FR2876606A1 - Procede de production d'une feuille de brasage en alliage d'aluminium et d'ensembles legers et brases pour echangeur de chaleur. - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un procédé de production d'une feuille de brasage en alliage d'aluminium destinée à la fabrication d'ensembles brasés légers, ladite feuille de brasage étant facile à former et peu encline à la pénétration du métal de base dans l'état de production brut de recuit d'extrémité après étirage, formage et/ou façonnage et brasage, le procédé comprenant les étapes suivantes : a) coulage d'un métal de base Al-Mn, b) homogénéisation, c) placage dudit métal de base avec un alliage de brasage Al-Si, d) laminage à chaud et/ou laminage à froid, e) recuit par recristallisation, f) durcissement sous contrainte dudit produit recuit lui donnant une seconde épaisseur avec une déformation allant de 10 à 40 %, et g) recuit d'extrémité de ladite feuille de brasage à la seconde épaisseur pendant 1 à 10 heures entre 250 et 420°C, afin que le produit à recuit d'extrémité soit pratiquement non-recristallisé et que le diamètre moyen de grain obtenu lors du recuit de recristallisation soit maintenu à moins de 60 m environ.

Description

Procédé de production d'une feuille de brasage en alliage d'aluminium et

d'ensembles légers et brasés pour échangeur de chaleur 5

Cette invention concerne un procédé de production d'une feuille de brasage en alliage d'aluminium destinée à la fabrication d'ensembles brasés légers, ladite feuille de brasage étant facile à former et peu encline à la pénétration du métal de base dans l'état de production brut de recuit d'extrémité après étirage, formage et/ou façonnage et brasage, le procédé comprenant les étapes de coulage d'un alliage dont le métal de base est l'aluminium de composition définie, l'homogénéisation du métal de base, le placage unilatéral ou bilatéral du métal de base avec un alliage de brasage, le laminage à chaud et/ou le laminage à froid et le recuit par recristallisation. Cette invention concerne en outre l'emploi de la feuille de brasage obtenue selon ce procédé, la fabrication de composants d'échangeurs de chaleur tels que des plaques d'évaporateur, des plaques de réfrigérant à l'huile, un tube formé par laminage, un tube soudé, des plaques de tête, des plaques latérales et des ailettes de transfert de chaleur striées et/ou poinçonnées.

Lors de la fabrication d'ensembles d'échange de chaleur brasés légers mettant en oeuvre des produits de type feuille brasées en aluminium et des procédés industriels de brasage (c'est-à-dire un brasage CAB ou à flux non-corrosif dans une atmosphère régulée de four, un brasage à moindre flux comprenant sans s'y limiter les procédés sous vide, et avec revêtement de nickel, de fer ou de cobalt, etc.), les normes industrielles ont eu tendance à préférer des épaisseurs plus faibles de feuille, ce qui nécessite des caractéristiques améliorées de performances de produit telles que l'aptitude au formage, l'aptitude au brasage, les caractéristiques de résistance mécanique et la résistance à la corrosion. Parmi les produits de type feuille brasée, le phénomène appelé "migration de film liquide" ou LFM pour liquid film migration entraîne la détérioration des performances globales d'unités telles que des évaporateurs, des radiateurs et des métaux de base de dispositifs de chauffage, etc. Dans l'art, l'abréviation "LFM" correspond aussi à une "dissolution du métal de base" ou "érosion du métal de base" ou encore "pénétration du métal de base", etc. L'expression "pénétration du métal de base" correspond ici à l'ensemble de ces appellations. On sait aussi que la sensibilité d'un matériau à la profondeur de pénétration du métal de base est relativement faible dans le produit totalement recuit (état O), en particulier si même produit recuit sert dans un état "légèrement façonné à froid". L'état de "façonnage léger à froid" correspond à une déformation résultant de procédés industriels tels que le poinçonnage, le laminage des profilés ou le planage sous tension, lesquels sont habituellement mis en oeuvre pour produire des composants d'échangeurs de chaleur tels qu'un évaporateur ou des plaques à métal de base de réfrigérant à l'huile, des tubes pliés et des ailettes de transfert de chaleur. Quand on produit un matériau pour feuille de brasage dans l'état de recuit total, produit constitué d'un métal de base et d'un alliage de brasage Al-Si (placage unilatéral ou bilatéral), celui- ci est déformé pour former un produit puis il est soumis ensuite à un cycle de brasage, le "léger façonnage à froid" semble être suffisant pour entraîner la pénétration dans la feuille de brasage. Si la pénétration du métal de base va trop loin dans le métal de base, alors l'aptitude au brasage, la résistance à la corrosion, etc. du matériau sont nettement réduites, ce qui donne des unités d'échange de chaleur à caractéristiques globales de performances affaiblies.

