscopic analysis in a polished section after 40 days of testing. The total thickness of the sandwiches was approximately 0.8 mm. It was found that the corrosion resistance of the sandwich comprising core alloy F was less good than that of the sandwiches comprising core alloys A, B and G, since a greater depth of pitting was observed. for core alloy F.
  • the core alloy G includes an Fe content which is not very suitable for recycling.

Abstract

La présente invention concerne une bande ou tôle, destinée à la fabrication d'échangeurs thermiques brasés, comprenant une couche d'âme 18, éventuellement une couche de couverture 16, 17 sur une ou deux faces de la couche d'âme 18 et éventuellement une couche intercalaire sur une ou deux faces de la couche d'âme 18 placée entre la couche d'âme 18 et la couche de couverture 16, 17, la couche d'âme 18 étant en alliage d'aluminium de la série 6xxx ayant la composition suivante, en pourcentages massiques : Si : de 0,45 à 0,75 %; Fe : de 0,18 à 0,40 %; Cu : ≤ 0,40 %; Mn : ≤ 0,30 %; Mg : de 0,25 à 0,56 %; Ti : < 0,050 %; optionnellement V : de 0,05 à 0,16 %; impuretés inévitables : < 0,05 % chacune et < 0,15 % au total; reste aluminium.

Description

DESCRIPTION
Titre : Echangeur de chaleur à base d'un alliage d'aluminium obtenu par brasage
DOMAINE TECHNIQUE
L'invention concerne les bandes ou tôles minces (d'épaisseur généralement comprise de 0.1 à 2,5 mm) en alliage d'âme aluminium-magnésium-silicium (série 6xxx selon la nomenclature de l'Aluminum Association), éventuellement plaqué sur une ou deux faces d'un alliage de couverture, le plus souvent un alliage de brasage aluminium-silicium (série 4xxx selon la nomenclature de l'Aluminum Association) ou un alliage sacrificiel aluminium, aluminium- manganèse ou aluminium-zinc (série lxxx, 3xxx ou 7xxx selon la nomenclature de l'Aluminum Association), et/ou d'un alliage intercalaire, placé entre la couche d'âme et l'éventuel alliage de brasage, en alliage aluminium ou aluminium-manganèse (série lxxx ou 3xxx selon la nomenclature de l'Aluminum Association). Ces bandes ou tôles sont notamment destinées à la fabrication d'éléments, tels que des plaques d'échangeurs de chaleur assemblés par brasage, notamment pour l'automobile, tels que les refroidisseurs de batteries des véhicules électriques. Les techniques de brasage des alliages d'aluminium sont décrites par exemple dans l'article de J.C. Kucza, A. Uhry et J.C. Goussain " Le brasage fort de l'aluminium et ses alliages ", paru dans Soudage et Techniques Connexes, nov.-déc. 1991, pp. 18-29. Les bandes ou tôles selon l'invention peuvent notamment être utilisées dans les techniques de brasage avec flux non corrosif du type NOCOLOK® ou CAB (« controlled atmosphere brazing »).
ART ANTERIEUR
Avec le développement des véhicules électriques, le marché du refroidisseur de batteries est en pleine expansion. Cette pièce a pour objectif actuel de contrôler la température de fonctionnement des batteries dans une plage généralement de 20 à 100°C, de préférence de 30 à 80°C. Les pièces peuvent être de grande dimension (1 à 2 mètres).
Un exemple de design actuel de refroidisseur de batteries de véhicule électrique est représenté à la Figure 1. Il est composé de deux parties avec une couche d'âme en alliage de la série 3xxx 15 : une pièce plate 11 et une pièce emboutie 12, assemblées de manière à créer un canal 13. Dans la présente description, le terme « pièce plate » désigne une pièce qui n'est pas emboutie avant assemblage. D'autre part, le terme « pièce emboutie » désigne une pièce qui est emboutie avant assemblage, de manière à créer un canal après assemblage avec une pièce plate. En service, le canal sert à la circulation du fluide de refroidissement dans le refroidisseur de batteries de véhicule électrique. Outre la couche d'âme en alliage de la série 3xxx 15, une couche sacrificielle 16, par exemple en alliage de la série 7xxx ou lxxx, peut être ajoutée pour garantir la résistance à la corrosion SWAAT sur la face externe de chacune des deux pièces 11 et 12. La pièce emboutie 12 comprend également une couche de brasage en alliage de la série 4xxx 17, de l'autre côté de la couche d'âme en alliage de la série 3xxx 15 par rapport à la couche sacrificielle 16, pour assurer le brasage des deux pièces 11 et 12 ensemble. Les batteries 14 sont en contact avec la pièce plate 11, mais pas avec la pièce emboutie 12.
Les propriétés requises pour les bandes ou tôles en alliage d'aluminium utilisées pour la fabrication d'échangeurs brasés sont notamment une formabilité suffisante pour une mise en forme aisée des plaques avant brasage, une bonne aptitude au brasage, une résistance mécanique élevée après brasage, de manière à utiliser des épaisseurs aussi faibles que possible et à assurer une partie de la résistance de la structure complète de la boîte batterie, une bonne résistance à la sollicitation en fatigue en service, et une bonne résistance à la corrosion après brasage. Bien entendu, il importe que l'alliage choisi soit facile à couler et à laminer, et que le coût de fabrication des bandes ou tôles soit compatible avec les exigences de l'industrie automobile.
Afin de favoriser la réduction d'épaisseur des plaques pour les échangeurs de chaleur (comme les refroidisseurs des batteries des véhicules électriques, qui peuvent éventuellement servir également de pièces de structure), il est notamment intéressant d’augmenter les propriétés mécaniques du matériau après brasage, en particulier la limite d'élasticité (Rpo,?) de la courbe de traction obtenue selon la norme ISO 6892-1 (« Yield Strength » ou « YS » en anglais), sans réduire la résistance à la corrosion ni la brasabilité.
Des solutions ont été proposées dans ce sens. On peut citer à titre d'exemple les brevets et demandes de brevet suivants, divulguant les compositions et configurations ci-après :
- JP2005/261026 divulgue une âme en alliage de la série 3xxx comprenant notamment, en pourcentages massiques : > 0,8 % Mn ; 0,3-0, 6 % Mg ; < 0,5 % Si, notamment utilisée pour des tubes.
- EP1254965 divulgue un alliage d'aluminium à durcissement structural ayant la composition suivante, en pourcentages massiques : 0,6-0, 9 % Si ; 0,1-0,36 % Mg ; 0,4-0, 7 % Mn ; 0,1-0,25 % Ti ; 0,25-0,35 % Cu ; < 0,7 % Fe ; optionnellement 0,05-0,25 % Zr.
- EP1687456 concerne le domaine du brasage sans flux et divulgue une âme comprenant, en pourcentages massiques : 0, 3-1,0 % Si ; < 1,0 % Fe ; 0, 3-1,0 % Cu ; 0, 3-2,0 % Mn ; 0, 3-3,0 % Mg ; < 6 % Zn ; < 0,1 % Ti ; < 0,3 % Zr ; < 0,3 % Cr ; < 2,0 % Ni ; < 2,0 % Co ; < 0,5 % Bi ; < 0,5 % Y ; autres éléments < 0,05 % chacun et < 0,15 % au total, reste aluminium, revêtue sur au moins une face d'un alliage d'aluminium de brasage comprenant, en pourcentages massiques : 4-15 % Si et 0,01-0,5 % de l'un au moins des éléments Ag, Be, Bi, Ce, La, Pb, Pd, Sb, Y ou de mischmétal.
- EP3423607 divulgue une solution en alliage de la série 6xxx comprenant, en pourcentages massiques : 0,2-1, 3 % Si ; 0,40-1,3 % Mg ; < 0,80 % Cu ; 0,05-1,0 % Fe ;
0,05-0,70 % Mn ; optionnellement un ou deux éléments choisis parmi 0,05-0,35 % Zr et 0,04-0,35 % Cr ; < 25 % Zn ; < 0,25 % Ti ; reste impuretés inévitables et aluminium, ou le rapport Fe/Mn est inférieur à 1,90.
- WO2021204929 divulgue une âme en alliage de la série AA6xxx, ayant la composition suivante, en pourcentages massiques : 0,5-0, 9 % Si ; < 0,5 % Fe ; < 0,5 % Cu ;
< 0,5 % Mn ; 0,4-0, 8 % Mg ; < 0,3 % Cr ; < 0,3 % Zn ; < 0,3 % Ti ; < 0,1 % Zr ; reste aluminium et impuretés inévitables 0,05 % au maximum chacune et 0,15 % au maximum au total.
Mais les solutions proposées ne permettent pas forcément de résoudre le bon compromis entre une bonne résistance mécanique après brasage, notamment en termes de Rpo.2, une bonne résistance à la corrosion et une bonne brasabilité, en particulier avec une température de solidus de l'alliage de la couche d'âme suffisamment élevée pour permettre la fusion de la couche de brasage en évitant la fusion de la couche d'âme.
Face à une demande du marché croissante, il demeure un besoin d'un nouvel alliage d'âme ayant une résistance mécanique améliorée par rapport aux alliages existants, notamment en termes de Rpo.2, sans dégradation de la résistance à la corrosion ni de la brasabilité. Un tel alliage d'âme pourrait permettre de répondre à la demande toujours présente de réduction d'épaisseur des produits et à la demande de développer des solutions à propriétés mécaniques élevées pour les refroidisseurs de batterie afin d'améliorer leur contribution à la résistance globale de la structure protégeant les batteries (qui inclut le refroidisseur de chaleur, mais également les pièces encapsulant les batteries, intégrées ou non à la caisse du véhicule).