Pour des applications de brasage et en particulier en réponse à des tendances industrielles de réduction supplémentaire d'épaisseur de matériau, le métal de base d'un produit de type feuille de brasage nécessite une bonne combinaison de caractéristiques d'aptitude au formage, de pénétration du métal de base, de résistance mécanique et de résistance à la corrosion. On a clairement défini dans la documentation et dans l'industrie des échangeurs de chaleur que les matériaux où la pénétration du métal de base est réduite donnent des améliorations importantes d'aptitude au brasage et de résistance à la corrosion. On a aussi précisé que la mise en oeuvre d'un état O, par exemple l'état H14 ou l'état H24, réduit la pénétration du métal de base. Même si ces états réduisent efficacement la pénétration du métal de base cependant, l'aptitude au formage et/ou l'allongement dans l'état de production brut du produit de type feuille de brasage est souvent compromis. D'autres processus alternatifs tels que le traitement de déformation légère à froid, c'est-à-dire un planage sous tension, ou bien la mise en oeuvre d'une couche superficielle non-recristallisée sont difficiles à réguler dans les pratiques industrielles actuelles de production de masse, ce qui entraîne un compromis relatif à la reproductibilité du produit.

Le document de H.S. Jang et de R.A. Woods intitulé "Mécanismes de migration de film liquide (LFM) dans une feuille de brasage en aluminium" des rapports de conférence VTMS-3, SAE International, 1997, pages 649 à 658, décrit un procédé de diffusion du silicium entre l'alliage de brasage et le métal de base au cours d'un brasage, en particulier dans les zones déformées au cours du processus de façonnage de la feuille de brasage, ce qui produit la formation de limites de grains riches en précipités, lesquelles forment des chemins particulièrement enclins à la corrosion intergranulaire du fait de la différence importante de potentiel entre les phases présentes et la matrice d'aluminium. Même si la feuille de brasage subit un recuit, de préférence dans un état O, afin de recristalliser totalement le matériau de base et afin d'empêcher la formation de ces limites de grain, ces feuilles de brasage sont déformées avant brasage afin de former des ensembles tels que des échangeurs de chaleur où cette déformation produit des emplacements de durcissement variable sous contrainte et une formation variable de limites de grains, susceptibles d'entraîner la migration de silicium.

Le brevet US-4.586.964 décrit un procédé de production d'une feuille composite à base d'aluminium résistante à la corrosion, destinée au laminage des profilés et au brasage sous vide, procédé comprenant les étapes de placage d'un matériau dont l'aluminium constitue la métal de base, de laminage dudit produit pour former un produit de type feuille, de recuit dudit produit de type feuille dans un état pratiquement exempt de contrainte et de façonnage à froid dudit produit de type feuille recuite conduisant à une réduction de 3 à 20 % à peu près.

Le brevet US-4.735.867 propose l'introduction de vanadium en tant qu'élément d'alliage afin d'améliorer la résistance à la corrosion de l'aluminium du matériau de base. On y décrit en outre comment améliorer la résistance à la corrosion par inclusion d'une étape finale de façonnage à froid donnant une réduction comprise entre 10 et 20 %. Cette étape de façonnage à froid a lieu après une étape de recuit complet qui donne un produit se trouvant dans un état pratiquement exempt de contrainte. Les feuilles de brasage sont ensuite façonnées et brasées sous vide conformément à des techniques classiques.

Le brevet US-4.586.964 décrit un procédé de production d'une feuille de brasage destinée à un laminage de profilés et au brasage sous vide, au cours duquel une feuille composite est recuite dans un état exempt de contrainte après avoir été laminée à une épaisseur à peine plus grande que l'épaisseur finale. Après l'étape de recuit, la feuille est façonnée à froid pour atteindre son épaisseur voulue, le degré de réduction dans cette étape finale se situant dans un intervalle critique qui apporte l'amélioration de la résistance à la corrosion jusqu'au produit final après brasage. On y indique comment façonner à froid le produit de type feuille recuite pour obtenir une réduction comprise entre 3 et 20 % à peu près.

Le brevet US-6.764.558 décrit un procédé de fabrication d'une bande à placage fin conçue pour la fabrication d'échangeurs de chaleur brasés incluant une étape de laminage à chaud suivie d'un laminage à froid de l'alliage plaqué pour atteindre une épaisseur proche de l'épaisseur finale, un recuit par recristallisation de la bande entre 300 et 400 C et un durcissement sous contrainte de la bande recuite afin d'obtenir une déformation permanente comprise entre 2 et 10 % et donc l'épaisseur finale.

Le brevet WO-03/061962-A1 décrit des alliages d'aluminium et des alliages plaqués à base d'aluminium, unilatéralement ou bilatéralement, dotés d'une couche discrète et d'une couche pratiquement continue de grains nonrecristallisés présents contre la surface de la feuille de métal de base, laquelle peut être plaquée ou non, procédé au cours duquel la couche a une épaisseur d'au moins 5 microns en tout point et où ladite couche comprend jusqu'à 20 % en volume de ladite feuille ou de ladite plaque et pour un placage par brasage, l'érosion de métal de base au cours du cycle de brasage mesurée par microscopie optique en coupe transversale après le cycle de brasage valant moins de 20 %. Le procédé comprend le coulage d'un lingot, l'homogénéisation partielle éventuelle dudit lingot, le fait de soumettre ledit lingot à des traitements d'usinage et/ou de suppression de croûte, l'application éventuelle d'un placage sur unilatéral ou bilatéral dudit lingot, et le préchauffage dudit lingot jusqu'à une température définie, son laminage à froid jusqu'à une épaisseur et jusqu'à un recuit suffisants à la recristallisation de la plupart des grains et pour rendre l'alliage suffisamment mou pour lui donner la forme de pièce voulue.

Le brevet WO-03/07677-A1 décrit un procédé de production d'un matériau composite à base d'aluminium destiné à des applications d'échange de chaleur, au cours duquel le métal de base est homogénéisé à 530 C au moins pendant plus de 15 heures, puis laminé à chaud afin de produire l'alliage plaqué et laminé à froid jusqu'à une épaisseur intermédiaire de recuit. Le produit est ensuite soumis à un recuit intermédiaire afin de recristalliser complètement le matériau de base, puis on le soumet à une contrainte comprise entre 1 et 10 % afin d'obtenir finalement le matériau composite à base d'aluminium.

Un problème relatif aux techniques décrites de l'art antérieur est que les procédés finaux de durcissement sous contrainte (inférieure à 10 %) pour des épaisseurs courantes de produit de type feuille de brasage, et le procédé partiellement non-recristallisé sont de manière inhérente difficiles à réguler dans le cadre de pratiques industrielles courantes de production de masse, ce qui entraîne un compromis relatif à la reproductibilité des caractéristiques critiques du produit. Dans les cas de procédés de durcissement final sous contrainte où des niveaux plus élevés de contrainte (supérieurs à 10 %) sont appliqués afin d'améliorer le caractère répétitif du procédé, l'aptitude au formage du produit est nettement réduite.

L'invention cherche à proposer un procédé de production d'une feuille d'alliage AlMn du type AA3XXX mise en oeuvre en tant que métal de base dans une feuille de brasage, procédé où les caractéristiques d'aptitude au formage se combinent avec une susceptibilité suffisamment faible à la pénétration du métal de base (LFM), ce qui maintient un équilibre entre performances de bon brasage, résistance mécanique et résistance à la corrosion tel qu'on l'a identifié dans des documents de l'art antérieur cités précédemment.

La présente invention cherche aussi à proposer un procédé de fabrication de feuilles de brasage que l'on puisse mettre en oeuvre pour produire des ensembles brasés légers d'épaisseur réduite, de poids réduit et impliquant des coûts de production réduits.

La présente invention résout un ou plusieurs de ces objectifs grâce aux caractéristiques des revendications indépendantes. Les modes préférés de réalisation de la présente invention sont revendiqués et décrits dans les revendications dépendantes.

Le procédé de production d'une feuille de brasage en alliage d'aluminium conforme à la présente invention comprend les étapes suivantes.

a) Coulage d'un alliage dont le métal de base est l'aluminium de composition suivante (en pourcentage en poids) : le reste étant de l'aluminium et des éléments et des impuretés accidentels, habituellement moins de 0,05 % chacun, le total n'excédant pas 0,15 %.

b) Homogénéisation et/ou préchauffe des métaux de base à des températures comprises entre 490 et 610 C, avec des durées d'immersion comprises entre 1 et Cu: 0,06 à 1,25 Mn: 0,4 à 1,7 Mg: 0,6 au maximum Si: 1,25 max. Zn: 0, 4 max. Zr: 0,25 max.