EXPOSE DE L'INVENTION
La demanderesse a déterminé un domaine de composition permettant, de manière surprenante, d'améliorer la résistance mécanique sans dégradation de la résistance à la corrosion ou de la brasabilité. A titre d'exemple, la cible selon la présente invention peut être d'atteindre une limite d'élasticité Rpo,2 supérieure ou égale à environ 130 MPa, de préférence 150 MPa, de préférence 180 MPa, voire supérieure ou égale à environ 190 MPa, voire supérieure ou égale à environ 200 MPa, pour les bandes ou tôles industrielles après brasage. La solution selon la présente invention est notamment basée sur au moins l'un des éléments suivants, qui peuvent concerner la composition de l'alliage de la couche d'âme, la configuration des pièces plate et emboutie ou encore le procédé de fabrication :
- Utiliser une couche d'âme en alliage de la série 6xxx, ayant une composition telle que décrite selon la présente invention, en conservant de préférence une température de solidus par exemple supérieure à 615°C, en particulier dans le cas où l'âme est plaquée avec une couche de brasage comprenant un alliage d'aluminium de la série 4xxx dont la température de solidus est d'environ 577°C, par exemple un alliage AA4343 ou AA4045. De manière générale, la température de solidus de la couche d'âme en alliage de la série 6xxx est de préférence supérieure d'au moins 20°C, de préférence d'au moins 30°C, de préférence d'au moins 40°C, par rapport à la température de solidus de la couche de brasage ;
- Utiliser une couche sacrificielle sur les deux faces de cette couche d'âme en alliage de la série 6xxx pour la pièce plate 11 de l'échangeur de chaleur, pour assurer une bonne résistance à la corrosion du côté externe de l'échangeur de chaleur, c'est-à-dire du côté de la pièce plate 11 opposé à celui où se trouve la pièce emboutie 12.
- Assembler une pièce plate 11, ayant une couche d'âme en alliage de la série 6xxx 18 plaquée sur ses deux faces avec une couche sacrificielle 16, et une autre pièce 12, ayant une couche d'âme en alliage de la série 6xxx 18 plaquée sur une face avec une couche de brasage 17 et sur l'autre face avec une couche sacrificielle 16, qui est emboutie pour former un canal 13, entre la pièce plate 11 et la pièce emboutie 12, comme illustré à la Figure 2. Après assemblage, selon la configuration non-limitative de la Figure 2, la couche de brasage 17 de la pièce emboutie 12 se trouve entre la couche d'âme en alliage de la série 6xxx 18 de la pièce emboutie 12 et une des couches sacrificielles 16 de la pièce plate 11. Il est à noter que les deux couches d'âme en alliage de la série 6xxx 18 ou les deux couches sacrificielles 16 peuvent avoir la même composition ou des compositions différentes. Il est également à noter que, selon une variante, il pourrait y avoir une couche sacrificielle entre la couche d'âme en alliage de la série 6xxx 18 et la couche de brasage 17.
- Braser, par exemple dans un four CAB (brasage sous atmosphère contrôlée, par exemple avec contrôle de la quantité d'azote ou d'argon et/ou d'oxygène) à une température de préférence inférieure à 615°C, préférentiellement inférieure à 610°C, préférentiellement inférieure à 605°C. Au-dessus de 570°C, limiter la quantité d'oxygène à moins de 100 ppm, de préférence à moins de 50 ppm, peut permettre d'améliorer la qualité du brasage.
- Assurer de préférence un refroidissement à la fin du cycle de brasage, de préférence à une vitesse supérieure à 25°C/min, de préférence supérieure à 40°C/min, de préférence supérieure à 50°C/min en-dessous de 380°C et jusqu'à 100°C. Un refroidissement rapide peut permettre d'éviter ou de réduire la formation de précipités de type (Mg,Si) de taille grossière, par exemple supérieure à 150 nm, qui peuvent réduire le potentiel durcissant de l'alliage, notamment le Rpo,2.
- Ajouter optionnellement une étape de revenu post-brasage, de préférence à une température de 180 à 220°C, de préférence pendant une durée inférieure à 6 heures, préférentiellement inférieure à 3 heures, de préférence inférieure ou égale à 2 heures (par exemple de 2 heures à 195°C ou de 30 minutes à 205°C)
L'invention a ainsi pour objet une bande ou tôle, destinée à la fabrication d'échangeurs thermiques brasés, de préférence de refroidisseurs de batteries des véhicules électriques, comprenant, de préférence étant constitué de, une couche d'âme, éventuellement une couche de couverture sur une ou deux faces de la couche d'âme et éventuellement une couche intercalaire sur une ou deux faces de la couche d'âme placée entre la couche d'âme et la couche de couverture, la couche d'âme étant en alliage d'aluminium de la série 6xxx ayant la composition suivante (% en masse) :
- Si : de 0,45 à 0,75 ; de préférence de 0,50 à 0,70 % , - de préférence de 0,55 à 0,65 % , -
- Fe : de 0,10 à 0,40 % ; de préférence de 0,12 à 0,35 % ; de préférence de 0,14 à 0,30 % ; de préférence de plus de 0,18 à 0,26 % ;
- Cu : < 0,50 % , - de préférence < 0,45 % , - de préférence < 0,25 % , - de préférence < 0,15 % ; et de préférence > 0,05 % selon une première variante ; ou de préférence de 0,25 à 0,45 % ; de préférence de 0,29 à 0,40 % selon une deuxième variante ;
- Mn : < 0,30 % , - de préférence < 0,20 % , - de préférence de < 0,15 % , - de préférence de < 0,10 % ;
- Mg : de 0,25 à 0,56 % ; de préférence de 0,25 à 0,45 % ; de préférence de 0,30 à 0,39 % ;
- Ti : < 0,050 % , - de préférence < 0,045 % , - de préférence < 0,040 % , -
- optionnellement V : de 0,05 à 0,16 % ;
- impuretés inévitables : < 0,05 % chacune et < 0,15 % au total ;
- reste aluminium.
L'invention a également pour objet un ensemble de deux tôles ou bandes comprenant, de préférence étant constitué de :
- une pièce plate formée à partir d'une bande ou tôle selon la présente invention ;
- une pièce emboutie formée à partir d'une bande ou tôle selon la présente invention ; les deux pièces étant destinées à être assemblées par brasage et formant un canal grâce à la déformation de la pièce emboutie, la couche la plus extérieure de la pièce emboutie et/ou de la pièce plate en contact avec l'autre pièce étant une couche de brasage.
L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'une bande ou tôle selon la présente invention, comprenant les étapes successives de : - coulée d'une plaque en alliage d'âme ;
- optionnellement homogénéisation de la plaque à une température de 450 à 580°C, de préférence de 520 à 560°C pendant 1 à 24 heures ;
- placage éventuel avec un alliage d'aluminium de couverture sur une ou deux faces de la couche d'âme et éventuellement un alliage d'aluminium intercalaire sur une ou deux faces de la couche d'âme ;
- préchauffage à une température de 400 à 550°C, de préférence de 450 à 530°C, de préférence de 480 à 510°C, de préférence avec un maintien à la température maximale pendant moins de 30 heures, de préférence pendant moins de 20 heures, de préférence pendant moins de 12 heures, plus préférentiellement pendant moins de 3 heures ;
- laminage à chaud de la plaque éventuellement homogénéisée et éventuellement plaquée à une température de 390 à 530°C, de préférence de 470 à 530°C, jusqu'à une épaisseur de 2 à 6 mm,
- laminage à froid à l'épaisseur désirée, l'épaisseur de la bande ou tôle après laminage à froid étant de préférence de 0,15 à 3 mm et
- traitement thermique dans un four à passage à une température de 250 à 560°C , de préférence de 320 à 430°C, de préférence 320 à 360°C avec un maintien à la température maximale pendant moins de 5 minutes, de préférence moins de 1 minute, de préférence pendant moins de 30 secondes et de préférence plus de 15 secondes, ou dans un four batch, c'est-à-dire un four fonctionnant en discontinu, à une température de 250 à 390°C , de préférence de 310 à 360°C, avec un maintien à la température maximale de préférence pendant moins de 3 heures, de préférence pendant moins de 2 heures et de préférence moins de 1 heure, de manière à obtenir une recristallisation à petits grains.
L'invention a également pour objet un échangeur de chaleur réalisé au moins en partie à partir d'une bande ou tôle selon la présente invention ou à partir d'un ensemble de deux tôles ou bandes selon la présente invention.
L'invention a également pour objet l'utilisation d'une bande ou tôle selon la présente invention ou d'un ensemble de deux tôles ou bandes selon la présente invention, pour la fabrication d'un échangeur de chaleur, de préférence un refroidisseur de batteries d'un véhicule électrique.
FIGURES
[Figure 1] La Figure 1 est un schéma en coupe transversale décrivant un design actuel d'un refroidisseur de batteries d'un véhicule électrique.
[Figure 2] La Figure 2 est un schéma en coupe transversale décrivant un design d'un refroidisseur de batteries d'un véhicule électrique selon la présente invention. [Figure 3] La Figure 3 est un schéma décrivant le montage des tôles pour le test de brasabilité de l'exemple 1.
[Figure 4] La Figure 4 est un schéma décrivant le montage et l'analyse de perforation lors du test de résistance à la corrosion SWAAT de l'exemple 3.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
Dans la description et les revendications, sauf indication contraire :
- la désignation des alliages d’aluminium est conforme à la nomenclature de The Aluminum Association ;
- les teneurs en éléments chimiques sont désignées en pourcentages massiques.
Alliage d'aluminium de la couche d'âme
Les limites de composition de l'alliage d'aluminium de la série 6xxx de la couche d'âme utilisée selon la présente invention, sont exprimées en pourcentages massiques et peuvent se justifier de la manière suivante.
Silicium : Une teneur minimale en Si de 0,45 % permet d'améliorer les propriétés mécaniques, notamment par la formation de précipités durcissants contenant du magnésium et du silicium lors du revenu post-brasage. La teneur en silicium est donc de préférence supérieure ou égale à 0,45 %, ou supérieure ou égale à 0,46 %, ou supérieure ou égale à 0,47 %, ou supérieure ou égale à 0,48 %, ou supérieure ou égale à 0,49 %, ou supérieure ou égale à 0,50 %, ou supérieure ou égale à 0,51 %, ou supérieure ou égale à 0,52 %, ou supérieure ou égale à 0,53 %, ou supérieure ou égale à 0,54 %, ou supérieure ou égale à 0,55 %.
Une teneur en Si trop élevée peut réduire la température de solidus de l'âme et compromettre le brasage. Il est alors préférable de limiter le Si à une teneur inférieure ou égale à 0,75 %, ou inférieure ou égale à 0,74 %, ou inférieure ou égale à 0,73 %, ou inférieure ou égale à 0,72 %, ou inférieure ou égale à 0,71 %, ou inférieure ou égale à 0,70 %, ou inférieure ou égale à 0,69 %, ou inférieure ou égale à 0,68 %, ou inférieure ou égale à 0,67 %, ou inférieure ou égale à 0,66 %, ou inférieure ou égale à 0,65 %.
De préférence, le rapport massique Mg/Si est compris de 0,4 à 1,0, de préférence de 0,5 à 0,9. Fer : Une teneur maximale en Fe de 0,40 %, ou de 0,39 %, ou de 0,38 %, ou de 0,37 % ou de 0,36 %, ou de 0,35 %, ou de 0,34 %, ou de 0,33 %, ou de 0,32 %, ou de 0,31 %, ou de 0,30 %, ou de 0,29 %, ou de 0,28 %, ou de 0,27 %, ou de 0,26 %, peut également être favorable à la résistance à la corrosion et à la formabilité, notamment en réduisant la fraction de précipités grossiers contenant du Fe. Cependant, il n'est pas nécessaire de descendre à des teneurs très faibles, par exemple inférieures à 0,08 %, qui conduiraient à des prix de revient élevés. Par conséquent, la teneur minimale préférée en Fe est de 0,10 %, ou de 0,11 %, ou de 0,12 %, ou de 0,13 %, ou de 0,14 %, ou de 0,15 %, ou de 0,16 %, ou de 0,17 %, ou de 0,18 %.
Cuivre : Le Cu est un élément durcissant qui contribue à la résistance mécanique. Quand une couche additionnelle est présente, un gradient de cuivre se crée lors du brasage et a pour effet de réduire la corrosion côté interne de l'échangeur, c'est-à-dire du côté des canaux où le fluide circule. Mais au-delà d'une certaine teneur, le risque de former des criques à la coulée est plus élevé, et la sensibilité à la corrosion dans l'âme peut être augmentée. Il peut aussi se former des composés intermétalliques grossiers à la coulée qui nuisent à l'homogénéité du métal et peuvent constituer des sites d'initiation de la corrosion. Le Cu est également un élément qui réduit la température de solidus. La teneur en Cu est donc inférieure ou égale à 0,50 %, ou inférieure ou égale à 0,49 %, ou inférieure ou égale à 0,48 %, ou inférieure ou égale à 0,47 %, ou inférieure ou égale à 0,46 %, inférieure ou égale à 0,45 %, ou inférieure ou égale à 0,40 %, ou inférieure ou égale à 0,35 %, ou inférieure ou égale à 0,30 %, ou inférieure ou égale à 0,25 %, ou inférieure ou égale à 0,20 %, ou inférieure ou égale à 0,15 %. De préférence, la teneur en Cu est supérieure à 0,05 %, ou supérieure ou égale à 0,20 %, ou supérieure ou égale à 0,21 %, ou supérieure ou égale à 0,22 %, ou supérieure ou égale à 0,23 %, ou supérieure ou égale à 0,24 %, ou supérieure ou égale à 0,25 %, ou supérieure ou égale à 0,26 %, ou supérieure ou égale à 0,27 %, ou supérieure ou égale à 0,28 %, ou supérieure ou égale à 0,29 %.
Manganèse : L'ajout de Mn peut permettre d'augmenter le solidus. Pour ce faire, la teneur en Mn est de préférence supérieure ou égale à 0,01 %, ou supérieure ou égale à 0,02 %, ou supérieure ou égale à 0,025 %, ou supérieure ou égale à 0,03 %, ou supérieure ou égale à 0,04 %, ou supérieure ou égale à 0,05 %, ou supérieure ou égale à 0,06 %, ou supérieure ou égale à 0,07 %, ou supérieure ou égale à 0,08 %, ou supérieure ou égale à 0,09 %, ou supérieure ou égale à 0,10 %. Pour éviter de former un nombre important de phases grossières à la coulée qui peuvent réduire la formabilité, et de dispersoïdes qui peuvent détériorer la trempabilité lors du refroidissement du brasage en servant de sites de germination à des précipités contenant du Mg, il est recommandé de limiter le Mn à une teneur inférieure ou égale à 0,30 %, ou inférieure ou égale à 0,29 %, ou inférieure ou égale à 0,28 %, ou inférieure ou égale à 0,27 %, ou inférieure ou égale à 0,26 %, ou inférieure ou égale à 0,25 %, ou inférieure ou égale à 0,24 %, ou inférieure ou égale à 0,23 %, ou inférieure ou égale à 0,22 %, ou inférieure ou égale à 0,21 %, ou inférieure ou égale à 0,20 %, ou inférieure ou égale à 0,19 %, ou inférieure ou égale à 0,18 %, ou inférieure ou égale à 0,17 %, ou inférieure ou égale à 0,16 %, ou inférieure ou égale à 0,15 %, ou inférieure ou égale à 0,14 %, ou inférieure ou égale à 0,13 %, ou inférieure ou égale à 0,12 %, ou inférieure ou égale à 0,11 %, ou inférieure ou égale à 0,10 %. Pour maximiser les propriétés mécaniques, en particulier le Rpo,2, il est préféré de limiter la teneur en Mn à une teneur inférieure ou égale à 0,10 %.
Magnésium : La teneur en Mg selon la présente invention est contrôlée afin de permettre de braser ensemble deux parties (la pièce plate et la pièce emboutie) ayant chacune une âme en alliage d'aluminium de la série 6xxx. Cela serait différent si une des deux âmes était en alliage d'aluminium de la série 3xxx. Le Mg est un élément qui permet, en association avec le silicium, de créer un durcissement structural lors du revenu post-brasage. Aussi, la teneur minimale en Mg selon la présente invention est de préférence supérieure ou égale à 0,25 %, ou supérieure ou égale à 0,26 %, ou supérieure ou égale à 0,27 %, ou supérieure ou égale à 0,28 %, ou supérieure ou égale à 0,29 %, ou supérieure ou égale à 0,30 %, ou supérieure ou égale à 0,31 %, ou supérieure ou égale à 0,32 %, ou supérieure ou égale à 0,33 %. En outre, la teneur maximale en Mg selon la présente invention est de préférence inférieure ou égale à 0,56 %, ou inférieure ou égale à 0,55 %, ou inférieure ou égale à 0,54 %, ou inférieure ou égale à 0,53 %, ou inférieure ou égale à 0,52 %, ou inférieure ou égale à 0,51 %, ou inférieure ou égale à 0,50 % ou inférieure ou égale à 0,49 %, ou inférieure ou égale à 0,48 %, ou inférieure ou égale à 0,47 %, ou inférieure ou égale à 0,46 %, ou inférieure ou égale à 0,45 %, ou inférieure ou égale à 0,44 %, ou inférieure ou égale à 0,43 %, ou inférieure ou égale à 0,42 %, ou inférieure ou égale à 0,41 %, ou inférieure ou égale à 0,40 % ou inférieure ou égale à 0,39 %.
Titane : Le Ti peut permettre de contrôler la taille des grains à la coulée. Sa teneur selon la présente invention est de préférence inférieure à 0,050 %, ou inférieure à 0,049 %, ou inférieure à 0,048 %, ou inférieure à 0,047 %, ou inférieure à 0,046 %, ou inférieure à 0,045 %, ou inférieure à 0,044 %, ou inférieure à 0,043 %, ou inférieure à 0,042 %, ou inférieure à 0,041 %, ou inférieure à 0,040 %.
Vanadium : du vanadium peut être ajouté optionnellement pour assurer un durcissement complémentaire et augmenter la température de solidus de l'alliage. Si sa teneur dépasse 0.16%, des primaires peuvent se former à la coulée. Sa teneur selon la présente invention est de préférence inférieure à 0,16 %, ou inférieure à 0,15 %, ou inférieure à 0,14 %, ou inférieure à 0,13 %, ou inférieure à 0,12 %, ou inférieure à 0,11 %., ou inférieure à 0,10 %. De préférence, la teneur minimale de V est 0,05 % quand celui-ci est ajouté.
De préférence, la température de solidus de l'aluminium de la série 6xxx de la couche d'âme est supérieure à 595°C, de préférence supérieure à 600°C, de préférence supérieure à 605°C, de préférence supérieure à 610°C, de préférence supérieure à 615°C. De préférence, la température de solidus de la couche d'âme en alliage de la série 6xxx est supérieure d'au moins 20°C, de préférence d'au moins 30°C, de préférence d'au moins 40°C, par rapport à la température de solidus de la couche de brasage. La température de solidus de l'aluminium de la série 6xxx de la couche d'âme est à adapter en fonction des conditions de brasage de manière connue de l'homme du métier.