Fe: 0,8 max. Ti: 0,3 max. Cr: 0,25 max., 24 heures, suivie d'une suppression de croûte industrielle classique de la surface refroidie brute de coulée de lingot.

cl) Placage, unilatéral ou bilatéral, dudit alliage dont le métal de base est l'aluminium avec un alliage de brasage de type Al-Si afin d'obtenir un élément de placage dont le rapport placage sur épaisseur est compris entre 3 et 20 % par côté, c2) Selon une variante, placage dudit métal de base sur un côté avec un alliage d'aluminium de rapport placage compris entre 3 et 20 % et placage du côté opposé avec un alliage d'aluminium avec un rapport de placage protégeant contre la corrosion et/ou l'érosion compris entre 5 et 30 %, dont la composition est choisie dans l'ensemble des alliages des séries AAlxxx, AA3xxx et AAlxxx, et dont la composition est de préférence la suivante (en pourcentage en poids) : Cu 0,5 max., Mn 1,5 max., Mg 2,0 max., Si 1,0 max., Zn 4,0 max., Zr 0,25 max., Fe 0,8 max. , Ti 0,3 max., Cr 0,25 max., In 0,25 max., le reste étant de l'aluminium et des éléments et des impuretés accidentels, habituellement moins de 0, 05 % chacun, le total n'excédant pas 0,15 %.

d) Les lingots à placage d'alliage sont débarrassés de leur croûte, réchauffés et laminés à chaud à l'épaisseur appropriée afin d'obtenir le rapport voulu de placage quand on applique ce dernier au lingot à métal de base débarrassé de sa croûte. Les rapports de placage sont habituellement compris entre 5 et 25 % si l'on tient compte des tolérances industrielles normales relatives au rapport de brasage et de placage.

e) Les combinaisons d'assemblage placage/métal de base, que l'on appelle ici ensembles composites, sont alors réchauffées à des températures comprises entre 400 et 490 C, les durées préférées d'immersion étant comprises entre 1 et 20 heures.

f) Laminage à chaud et/ou laminage à froid desdits ensembles composites pour leur donner une première épaisseur.

g) Recuit de recristallisation desdits ensembles composites laminés entre 250 et 450 C, de préférence pendant 10 heures au maximum, habituellement selon des procédés industriels normaux par lots et continus afin d'obtenir un produit recuit, de préférence tel que le diamètre moyen de grain de métal de base à braser recuit avec recristallisation vaille moins de 60!lm d'après la détermination selon les protocoles de la norme ASTM E112-96e3.

h) Durcissement sous contrainte dudit produit recuit lui donnant une seconde épaisseur avec une déformation allant de 10 à 40 %, de préférence entre 15 et 20 pour cent, afin d'obtenir une feuille de brasage de seconde épaisseur.

i) Recuit d'extrémité de ladite feuille de brasage pendant 1 à 10 heures entre 250 et 420 C, de préférence entre 2 et 7 heures, et plus préférablement entre 3 et 5 heures entre 350 et 410 C, afin que le produit à recuit d'extrémité soit pratiquement non-recristallisé et que le diamètre moyen de grain obtenu lors du recuit de recristallisation soit maintenu à moins de 60.Lm environ.

j) Et recuit supplémentaire d'extrémité dudit produit de brasage de préférence, donnant un état de production brut dont les valeurs d'allongement sont supérieures à 10 %, plus préférablement supérieures à 15 % et des limites élastiques supérieures à 80 MPa, et plus préférablement plus de 90 MPa.

On a constaté que la combinaison d'un durcissement sous contrainte du produit recuit recristallisé et encore une fois, le recuit d'extrémité de la feuille durcie de brasage donne une feuille de brasage qui présente non seulement une aptitude améliorée au formage en fonction de la durée et de la température de l'étape de recuit d'extrémité, mais qui réduit aussi la susceptibilité de pénétration du métal de base (LFM), ce qui implique des améliorations associées de performances de brasage, de résistance mécanique et de résistance à la corrosion.

Afin de simuler les conditions de "léger façonnage à froid" et la déformation résultant des procédés industriels tels que le poinçonnage, le laminage à froid, etc. mis en oeuvre pour produire des composants d'échangeurs de chaleur tels que l'évaporateur ou les plaques à métal de base de réfrigérant à huile, des tubes pliés etc., on étire les corps recuits en extrémité à l'aide d'un dispositif standard d'essai de traction à des niveaux allant jusqu'à 8 %. On mesure les profondeurs de pénétration du métal de base (LFM) des corps "légèrement façonnés à froid" selon le procédé correspondant à la figure 1 en utilisant un cycle simulé de brasage dont la température finale vaut 600 C, avec un maintien de cette température pendant 3 minutes.

Les profondeurs de pénétration du métal de base (LFM) de la feuille de brasage produite selon la présente invention valent moins de 40 m et de préférence moins de 30 m, selon la détermination suivant la figure 1 et selon le procédé décrit ci-dessus.

Les diamètres moyens de grain après brasage des métaux de base conformes à la présente invention relative à une feuille de brasage et sans tenir compte du "léger façonnage à froid" valent plus de 80 m et plus préférablement plus de 90 m.

La quantité (en pourcentage en poids) de cuivre dans ledit métal de base est comprise entre 0,06 et 1,25 %, de préférence entre 0,15 et 0,7 %. Le cuivre constitue un élément préféré de durcissement qui contribue à la résistance mécanique, mais qui doit être soigneusement équilibré grâce aux teneurs de manganèse et de magnésium puisque le point de fusion du matériau de base est réduit par ajout d'un excès de cuivre, alors que la teneur en cuivre doit cependant être équilibrée vis-à-vis de la résistance à la corrosion.

Le manganèse est un élément permettant d'augmenter la résistance à la corrosion et la résistance mécanique du matériau de base. Comme le manganèse renforce la résistance mécanique sans diminuer la résistance à la corrosion (à la différence du cuivre), on a constaté que la teneur (en pourcentage en poids) de manganèse dans le métal de base doit de préférence se situer entre 0,6 et 1,5 %.

De plus, le métal de base conforme à la présente invention contient de préférence moins de 0,25 % de magnésium, moins de 0,8 % de silicium, moins de 0,6 % de fer et moins de 0,25 % de titane. Un ajout limité de zinc peut produire un effet bénéfique sur la résistance à la corrosion, en particulier pour des alliages de concentrations plus élevées en cuivre. Le titane est également connu pour avoir une influence bénéfique sur la résistance à la corrosion. Les éléments antirecristallisation tels que le zirconium, le chrome, le vanadium, le hafnium et le scandium doivent avoir une teneur préférablement inférieure à 0,15 % en poids chacun.

La teneur (en pourcentage en poids) de silicium dans l'alliage de brasage ne revêt pas d'importance particulière. L'alliage de placage peut correspondre à un alliage d'aluminium quelconque, à même de couler dans des conditions typiques de brasage pour former des cordons au niveau des points de contact qui suffisent à produire une liaison résistante. Ces alliages contiennent généralement du silicium en tant qu'élément primaire d'alliage, de préférence à une concentration comprise entre 5 et 15 % et de préférence comprise entre 6,5 et 11 %. Les alliages de brasage peuvent en outre contenir du magnésium à hauteur de 0,15 à 2,0 % éventuellement et/ou du zinc à hauteur de 0,5 à 3,0 % et/ou du cuivre à raison de moins de 4 %. Parmi les exemples de ces alliages, on compte ceux de la série AA4xxx, par exemple l'AA4004, l'AA4043, l'AA4045, l'AA4047, l'AA4104 ou l'AA4343.

Selon un autre mode préféré de réalisation de la présente invention, la feuille de brasage peut être encore améliorée par: coulage d'un alliage d'aluminium sous forme de lingot à placage multiple; et/ou par production d'un article laminé à placage multiple, ce qui amène à mettre en oeuvre une composition telle qu'on l'a indiquée précédemment en tant que couche centrale de métal de base et un alliage plaqué tel qu'une composition d'alliage Al-Mn du type AA3xxx, du type AA7XXX ou de l'aluminium pur du type AA 1 XXX par exemple en tant que couche interne, de préférence avec l'ajout de zinc, en tant que couche intermédiaire unilatérale ou bilatérale de la couche centrale de métal de base, ce qui forme un alliage dont l'aluminium constitue le métal de base à placage multiple; par homogénéisation éventuelle et/ou par préchauffage dudit alliage dont l'aluminium constitue le métal de base à placage multiple après coulage et placage dudit alliage dont l'aluminium constitue le métal de base à placage multiple avec ledit alliage de brasage à base d'aluminium et de silicium, afin d'obtenir une pièce plaquée améliorée.

Tout au long de l'étape de durcissement sous contrainte et de l'étape suivante de recuit d'extrémité, il est possible de réguler comme on le souhaite l'aptitude au formage et la résistance à la corrosion des feuilles de brasage en alliage d'aluminium à placage multiple. L'ensemble conforme à un autre mode de réalisation de la présente invention contient une couche intermédiaire formée sur au moins un côté de la couche de métal de base de la feuille de brasage, ladite couche intermédiaire comprenant soit un matériau d'anode à sacrifier, moins résistant à la corrosion que la couche de métal de base ou qu'un matériau protecteur plus résistant à la corrosion que la couche de métal de base. Cette couche intermédiaire améliore encore la résistance à la corrosion en formant une couche barrière vis-à-vis du silicium qui a tendance à migrer dans la couche de métal de base. Selon un ensemble préféré conforme à la présente invention donc, ledit ensemble se compose de quatre ou de cinq feuilles de brasage en couches comprenant une couche de métal de base, une couche intermédiaire de part et d'autre de la couche de métal de base et une couche plaquée sur au moins une couche intermédiaire.

Les caractéristiques et avantages susmentionnés du procédé et de la feuille de brasage conformes à la présente invention et d'autres encore vont apparaître facilement d'après la description détaillée suivante de différents exemples.