Il est à noter que l'alliage d'aluminium de la série 6xxx de la couche d'âme des pièces plate et emboutie peut être le même ou deux alliages différents. De préférence, il s'agit du même alliage.
Alliage d'aluminium de la couche de couverture
Selon la présente invention, la couche de couverture peut être une couche sacrificielle ou une couche de brasage.
Couche sacrificielle :
Selon une variante de la présente invention, la bande ou tôle comprend une couche de couverture qui est une couche sacrificielle 16 sur au moins une face de la couche d'âme 18. De préférence, l'alliage d'aluminium de la couche sacrificielle 16 comprend moins de 2,50 %, et de préférence au moins 0,50 % en masse de Zn.
Selon une variante de la présente invention, l'alliage d'aluminium de la couche sacrificielle est choisi parmi un alliage d'aluminium de la série lxxx, 7xxx ou 3xxx, de préférence de la série 7xxx ou 3xxx.
Selon une variante, l'alliage d'aluminium de la couche sacrificielle peut être un alliage d'aluminium de la série 7xxx, ayant de préférence la composition suivante, en pourcentages massiques : moins de 0,50 % de Si ; moins de 0,50 % de Fe ; moins de 0,25 % de Cu ; moins de 0,30 % de Mn ; moins de 0,20 %, de préférence moins de 0,15 % de Mg ; de 0,70 à 5,00 %, de préférence de 0,70 à moins de 4,50 %, selon une variante de 0,50 à moins de 2,50 %, de préférence de 0,70 à moins de 2,50 %, de préférence de plus de 0,80 à moins de 1,30 % de Zn ; moins de 0,15 % de Ti ; autres éléments moins de 0,05 % chacun et moins de 0,15 % au total ; reste aluminium.
A titre d'exemple, la composition AA7072 est un alliage d'aluminium qui peut convenir comme couche sacrificielle selon la présente invention. Sa composition est, en pourcentages massiques : moins de 0,05 % de Si ; moins de 0,05 % de Fe ; moins de 0,10 % de Cu ; moins de 0,10 % de Mn ; moins de 0,10 % de Mg ; de 0,80 à 1,30 % de Zn ; autres éléments inférieurs à 0,05 % chacun et inférieurs à 0,15 % au total ; reste aluminium.
Selon une autre variante, l'alliage d'aluminium de la couche sacrificielle peut être un alliage d'aluminium de la série 3xxx, ayant de préférence la composition suivante, en pourcentages massiques : de 0,10 à 0,35 % de Si ; moins de 0,70 % de Fe ; moins de 0,20 % de Cu ; de 0,70 à 2,00 %, de préférence de 0,90 à 1,30 % de Mn ; de 0,70 à 5,00 %, de préférence de 0,70 à moins de 4,50 %, de préférence de 0,70 à moins de 2,50 %, de préférence de plus de 0,80 à moins de 1,30 % de Zn ; moins de 0,15 % de Ti ; autres éléments moins de 0,05 % chacun et moins de 0,15 % total ; reste aluminium. Des valeurs préférentielles de chacun des éléments des alliages de la série 3xxx ou de la série 7xxx, qui pourraient convenir comme anode sacrificielle selon la présente invention, sont données à titre d'exemple dans le Tableau 1 ci-après (colonnes 3xxx-l, 7xxx-l et 7xxx-2), en pourcentages massiques.
[Tableau 1]
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Couche de brasage :
L'alliage d'aluminium de la couche de brasage est de préférence un alliage d'aluminium de la série 4xxx avec une température de liquidus suffisamment basse par rapport au solidus de l'alliage d'âme pour disposer d'un intervalle de température suffisant pour le brasage, une résistance mécanique acceptable et une bonne mouillabilité. Ces alliages peuvent contenir des éléments d'addition, par exemple du strontium, de préférence selon une teneur massique inférieure à 0,05 %.
Selon une variante, l'alliage de brasage de la présente invention comprend Y, Sn et/ou Bi. Cette variante présente en particulier un avantage pour le brasage sans flux. De préférence, l'alliage de brasage comprend :
- de 0,01 à 0,10 %, de préférence de 0,015 à 0,08 %, de préférence de 0,02 à 0,065 % de Y ;
- de 0,01 à 0,10 %, de préférence de 0,015 à 0,08 %, de préférence de 0,02 à 0,065 % de Sn ; et/ou
- au plus 0,04 %, de préférence au plus 0,03 %, de préférence au plus 0,02 % de Bi selon une première variante ; ou au plus 0,15 %, de préférence au plus 0,12 %, de préférence moins de 0,10 %, et de préférence au moins 0,05 %, de préférence plus de 0,06 % de Bi selon une deuxième variante.
De préférence, l'alliage d'aluminium de la couche de brasage ne comprend pas de Bi.
De préférence, l'alliage d'aluminium de la couche de brasage est un alliage de la série 4xxx comprenant de 4,00 à 13,00 % en masse de Si et moins de 1,00 % en masse de Fe. De préférence, l'alliage d'aluminium de la couche de brasage de la série 4xxx comprend (% en masse) :
- Si : de 5,00 à 13,00 %, de préférence de 6,00 à 11,00 % ;
Fe : moins de 0,60 %, de préférence moins de 0,50 %, de préférence moins de 0,30 % ;
- Cu : moins de 0,40 %, de préférence moins de 0,10 %, de préférence moins de 0,05 % ;
- Mn : moins de 0,20 %, de préférence moins de 0,10 %, de préférence moins de 0,05 % ;
- Mg : selon une première variante moins de 0,20 %, de préférence moins de 0,10 %, de préférence moins de 0,05 % ; ou selon une deuxième variante de 0,50 à 2,50 %, de préférence de 1,00 à 2,00 % ;
- Zn : moins de 0,20 %, de préférence moins de 0,10 %, de préférence moins de 0,05 %, de préférence moins de 0,02 % ;
- Ti : moins de 0,30 %, de préférence moins de 0,10 %, de préférence moins de 0,05 % ;
- éventuellement Bi, Y, Sr et/ou Sn ;
- autres éléments : inférieurs à 0,05 % chacun et inférieurs à 0,15 % au total ;
- reste aluminium.
A titre d'exemple, la composition AA4045 est un alliage d'aluminium qui peut convenir comme alliage de la couche de brasage selon la présente invention. Sa composition est, en pourcentages massiques : de 9,0 à 11,0 % de Si, moins de 0,80 % de Fe, moins de 0,30 % de Cu, moins de 0,05 % de Mn, moins de 0,05 % de Mg, moins de 0,10 % de Zn, moins de 0,20 % de Ti, autres éléments inférieurs à 0,05 % chacun et inférieurs à 0,15 % au total, le reste étant de l'aluminium.
A titre d'exemple, la composition précédente comprend de préférence moins de 0,60 % de Fe. A titre d'exemple, la composition précédente comprend de préférence moins de 0,10 % de Cu. A titre d'exemple, la composition AA4343 est un alliage d'aluminium qui peut convenir comme alliage de brasage selon la présente invention. Sa composition est, en pourcentages massiques : de 6,80 à 8,20 % de Si, moins de 0,80 % de Fe, moins de 0,25 % de Cu, moins de 0,10 % de Mn, moins de 0,05 % de Mg, autres éléments inférieurs à 0,05 % chacun et inférieurs à 0,15 % au total, le reste étant de l'aluminium.
A titre d'exemple, la composition précédente comprend de préférence moins de 0,30 % de Fe. A titre d'exemple, la composition précédente comprend de préférence moins de 0,10 % de Cu. A titre d'exemple, la composition AA4004 est un alliage d'aluminium qui peut convenir comme alliage de brasage selon la présente invention. Sa composition est, en pourcentage massique : de 9,00 à 10,50 % de Si, moins de 0,80 % de Fe, moins de 0,25 % de Cu, moins de 0,10 % de Mn, de 1,00 à 2,00 % de Mg, moins de 0,20 % de Zn, autres éléments inférieurs à 0,05 % chacun et inférieurs à 0,15 % au total, le reste étant de l'aluminium. A titre d'exemple, la composition AA4104 est un alliage d'aluminium qui peut convenir comme alliage de brasage selon la présente invention. Sa composition est, en pourcentage massique : de 9,00 à 10,50 % de Si, moins de 0,80 % de Fe, moins de 0,25 % de Cu, moins de 0,10 % de Mn, de 1,00 à 2,00 % de Mg, moins de 0,20 % de Zn, de 0,02 à 0,20 % Bi, autres éléments inférieurs à 0,05 % chacun et inférieurs à 0,15 % au total, le reste étant de l'aluminium.
Alliage d'aluminium de la couche intercalaire
Selon un mode de réalisation, la bande ou tôle selon la présente invention est plaquée, sur une ou deux faces de la couche d'âme, avec un alliage d'aluminium dit intercalaire, de préférence de la série lxxx ou 3xxx, placé entre la couche d'âme et une couche de couverture, de préférence une couche de brasage, de préférence comprenant (en % massiques) :
- Si : moins de 0,50 %, plus préférentiellement moins de 0,20 % ;
- Fe : moins de 0,70 %, plus préférentiellement moins de 0,30 %, encore plus préférentiellement moins de 0,20 % ;
- Mn : de 0,30 à 1,40 %, plus préférentiellement de 0,50 à 0,90 %, plus préférentiellement de 0,60 à 0,80 %, ou selon une variante de 1,00 à 1,30 % , -
- Cu : moins de 0,30 %, de préférence moins de 0,10 %, encore plus préférentiellement moins de 0,05 % ;
- éventuellement Mg, Zn et/ou In ;
- autres éléments < 0,05 % chacun et < 0,15 % au total ;
- reste aluminium.