La figure 1 montre de manière schématique la configuration de l'échantillonnage en laboratoire, les emplacements d'échantillonnage métallographiques et le procédé de détermination de la profondeur de pénétration du métal de base (LFM) pour un placage de brasage bilatéral et pour divers produits de type feuilles plaquées de brasage unilatéral.

EXEMPLES

À l'échelle industrielle normale de coulée semi-continue (Direct Chili), on produit six alliages différents dont l'aluminium constitue le métal de base et sept lingots différents plaqués de brasage à base d'Al-Si. Les compositions chimiques apparaissent dans le tableau 1 où les matériaux sont choisis afin de représenter des applications destinées à la fabrication d'échangeurs par le biais de techniques de brasage par flux telles que Nocoiok ainsi que des techniques sans flux telle que le brasage sous vide.

Tableau 1: composition chimique des alliages d'aluminium standard industriels à métal de base coulé et plaqués en % en poids, le complément étant de l'aluminium et des impuretés inévitables Alliage Si Fe Cu Mn Mg Zn Zr Cr Bi Ti Métal de 0,06 0,23 0,51 1,04 0, 002 0,004 - - - 0,15 base A placage 1 9,7 0,24 0,002 0,005 0,002 0,003 - - - 0,003 Métal de 0,10 0,38 0,59 0,87 0,003 0,010 0,022 0,029 - 0,083 base B placage 1 9,9 0,27 0,002 0,005 0,002 0,009 - - - 0,004 & 2 Métal de 0,078 0,26 0,65 0,47 0,089 0,009 - - 0,004 0,19 base C placage 1 9,8 0, 4 0,02 0,06 1,4 0,01 - 0,01 0,09 0,01 placage 1 9,7 0,22 0,003 0,008 0, 003 0,97 - 0,004 - 0,008 D Métal de 0,04 0,14 0,54 0,99 0,005 0,007 0, 033 - - 0,097 base placage 2 10,1 0,34 0,004 0,01 0,006 0,025 - 0,006 - 0, 022 Métal de 0,055 0,22 0,56 0,83 0,17 0,006 - - - 0,096 base E placage 1 11,3 0,15 0,004 0,004 0,16 0,033 - 0,004 - 0,002 & 2 placage 1 10,1 0, 34 0,004 0,01 0,006 0,025 0,006 - 0,022 F Métal de 0,07 0,21 0,53 1, 10 0,002 - - - - 0,15 base Placage 2 10,1 0,25 0,003 0,011 0,006 1,03 - 0, 005 - 0,008 placage 1 10,1 0,34 0,004 0,01 0,006 0,025 - 0,006 - 0,022 G Métalbasede 0,07 0,26 0 49 1 00 0,002 - - - - 0,14 placage 2 10,1 0, 25 0,003 0,011 0,006 1,03 - j 0,005 - 0,008 H plaae 1 7,4 0,75 0,002 0, 007 0,002 1 0,97 - 0,004 - 0,009 Métal de base Les alliages plaqués et métaux de base ci-dessus soumis à des protocoles industriels de production d'articles de type feuille plaquée de brasage qui consistent à homogénéiser les métaux de base A à G à des températures comprises entre 490 et 610 C, les durées d'immersion étant comprises entre 1 et 20 heures, puis à supprimer les croûtes selon des normes industrielles de la surface de lingot brut de coulée. On notera que l'alliage H n'a pas subi de traitement d'homogénéisation. On supprime leur croûte aux lingots doublés d'alliage plaqué, on les réchauffe et on les lamine à chaud selon une épaisseur appropriée afin d'atteindre le rapport voulu de placage quand on l'applique sur le lingot à métal de base dépourvu de croûte. Les rapports brasage sur placage des matériaux pris en exemple vont de 8 à 18 % si l'on suit des tolérances industrielles relatives au rapport brasage sur placage. Les combinaisons placage/métal de base après assemblage que l'on appelle ici "ensembles composites" sont ensuite réchauffées à des températures comprises entre 430 C et 490 C, les durées d'immersion étant comprises entre 1 et 20 heures, et on les lamine à chaud pour lier les alliages plaqués aux matériaux de base. Les "ensembles composites" laminés à chaud puis laminés à froid sont ensuite traités davantage afin d'obtenir des produits standards recuits par recristallisation à l'état O à des températures comprises entre 250 et 450 C, les durées de recuit allant jusqu'à 10 heures en mettant en oeuvre des vitesses de chauffage de type recuit soit par lots soit en continu. On lamine finalement à froid encore les matériaux correspondant aux procédés comparatif et conforme à l'invention, puis on les soumet à un recuit final conformément aux paramètres indiqués dans le tableau 2.