De préférence, l'alliage d'aluminium intercalaire de la bande ou tôle selon la présente invention comprend (% en masse) : Si < 0,15 % ; Fe < 0,20 % ; Cu < 0,10 % ; Mn de 0,60 à 0,80 % ; Mg < 0,02 % selon une première variante ou Mg < 0,50 %, de préférence < 0,25 % selon une deuxième variante ; autres éléments < 0,05 % chacun et < 0,15 % au total, reste aluminium.
De préférence, l'alliage d'aluminium intercalaire est un alliage de la série AA3xxx.
Selon une variante, l'alliage d'aluminium intercalaire peut comprendre en outre :
- Zn selon une teneur de 1,5 à 2,3 % ; et/ou
- In selon une teneur de 0,005 à 0,04 %.
Selon une variante, la bande ou tôle selon la présente invention comprend une couche intercalaire entre l'âme et la couche de couverture seulement dans le cas où la couche de couverture est une couche de brasage.
Selon une variante, la bande ou tôle selon la présente invention ne comprend pas de couche intercalaire. Bande ou tôle et ensemble de deux bandes ou tôles
Bande ou tôle :
La bande ou tôle selon la présente invention est une bande ou tôle dite de brasage, qui peut servir à la fabrication de différentes parties d'un échangeur thermique, par exemple des tubes, des plaques, des collecteurs, des systèmes de refroidissement de batterie pour véhicules électriques, etc.
La bande ou tôle selon la présente invention peut présenter une configuration avec plusieurs couches, et en particulier à 2, 3, 4 ou 5 couches.
La configuration avec deux couches comprend une couche d'âme plaquée sur une seule face avec une couche de couverture, en particulier soit avec une couche de brasage, soit avec une couche sacrificielle.
La configuration avec trois couches peut comprendre :
- soit une couche d'âme plaquée sur ses deux faces avec une couche de brasage ;
- soit une couche d'âme plaquée sur ses deux faces avec une couche sacrificielle ;
- soit une couche d'âme plaquée sur une seule face avec une couche intercalaire, elle-même plaquée avec une couche de brasage ou une couche sacrificielle, de préférence une couche de brasage ;
- soit une couche d'âme plaquée sur une première face avec une couche de brasage et sur l'autre face avec une couche sacrificielle.
La configuration avec quatre couches peut comprendre :
- soit une couche d'âme plaquée sur une première face avec une couche intercalaire, elle- même plaquée avec une couche de brasage ou une couche sacrificielle, de préférence une couche de brasage, et sur l'autre face avec une couche de brasage ;
- soit une couche d'âme plaquée sur une première face avec une couche intercalaire, elle- même plaquée avec une couche de brasage ou une couche sacrificielle, de préférence une couche de brasage, et sur l'autre face avec une couche sacrificielle.
La configuration avec cinq couches comprend une couche d'âme plaquée sur ses deux faces avec une couche intercalaire elle-même plaquée avec une couche de brasage ou une couche sacrificielle, de préférence une couche de brasage.
Dans chacune des configurations citées ci-avant, quand deux couches de brasage, deux couches intercalaires ou deux couches sacrificielles sont prévues, alors elles peuvent être identiques ou différentes en termes de composition. De préférence, les couches sont identiques en composition.
Les configurations préférées sont des configurations à trois couches, comprenant :
- soit une couche d'âme plaquée sur deux faces avec une couche sacrificielle ; - soit une couche d'âme plaquée sur une face avec une couche sacrificielle et sur l'autre face avec une couche de brasage.
Selon une variante, au moins une couche intercalaire peut être présente entre la couche d'âme et la couche sacrificielle ou la couche de brasage. Mais, de préférence, il n'y a pas de couche intercalaire dans la bande ou tôle selon l'invention.
De préférence, la bande ou tôle selon la présente invention est constituée d'une couche d'âme en alliage d'aluminium de la série 6xxx, une couche de couverture sur une ou les deux faces de la couche d'âme et éventuellement une couche intercalaire sur une ou deux faces de la couche d'âme placée entre la couche d'âme et la couche de couverture.
Selon une première variante, la bande ou tôle selon la présente invention comprend une couche de couverture sur une seule face de la couche d'âme, et :
- la couche de couverture est une couche de brasage ; ou
- la couche de couverture est une couche sacrificielle.
Selon une deuxième variante, la bande ou tôle selon la présente invention comprend une couche de couverture sur les deux faces de la couche d'âme, et :
- l'une des couches de couverture est une couche sacrificielle et l'autre couche de couverture est une couche de brasage ; ou
- les deux couches de couverture sont des couches sacrificielles ; ou
- les deux couches de couverture sont des couches de brasage.
En ce qui concerne l'épaisseur totale de la bande ou tôle selon la présente invention, elle est de préférence de 0,40 à 2,50 mm.
Les épaisseurs discutées ici correspondent aux épaisseurs avant brasage. En ce qui concerne les épaisseurs de chaque couche, il est à noter qu'il s'agit de valeurs cibles, pour lesquelles une marge d'erreur d'environ 2 % est communément admise dans le domaine des tôles ou bandes plaquées pour échangeurs de chaleur.
Selon une première variante où la bande ou tôle selon la présente invention est destinée à la fabrication d'une pièce plate, l'épaisseur totale minimale de la bande ou tôle est de 1,05 mm, ou de 1,15 mm, ou de 1,25 mm, ou de 1,35 mm, ou de 1,45 mm, ou de 1,55 mm, ou de 1,65 mm ou de 1,75 mm, ou de 1,85 mm ou de 1,95 mm. Selon cette première variante, l'épaisseur totale maximale de la bande ou tôle est de préférence de 2,50 mm, ou de 2,40 mm, ou de 2,30 mm, ou de 2,20 mm, ou de 2,10 mm.
Selon une deuxième variante où la bande ou tôle selon la présente invention est destinée à la fabrication d'une pièce emboutie, l'épaisseur totale minimale de la bande ou tôle est de 0,50 mm, ou de 0,60 mm, ou de 0,70 mm, ou de 0,80 mm, ou de 0,90 mm. Selon cette deuxième variante, l'épaisseur totale maximale de la bande ou tôle est de préférence de 2,50 mm, ou de 2,30 mm, ou de 2,10 mm, ou de 1,90 mm, ou de 1,70 mm, ou de 1,50 mm ou de 1,30 mm ou de 1,10 mm.
En ce qui concerne l'épaisseur de la couche intermédiaire ou de la couche sacrificielle, elle représente de préférence de 4 à 15 % de l'épaisseur totale de la bande ou tôle selon la présente invention. L'épaisseur minimale de la couche intermédiaire ou de la couche sacrificielle représente de préférence 5 %, ou 6 % ou 7 % ou 8 % ou 9 % de l'épaisseur totale de la bande ou tôle selon la présente invention. L'épaisseur maximale de la couche intermédiaire ou de la couche sacrificielle représente de préférence 14 %, ou 13 % ou 12 % ou 11 % de l'épaisseur totale de la bande ou tôle selon la présente invention.
En ce qui concerne l'épaisseur de la couche de brasage, elle représente de préférence de 3 à 15 % de l'épaisseur totale de la bande ou tôle selon la présente invention. L'épaisseur minimale de la couche de brasage représente de préférence 4 % de l'épaisseur totale de la bande ou tôle selon la présente invention. L'épaisseur maximale de la couche de brasage représente de préférence 14 %, ou 13 % ou 12 % ou 11 % ou 10 % ou 9 % ou 8 % ou 7 % ou 6 % de l'épaisseur totale de la bande ou tôle selon la présente invention.
Ensemble de deux tôles ou bandes :
Les tôles ou bandes selon la présente invention peuvent être combinées entre elles, après mise en forme éventuelle, pour former un échangeur de chaleur avec des canaux. L'ensemble de deux tôles ou bandes selon la présente invention peut être celle après assemblage mais avant brasage ou celle après brasage. Le brasage ne modifie pas la configuration, c'est-à-dire l'ordre des différentes couches et la position respective de la pièce plate par rapport à la pièce emboutie.
Selon la présente invention, l'ensemble de deux tôles ou bandes comprend, de préférence est constitué de :
- une pièce plate formée à partir d'une bande ou tôle selon la présente invention ;
- une pièce emboutie formée à partir d'une bande ou tôle selon la présente invention ; les deux pièces étant destinées à être assemblées par brasage et formant un canal grâce à la déformation de la pièce emboutie, la couche la plus extérieure de la pièce emboutie et/ou de la pièce plate en contact avec l'autre pièce étant une couche de brasage.
L'ensemble de deux tôles ou bandes selon la présente invention peut se présenter sous différentes variantes.
Selon une première variante préférée :
- l'une des pièces, plate ou emboutie, est constituée d'une âme selon la présente invention, plaquée sur ses deux faces avec une couche sacrificielle, et - l'autre pièce, emboutie ou plate, est constituée d'une âme selon la présente invention, plaquée sur une face avec une optionnelle couche intercalaire et une couche de brasage, et sur l'autre face avec une couche sacrificielle.
Selon une deuxième variante préférée, les deux pièces, plate et emboutie, sont constituées d'une âme selon la présente invention, plaquée sur une face avec une optionnelle couche intercalaire et une couche de brasage, et sur l'autre face avec une couche sacrificielle.
Dans chacune des variantes présentées ci-avant, la couche de brasage d'au moins l'une des pièces se situe entre la pièce plate et la pièce emboutie.