Tableau 2: alliages du tableau 1 identification protocolaire Traitement Description Recuit de Niveau de Recuit Calibre d'alliage n recristallisation façonnage à final ( C;h) final (mm) froid (%) Al Standard 379 C 5 h - - 0,52 A2 Selon invention 379 C 5 h 15 357 5 0,44 A3 Selon invention 379 C 5 h 20 413 5 0,42 A4 Selon invention 379 C 5 h 15 357 5 0,44 A5 Comparatif 379 C 5 h 20 413 5 0,42 A6 Selon invention 379 C 5 h 15 377 5 0,44 B1 Standard 379 C 5 h - -0,50 B2 Selon invention 379 C 5 h 15 357 5 0,43 B3 Selon invention 379 C 5 h 20 413 5 0,40 B4 Selon invention 379 C 5 h 15 357 5 0,43 B5 Selon invention 379 C 5 h 20 413 5 0,40 B6 Selon invention 379 C 5 h 15 377 5 0,43 Cl Standard 379 C 5 h - - 0,50 C2 Selon invention 379 C 5 h 15 357 5 0,43 C3 Selon invention 379 C 5 h 20 413 5 0,40 C4 Selon invention 379 C 5 h 15 357 5 0,43 C5 Selon invention 379 C 5 h 20 413 5 0,40 Dl Selon invention 379 C 5 h 18 357 5 0,40 D2 Selon invention 379 C 5 h 18 371 5 0,40 D3 Selon invention I 379 C 5 h 18 385 5 0,40

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- Selon invention 379 C 5 h 18 399 5 0,40 D4 D5 Selon invention 379 C 5 h 18 413 5 0,40 _ Comparatif 379 C 5 h 18 427 5 0,40 D6 D7 Comparatif 379 C 5 h 18 440 5 0,40 E1 Standard 379 C 5 h - - 0,50 E2 Selon invention 379 C 5 h 18 413 5 0,50 F Selon invention 413 C 3 h 18 385 5 0,40 G1 Selon invention 379 C 5 h 18 379 5 0,40 G2 Selon invention 379 C 5 h 18 399 5 0,40 H standard 413 C 3 h - - 0,40 Les propriétés mécaniques des alliages ainsi traités dans l'état de production brut ou de recuit final apparaissent dans le tableau 3. On détermine le diamètre moyen de grain comme on l'indique précédemment, selon la norme 5 ASTM E112-96e3.

Tableau 3: propriétés mécaniques à l'état de production brut et diamètres moyens de grain des alliages du tableau 1 traités selon le tableau 2 Traitement Description Résistance à Limite Allongement Diamètre d'alliage n la traction élastique (%) moyen de (MPa) (MPa) grain ( m) Al Standard 141 59 26 44 A2 Selon invention 148 97 17 46 A3 Selon invention 150 101 16,5 46 A4 Selon invention 153 93 21 47 A5 Comparatif 149 69 16 143 A6 Selon invention 147 93 21 - B1 Standard 134 61 23 57 B2 Selon invention 153 103 17 52 B3 Selon invention 144 91 19 61 B4 Selon invention 141 81 17,5 55 B5 Selon invention 146 89 19 64 B6 Selon invention 142 82 22,5 Cl Standard 138 67 23 49 C2 Selon invention 154 99 15 47 C3 Selon invention 149 92 17,5 43 C4 Selon invention 151 87 15,5 45 C5 Selon invention 153 89 17,5 41 Dl Selon invention 154 105 17 42 D2 Selon invention 155 105 17 37 D3 Selon invention 156 104 17 40 D4 Selon invention 154 103 17 38 D5 Selon invention 154 97 19 42 D6 _ Comparatif 148 75 18 92 D7 Comparatif 146 73 _ 113 El Standard 146 63 21 43 E2 1 105 15 48 Selon invention 161 F Selon invention 149 100 20 38 G1 Selon invention 149 103 19 43 G2 Selon invention 146 99 19 57 H standard 143 70 20 185 On apporte ensuite un "léger façonnage à froid" simulé aux matériaux se trouvant dans l'état de production brut en les étirant comme on l'a déjà indiqué de 2 à 8 % et en les brasant comme à la figure 1 à 600 C pendant 3 minutes.

Tableau 4: mesures de pénétration du métal de base selon le procédé correspondant à la figure 1 Niveau d'étirage (%) - Dmax (pénétration du métal de

Traitement Description base en m)

d'alliage n 0 2 4 6 8 Al Standard 12,5 40 70 41 18 A2 Selon invention 17 15,5 17 12 16 A3 Selon invention 17 14 16 13 15 A4 Selon invention 25 11 15,5 14,5 17 A5 Comparatif 32 46,5 59 24 20,5 A6 Selon invention 19 21 22,5 32,5 - B1 Standard 26 77,5 88 42,5 30,5 B2 Selon invention 11 16 13 10 13 B3 Selon invention 17 20 14 11 14 B4 Selon invention 15 11 16 14,5 19 B5 Selon invention 16 11 _ 13 14 16 B6 Selon invention 26 23,5 20 17..