Procédé
L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'une bande ou tôle selon la présente invention, comprenant les étapes successives de :
- coulée d'une plaque en alliage d'âme ;
- optionnellement homogénéisation de la plaque à une température de 450 à 580°C, de préférence de 520 à 560°C pendant 1 à 24 heures ;
- placage éventuel avec un alliage d'aluminium de couverture sur une ou deux faces de la couche d'âme et éventuellement un alliage d'aluminium intercalaire sur une ou deux faces de la couche d'âme ;
- préchauffage à une température de 400 à 550°C, de préférence de 450 à 530°C, de préférence de 480 à 510°C, de préférence avec un maintien à la température maximale pendant moins de 30 heures, de préférence pendant moins de 20 heures, de préférence pendant moins de 12 heures, plus préférentiellement pendant moins de 3 heures ;
- laminage à chaud de la plaque éventuellement homogénéisée et éventuellement plaquée à une température de 390 à 530°C, de préférence de 470 à 530°C, jusqu'à une épaisseur de 2 à 6 mm,
- laminage à froid à l'épaisseur désirée, l'épaisseur de la bande ou tôle après laminage à froid étant de préférence de 0,15 à 3 mm et
- traitement thermique dans un four à passage à une température de 250 à 560°C , de préférence de 320 à 430°C, de préférence 320 à 360°C avec un maintien à la température maximale pendant moins de 5 minutes, de préférence moins de 1 minute, de préférence pendant moins de 30 secondes et de préférence plus de 15 secondes, ou dans un four batch à une température de 250 à 390°C , de préférence de 310 à 360°C, avec un maintien à la température maximale de préférence pendant moins de 3h, de préférence pendant moins de 2 heures et de préférence moins de 1 heures, de manière à obtenir une recristallisation à petits grains. Ledit alliage de couverture du procédé selon la présente invention peut en particulier être un alliage de brasage, ou une couche sacrificielle, ou deux alliages de brasage, ou deux couches sacrificielles, ou un alliage de brasage et une couche sacrificielle.
De préférence, il n'y a pas de recuit intermédiaire pendant les étapes de laminage dans les procédés selon la présente invention.
Avant d'installer les éventuels matériaux de placage, il est possible procéder à une homogénéisation de la plaque d'alliage de la couche d'âme à une température comprise de 450 à 580°C, de préférence de 520 à 560°C, de préférence pendant 1 à 24 heures.
Utilisation
L'invention a également pour objet un échangeur de chaleur réalisé au moins en partie à partir d'une bande ou tôle selon la présente invention ou d'un ensemble de deux tôles ou bandes selon la présente invention.
L'invention a également pour objet l'utilisation d'une bande ou tôle selon la présente invention ou d'un ensemble de deux tôles ou bandes selon la présente invention, pour la fabrication d'un échangeur de chaleur, de préférence un refroidisseur de batteries d'un véhicule électrique.
Les bandes ou tôles selon la présente invention peuvent être utilisées dans la fabrication d'échangeurs de chaleur brasés, notamment d'automobiles, tels que les radiateurs de refroidissement du moteur, les évaporateurs, les radiateurs de chauffage et les refroidisseurs d'air de suralimentation, les collecteurs, les refroidisseurs de batterie des véhicules électriques, ainsi que dans les systèmes de climatisation.
La fabrication d'un échangeur de chaleur selon la présente invention peut notamment comprendre au moins l'une des étapes ci-après :
- Braser dans un four CAB (atmosphère contrôlée), de préférence à une température de 590 à 615°C, de préférence de 590 à 610°C, de préférence de 590 à 605°C, de préférence de 590 à 600°C ;
- Assurer un refroidissement ayant de préférence une vitesse supérieure à 25°C/min, de préférence supérieure à 35°C/min, de préférence supérieure à 50°C/min en-dessous de 380°C et jusqu'à 100°C à la fin du cycle de brasage ;
- Réaliser une étape de revenu post-brasage à une température de 150 à 240°C, de préférence de 180 à 220°C, pendant une durée de préférence inférieure à 6 heures, de préférence inférieure à 3 heures, de préférence inférieure ou égale à 2 heures (par exemple pendant 2 heures à environ 195°C ou pendant 30 minutes à 205°C). De préférence, la température minimale du revenu post-brasage est supérieure à 180°C, ou supérieure ou égale à 181°C, ou supérieure ou égale à 182°C, ou supérieure ou égale à 183°C, ou supérieure ou égale à 184°C, ou supérieure ou égale à 185°C, ou supérieure ou égale à 186°C, ou supérieure ou égale à 187°C, ou supérieure ou égale à 188°C, ou supérieure ou égale à 189°C, ou supérieure ou égale à 190°C. Une augmentation de la température du revenu post-brasage peut permettre de diminuer la durée de ce revenu. A titre d'exemple, pour une température de revenu post-brasage supérieure ou égale à 185°C, la durée peut être inférieure à 4 heures.
EXEMPLES
Exemple 1 : Brasabilité
Différents lingots d'alliage d'aluminium de couches d'âme, de couches de brasage et de couches sacrificielles ont été coulés en coulée semi-continue verticale (DC casting) avec des alliages d'aluminium ayant les compositions données dans le Tableau 2 ci-après, en pourcentages massiques :
[Tableau 2]
Figure imgf000021_0001
Avant assemblage des différentes couches entre elles :
- les lingots d'alliages d'aluminium de couche d'âme, ont été homogénéisés (température supérieure à 530°C pendant plus de 2 heures et moins de 24 heures) et laminés à chaud, à une température de 380 à 500°C, jusqu'à une épaisseur d'environ 30 mm ;
- les lingots d'alliages de couche de brasage, ont été scalpés puis laminés à chaud à une température d'environ 480-500°C jusqu'à une épaisseur de 1,8 mm ;
- le lingot d'alliage de couche sacrificielle a été laminé à chaud, à une température d'environ 480-500°C, jusqu'à une épaisseur d'environ 3,5 mm.
Après brossage des faces en contact, des sandwichs d'épaisseur 35,3 mm ont été réalisés, ayant la configuration suivante : couche de brasage/couche d'âme/couche sacrificielle. La couche de brasage représentait environ 5 % de l'épaisseur totale du sandwich et la couche sacrificielle représentait environ 10 % de l'épaisseur totale du sandwich.
Les deux sandwichs suivants ont été réalisés :
- Config-1 : couche de brasage-1 / couche d'âme-1 / couche sacrificielle ;
- Config-2 : couche de brasage-1 / couche d'âme-2 / couche sacrificielle. Les sandwichs ont ensuite été préchauffés à une température d'environ 490°C pendant moins de 5 heures, puis laminés à chaud jusqu'à une épaisseur d'environ 1,5 mm ou d'environ 0,8 mm. Un recuit de 2 heures à environ 360°C a été réalisé.
Les sandwichs d'épaisseur environ 0,8 mm ont été emboutis, pour créer deux lignes et obtenir des feuilles embouties, comme illustré à la Figure 3. Les sandwichs d'épaisseur environ 1,5 mm n'ont pas été emboutis, pour obtenir des feuilles non-embouties ou plates.
La brasabilité des différents sandwichs a ensuite été évaluée. Le test de brasage a été réalisé selon le protocole suivant, qui permet de simuler le brasage d'assemblage entre une feuille emboutie et une feuille non-emboutie. Pour ce faire, des feuilles de 50 mm x 60 mm ont été embouties en l'absence de lubrifiant pour ajouter deux lignes embouties longitudinales 3 telles qu'illustrées dans la Figure 3. Ensuite, les feuilles embouties et non-embouties ont été dégraissées avec une solution d'acétone puis séchées à l'air. Une feuille emboutie et une feuille non-emboutie ayant la même configuration et composition ont ensuite été assemblées comme illustré à la Figure 3. Dans la Figure 3, la référence 1 correspond à une feuille emboutie, la référence 2 correspond à une feuille non-emboutie, la référence 3 correspond à deux lignes embouties, la référence 16 correspond à une couche sacrificielle, la référence 17 correspond à une couche de brasage en alliage d'aluminium de la série 4xxx et la référence 18 correspond à une âme en alliage d'aluminium de la série 6xxx. Les feuilles assemblées ont ensuite été brasées à plat avec 0 ou 2 ou 5 g/m2 de flux de type Nocolok® sur la couche de brasage 17. Le cycle de brasage a été réalisé avec un maintien d'environ 2 minutes à environ 600°C sous atmosphère contrôlée (O2 < 50 ppm).
La longueur de chaque joint de brasage a ensuite été mesurée. Pour chaque configuration, trois échantillons ont été réalisés. Pour chaque échantillon, deux mesures ont été faites au niveau des deux lignes longitudinales embouties. Les résultats peuvent être exprimés en termes de longueur brasée en mm, ou alors en termes de pourcentage de longueur brasée par rapport à la longueur maximale possible. « A » correspond à plus de 90 % ; « B » correspond à un intervalle de 50 à 90 % ; « C » correspond à un intervalle de 10 à moins de 50 % ; « D » correspond à moins de 10 %.
Les résultats du test de brasage sont présentés dans le Tableau 3 ci-après.
[Tableau 3]
Figure imgf000022_0001
Une bonne brasabilité a été obtenue avec 5 g/m2 de flux pour toutes les configurations. Exemple 2 : Propriétés mécaniques d'un sandwich tri-couche
Sur les échantillons de l'exemple 1 ci-avant (selon les configurations Config-1 et Config-2), après laminage à froid jusqu'à une épaisseur de 1,5 mm, différents recuits ont été réalisés : un recuit de type ligne à bande (30 secondes à environ 400°C ou 45 secondes à environ 550°C) ou un recuit de type batch (2 heures à environ 360°C).
Un brasage de type CAB (atmosphère contrôlée) d'environ 2 minutes à environ 600°C avec un refroidissement à une vitesse supérieure à 40°C/min en-dessous de 380°C et jusqu'à 100°C a été réalisé.
Un revenu de 2 heures à environ 195°C a ensuite été réalisé.
Les propriétés mécaniques en traction ont été mesurées dans le sens de laminage après recuit, et après recuit + brasage + revenu selon la norme ISO 6892-1.
[Tableau 4]
Figure imgf000023_0001
Il semblerait que la durée et la température du recuit n'ont pas d'influence sur la valeur de Rpo,2 après recuit + brasage + revenu. Dans tous les cas, la valeur de Rpo,2 de l'assemblage est supérieure à 165 MPa. Elle est supérieure pour l'assemblage avec âme en alliage 6xxx-l (Config-1) qui contient davantage de magnésium que l'assemblage avec une âme en alliage 6xxx-2 (Config-2).
Exemple 3 : Corrosion
Des mesures de résistance à la corrosion selon le test SWAAT ont été réalisées sur les configurations Config-1 et Config-2 décrites dans les exemples 1 et 2 ci-avant, sur des échantillons ayant une épaisseur d'environ 1 mm, sur la face plaquée avec la couche sacrificielle et après recuit de 2 heures à environ 360°C puis brasage de 2 minutes à environ 600°C puis revenu de 2 heures à environ 195°C.
La tenue en corrosion a été déterminée en utilisant le protocole suivant : - préparer pour chaque configuration un échantillon de dimensions 126 mm (sens L) x 90 mm (sens TL), préalablement dégraissé avec un papier absorbant blanc imbibé d'acétone ;
- protéger la face non-testée (face plaquée avec la couche de brasage) ainsi que les quatre bords sur une largeur d'environ 0,5 cm avec un adhésif vinyle transparent (par exemple de type 3M vinyl 764) ;
- nettoyer la face à tester (face plaquée avec la couche sacrificielle) avec un papier absorbant imbibé d'acétone ;
- placer les échantillons ainsi préparés sur un rack avec une inclinaison d'environ 60° par rapport à l'horizontale ;
- réaliser pour chaque échantillon un test cyclique SWAAT (Sea Water Acidified Acetic Test) selon la norme ASTM G85 A3, comprenant notamment une alternance de phases de brouillard salin de 30 min et de phases humides de lh30 à une température d'environ 49°C.
Le nombre de percements a été suivi chaque jour pour chaque échantillon pendant toute la durée du test, soit 20 jours. Les percements peuvent être visibles au dos de chaque échantillon car ils forment des cloques dans l'adhésif appliqué sur la face non testée, comme illustré sur la Figure 4. Dans la Figure 4, la référence 6 correspond à l'échantillon ; la référence 7 correspond à l'adhésif ; la référence 8 correspond à une perforation ; la référence 9 correspond à une cloque formée par une perforation.
Les résultats obtenus sont qu'il n'y a pas eu de percements après 20 jours de test, pour aucune des configurations Config-1 et Config-2.
Les échantillons ont ensuite été observés en coupe polie au microscope : la profondeur des piqûres (non-traversantes) était inférieure à 60 pm pour les deux configurations Config-1 et Config-2.
Exemple 4 : Propriétés mécaniques
Des essais de simulation d'un cycle de brasage (chauffage à environ 600°C, maintien pendant 2 minutes, puis refroidissement à une vitesse supérieure à 50°C/min à partir de 380°C et jusqu'à 100°C) et d'un revenu post-brasage (plusieurs températures et durées de maintien ont été testées - voir Tableau 6 ci-après) ont été réalisés sur différentes compositions d'âmes en alliage d'aluminium de la série 6xxx (voir Tableau 5 ci-après) sans placage. Les tôles d'alliage d'aluminium de la série 6xxx ont été obtenues par homogénéisation à une température supérieure à 500°C pendant une durée supérieure à 3 heures, puis laminage à chaud à une température de 350 à 450°C jusqu'à une épaisseur d'environ 2,8 mm, puis laminage à froid jusqu'à une épaisseur d'environ 0,8 mm, puis recuit à une température de 440 à 500°C pendant une durée de 30 à 45 secondes. [Tableau 5]
Figure imgf000025_0001
Les propriétés mécaniques en traction ont été mesurées dans le sens du laminage après recuit + brasage + revenu selon la norme ISO 6892-1. Les résultats obtenus sont présentés dans le Tableau 6 ci-après.
[Tableau 6]
Figure imgf000025_0002
L'alliage 6xxx-4 a présenté des caractéristiques mécaniques post-brasage améliorées par rapport à celles de l'alliage 6xxx-3, au détriment d'une baisse de la température de solidus à 618°C (voir Tableau 6 ci-avant).
Exemple 5 : Propriétés mécaniques
Des coulées de différentes compositions d'alliages d'aluminium de la série 6xxx ont été réalisées.
Le Tableau 7 ci-après présente les teneurs en éléments des différents alliages, en pourcentages massiques. [Tableau 7]
Figure imgf000026_0001
Les tôles d'alliage d'aluminium de la série 6xxx ont été obtenues par homogénéisation à une température d'environ 540°C pendant une durée d'environ 6 heures (sauf pour l'alliage B' qui n'a pas eu d'homogénéisation), puis laminage à chaud à une température d'environ 490°C jusqu'à une épaisseur d'environ 4,5 mm, puis laminage à froid jusqu'à une épaisseur d'environ 2,0 mm, puis recuit à une température d'environ 360°C pendant une durée d'environ 2 heures. Des essais de simulation d'un cycle de brasage (chauffage à environ 600°C, maintien pendant 2 minutes, puis refroidissement à une vitesse supérieure à 50°C/min à partir de 380°C et jusqu'à 100°C) et d'un revenu post-brasage (1 heure à 195°C, 4 heures à 195°C, 2 heures à 205°C ou
2 heures à 210°C - voir Tableau 8 ci-après) ont été réalisés sur les alliages A à G du Tableau 7 ci- avant. La teneur en oxygène pendant la simulation de brasage était inférieure à 50 ppm.
Les propriétés mécaniques en traction ont été mesurées dans le sens du laminage après recuit + brasage + revenu selon la norme ISO 6892-1. Les résultats obtenus sont présentés dans le Tableau 8 ci-après, dans lequel les valeurs de Rpo,2 et Rm sont exprimées en MPa. [Tableau 8]
Figure imgf000027_0002
Figure imgf000027_0001
D'autre part, un test de résistance à la corrosion (non illustré ici) a été réalisé sur les alliages d'âme A, B, F et G placés en sandwich entre une couche de brasage-1 du Tableau 2 ci-avant (7,5 % de l'épaisseur totale du sandwich) et la couche sacrificielle du Tableau 2 ci-avant (10 % de l'épaisseur totale du sandwich). Un test SWAAT selon norme ASTM G85 A3 (tel que décrit ci- avant dans l' Exemple 3) a été réalisé. Les résultats ont été obtenus par analyse microscopique en coupe polie après 40 jours de test. L'épaisseur totale des sandwichs étaient d'environ 0,8 mm. Il a été constaté que la résistance à la corrosion du sandwich comprenant l'alliage d'âme F était moins bonne que celle des sandwichs comprenant les alliages d'âme A, B et G, puisqu'une profondeur de piqûration plus importante a été observée pour l'alliage d'âme F.
Il est à noter par ailleurs que l'alliage d'âme G comprend une teneur en Fe qui est peu adaptée au recyclage.
Exemple 6 : Propriétés mécaniques
Des essais de simulation d'un cycle de brasage (chauffage à environ 600°C, maintien pendant 2 minutes, puis refroidissement à une vitesse supérieure à 50°C/min à partir de 380°C et jusqu'à 100°C) et d'un revenu post-brasage (plusieurs températures et durées de maintien ont été testées - voir Tableau 10 ci-après) ont été réalisés sur une tôle comprenant une âme en alliage d'aluminium de la série 6xxx (alliage 6xxx-5) plaquée sur deux faces avec une couche sacrificielle en alliage d'aluminium de la série 7xxx (alliage 7xxx-l), les deux couches sacrificielles représentant chacune 10 % de l'épaisseur totale de la tôle. Les compositions des alliages d'aluminium sont données dans le Tableau 9 ci-après, en pourcentages massiques.
[Tableau 9]
Figure imgf000028_0001
La couche d'âme en alliage d'aluminium de la série 6xxx a été homogénéisée à une température comprise de 540 à 600°C pendant une durée supérieure à 3 heures, puis assemblée avec les deux couches sacrificielles en alliage d'aluminium de la série 7xxx, qui ont été préalablement laminées à chaud. Le sandwich ainsi obtenu a été préchauffé, puis laminé à chaud jusqu'à une épaisseur d'environ 4 mm, puis laminé à froid jusqu'à une épaisseur d'environ 2 mm, puis recuit à une température d'environ 350°C pendant une durée d'environ 30 minutes.
Les propriétés mécaniques en traction ont été mesurées dans le sens du laminage après recuit + brasage + revenu selon la norme ISO 6892-1. Les résultats obtenus sont présentés dans le Tableau 10 ci-après.
[Tableau 10]
Figure imgf000028_0002

Claims

Tl
REVENDICATIONS Bande ou tôle, destinée à la fabrication d'échangeurs thermiques brasés, de préférence de refroidisseurs de batteries des véhicules électriques, comprenant, de préférence étant constituée de, une couche d'âme (18), éventuellement une couche de couverture (16, 17) sur une ou deux faces de la couche d'âme (18) et éventuellement une couche intercalaire sur une ou deux faces de la couche d'âme (18) placée entre la couche d'âme (18) et la couche de couverture (16, 17), la couche d'âme (18) étant en alliage d'aluminium de la série 6xxx ayant la composition suivante, en pourcentages massiques :
- Si : de 0,45 à 0,75 ; de préférence de 0,50 à 0,70 % ; de préférence de 0,55 à 0,65 % ;
- Fe : de 0,18 à 0,40 % ; de préférence de 0,18 à 0,35 % ; de préférence de 0,18 à 0,30 % ; de préférence de plus de 0,18 à 0,26 % ;
- Cu : < 0,40 % ; de préférence < 0,25 % ; de préférence < 0,15 % ; et de préférence > 0,05 % selon une première variante ; ou de préférence de 0,25 à 0,40 % ; de préférence de 0,29 à 0,40 % selon une deuxième variante ;
- Mn : < 0,30 % ; de préférence < 0,20 % ; de préférence de < 0,15 % ; de préférence de < 0,10 % ;
- Mg : de 0,25 à 0,56 % ; de préférence de 0,25 à 0,45 % ; de préférence de 0,30 à 0,39 % ;
- Ti : < 0,050 % ; de préférence < 0,045 % ; de préférence < 0,040 % ;
- optionnellement V : de 0,05 à 0,16 %
- impuretés inévitables : < 0,05 % chacune et < 0,15 % au total ;
- reste aluminium. Bande ou tôle selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle est constituée de ladite couche d'âme (18) en alliage d'aluminium de la série 6xxx, une couche de couverture (16, 17) sur une ou les deux faces de la couche d'âme (18) et éventuellement une couche intercalaire sur une ou deux faces de la couche d'âme (18) placée entre la couche d'âme (18) et la couche de couverture (16, 17). Bande ou tôle selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'elle comprend une couche de couverture (16, 17) sur une face de la couche d'âme, et en ce que : la couche de couverture (16, 17) est une couche de brasage (17) ; ou la couche de couverture (16, 17) est une couche sacrificielle (16).
4. Bande ou tôle selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'elle comprend une couche de couverture (16, 17) sur les deux faces de la couche d'âme, et en ce que :
- l'une des couches de couverture (16, 17) est une couche sacrificielle (16) et l'autre couche de couverture (16, 17) est une couche de brasage (17) ; ou
- les deux couches de couverture (16, 17) sont des couches sacrificielles (16) ; ou
- les deux couches de couverture (16, 17) sont des couches de brasage (17).
5. Bande ou tôle selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisée en ce qu'elle comprend une couche de couverture qui est une couche sacrificielle (16) sur au moins une face de la couche d'âme (18), l'alliage d'aluminium de la couche sacrificielle (16) comprenant de préférence moins de 2,50 %, et de préférence au moins 0,50 % en masse de Zn.
6. Bande ou tôle selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisée en ce que l'alliage d'aluminium de la couche sacrificielle (16) est choisi parmi un alliage de la série lxxx, 7xxx ou 3xxx.
7. Bande ou tôle selon la revendication 6, caractérisée en ce que l'alliage d'aluminium de la couche sacrificielle (16) est un alliage de la série 7xxx, ayant de préférence la composition suivante, en pourcentages massiques :
- moins de 0,50 % de Si ;
- moins de 0,50 % de Fe ;
- moins de 0,25 % de Cu ;
- moins de 0,30 % de Mn ;
- moins de 0,20 %, de préférence moins de 0,15 % de Mg ;
- de 0,50 à moins de 2,50 %, de préférence de 0,70 à moins de 2,50 %, de préférence de plus de 0,80 à moins de 1,30 % de Zn ;
- moins de 0,15 % de Ti ;
- autres éléments moins de 0,05 % chacun et moins de 0,15 % au total ;
- reste aluminium.
8. Bande ou tôle selon la revendication 6, caractérisée en ce que l'alliage d'aluminium de la couche sacrificielle (16) est un alliage de la série 3xxx, ayant de préférence la composition suivante, en pourcentages massiques :
- de 0,10 à 0,35 % de Si ;
- moins de 0,70 % de Fe ;
- moins de 0,20 % de Cu ;
- de 0,70 à 2,00 %, de préférence de 0,90 à 1,30 % de Mn ;
- de 0,80 à moins de 1,30 % de Zn ;
- moins de 0,15 % de Ti ;
- autres éléments moins de 0,05 % chacun et moins de 0,15 % total ;
- reste aluminium.
9. Bande ou tôle selon l'une quelconque des revendications 3 ou 4, caractérisée en ce que l'alliage d'aluminium de la couche de brasage (17) est un alliage de la série 4xxx, comprenant de préférence de 4,00 à 13,00 % en masse de Si et moins de 1,00 % en masse de Fe, et plus préférentiellement ayant la composition suivante, en pourcentages massiques :
- Si : de 5,00 à 13,00 %, de préférence de 6,00 à 11,00 % , -
- Fe : moins de 0,60 %, de préférence moins de 0,50 %, de préférence moins de 0,30 % ;
- Cu : moins de 0,40 %, de préférence moins de 0,10 %, de préférence moins de 0,05 % ;
- Mn : moins de 0,20 %, de préférence moins de 0,10 %, de préférence moins de 0,05 % ;
- Mg : selon une première variante moins de 0,20 %, de préférence moins de 0,10 %, de préférence moins de 0,05 % ; ou selon une deuxième variante de 0,50 à 2,50 %, de préférence de 1,00 à 2,00 % , -
- Zn : moins de 0,20 %, de préférence moins de 0,10 %, de préférence moins de 0,05 %, de préférence moins de 0,02 % ;
- Ti : moins de 0,30 %, de préférence moins de 0,10 %, de préférence moins de 0,05 %;
- éventuellement Bi, Y, Sr et/ou Sn ;
- autres éléments : inférieurs à 0,05 % chacun et inférieurs à 0,15 % au total ;
- reste aluminium.
10. Ensemble de deux tôles ou bandes comprenant, de préférence étant constitué de :
- une pièce plate (11) formée à partir d'une bande ou tôle selon l'une quelconque des revendications précédentes, de préférence selon l'une quelconque des revendications 2 à 9 ;
- une pièce emboutie (12) formée à partir d'une bande ou tôle selon l'une quelconque des revendications précédentes, de préférence selon l'une quelconque des revendications 2 à 9 ; les deux pièces étant destinées à être assemblées par brasage et formant un canal grâce à la déformation de la pièce emboutie (12), la couche la plus extérieure de la pièce emboutie (12) et/ou de la pièce plate (11) en contact avec l'autre pièce étant une couche de brasage (17). Procédé de fabrication d'une bande ou tôle selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, comprenant les étapes successives de :
- coulée d'une plaque en alliage d'âme (18) ;
- optionnellement homogénéisation de la plaque à une température de 450 à 580°C, de préférence de 520 à 560°C pendant 1 à 24 heures ;
- placage éventuel avec un alliage d'aluminium de couverture (16, 17) sur une ou deux faces de la couche d'âme (18) et éventuellement un alliage d'aluminium intercalaire sur une ou deux faces de la couche d'âme (18) ;
- préchauffage à une température de 400 à 550°C, de préférence de 450 à 530°C, de préférence de 480 à 510°C, de préférence avec un maintien à la température maximale pendant moins de 30 heures, de préférence pendant moins de 20 heures, de préférence pendant moins de 12 heures, plus préférentiellement pendant moins de 3 heures ;
- laminage à chaud de la plaque éventuellement homogénéisée et éventuellement plaquée à une température de 390 à 530°C, de préférence de 470 à 530°C, jusqu'à une épaisseur de 2 à 6 mm,
- laminage à froid à l'épaisseur désirée, l'épaisseur de la bande ou tôle après laminage à froid étant de préférence de 0,15 à 3 mm et
- traitement thermique dans un four à passage à une température de 250 à 560°C , de préférence de 320 à 430°C, de préférence 320 à 360°C avec un maintien à la température maximale pendant moins de 5 minutes, de préférence moins de 1 minute, de préférence pendant moins de 30 secondes et de préférence plus de 15 secondes, ou dans un four batch à une température de 250 à 390°C , de préférence de 310 à 360°C, avec un maintien à la température maximale de préférence pendant moins de 3 heures, de préférence pendant moins de 2 heures et de préférence moins de 1 heure, de manière à obtenir une recristallisation à petits grains. Echangeur de chaleur réalisé au moins en partie à partir d'une bande ou tôle selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, de préférence selon l'une quelconque des revendications 2 à 9, ou à partir d'un ensemble de deux tôles ou bandes selon la revendication 10. Utilisation d'une bande ou tôle selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, de préférence selon l'une quelconque des revendications 2 à 9, ou d'un ensemble de deux tôles ou bandes selon la revendication 10, pour la fabrication d'un échangeur de chaleur, de préférence un refroidisseur de batteries d'un véhicule électrique. Utilisation selon la revendication 13, comprenant au moins l'une des étapes suivantes : - Brasage dans un four CAB (atmosphère contrôlée), de préférence à une température de
590 à 615°C, de préférence de 590 à 610°C, de préférence de 590 à 605°C, de préférence de 590 à 600°C ;
- Refroidissement ayant de préférence une vitesse supérieure à 25°C/min, de préférence supérieure à 35°C/min, de préférence supérieure à 50°C/min en-dessous de 380°C et jusqu'à 100°C à la fin du cycle de brasage ;
- Revenu post-brasage à une température de préférence de 150 à 240°C, de préférence de 180 à 220°C, pendant une durée de préférence inférieure à 6 heures, de préférence inférieure à 3 heures.
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