Cl Standard 12 20,5 59 30 10,5 _ Selon invention 17 10,5 16,5 12,5 15 C2 C3 Selon invention 17 _ 11, 6 18 19 C4 Selon invention 15 11,5 17 15 16 C5 Selon invention 13, 5 17 10 17,5 13,5 Dl Selon invention 17 24,5 30 24 10,5 D2 Selon invention 27,5 27 22,5 13,5 17,5 _ Selon invention 16 14,5 23 9,5 15,5 D3 D4 Selon invention 27 25 22 17, 5 15,5 D5 Selon invention 12,5 10,5 13 11 14,5 _ Comparatif 33,5 35 66,5 42 20,5 D6 D7 Comparatif 28,5 30 71,5 40 27 El Standard 38 62 56,5 43 31,5 E2 Selon invention 24,5 26,5 27,5 23,5 21, 5 F Selon invention 21,5 22 27,5 15,5 16 G1 Selon invention 23 18,5 20, 5 18,5 17,5 G2 Selon invention 21 24,5 24,5 15 14,5 H standard 19 51 81 94 99 Les matériaux dans l'état de production brut sont soumis à un cycle de brasage à 600 C pendant 3 minutes, et l'on détermine les propriétés mécaniques obtenues et les diamètres de grains moyens.

Tableau 5: propriétés mécaniques après brasage et diamètres moyens de grain après brasage déterminés à partir d'éprouvettes brasées dans l'état de production brut Traitement Description Résistance à Limite Allongement Diamètre d'alliage n la traction élastique o moyen de (MPa) (MPa) (o) grain ( m) Al Standard 128 48 17 62 A2 Selon invention 129 50 12 226 A3 Selon invention 125 46 14,5 190 A4 Selon invention 126 45 16 210 A5 Comparatif 125 48 17 135 A6 Selon invention 131 54 13 113 B1 Standard 132 53 12 56 B2 Selon invention 128 51 12 226 B3 Selon invention 130 51 14 190 B4 Selon invention 128 48 11 226 B5 Selon invention 135 52 21 190 B6 Selon invention 137 52 21 160 Cl Standard 136 53 19 49 C2 Selon invention - - 113 C3 Selon invention - - - 95 C4 Selon invention - - - 135 C5 Selon invention - - - 110 Dl Selon invention - - - 190 D2 Selon invention - - 134 D3 Selon invention - - - 160 D4 Selon invention 129 50 14 134 D5 Selon invention - - - 95 El Standard 146 63 21 43 E2 Selon invention 129 50 16 182 F Selon invention 127 49 15 213 G1 Selon invention 129 52 15,5 96 G2 Selon invention 128 55 14 139 H standard 141 66 10,5 205 Les résultats de l'évaluation exemplaire montrent clairement qu'en appliquant le procédé conforme à l'invention à un métal de base de type aluminium AA3XXX-manganèse d'un produit de type feuille de brasage, il est possible d'obtenir un produit de production brut faisant preuve de valeurs d'allongement supérieures à 10 % ou même 15 %, les diamètres moyens de grains de métal de base étant inférieurs à 60 m. La combinaison de l'allongement et d'une structure de grain fin de production brute apporte les caractéristiques voulues de bonne aptitude au formage conformes à l'invention. On a également constaté que l'ensemble des matériaux qui satisfont à ces critères révèlent des profondeurs de pénétration inférieures à 30 tm de métal de base (LFM) après étirage de 8 % et brasage conformément à la figure 1. On constate que l'ensemble des produits conformes à l'invention présentent des diamètres moyens de grains après brasage supérieurs à 80 tm quand on les brase dans l'état de production brut sans devoir appliquer d'étirage supplémentaire et/ou de "façonnage léger à froid". Les résultats confirment que l'étape de durcissement sous contrainte et le procédé final de recuit d'extrémité doivent être combinés et/ou régulés afin de garantir que le produit ne recristallise pas au cours du recuit final d'extrémité et que la structure à grain fin établie au cours du recuit de recristallisation soit maintenue.

Maintenant que l'on a décrit complètement l'invention, il apparaîtra à quelqu'un de normalement expérimenté dans l'art que de nombreux changements et modifications peuvent être faits sans quitter l'esprit ou la portée de l'invention telle qu'on l'a décrite précédemment.

Claims (27)

REVENDICATIONS

1. Procédé de production d'une feuille de brasage en alliage d'aluminium destinée à la fabrication d'ensembles brasés légers, ladite feuille de brasage étant facile à former et peu encline à la pénétration du métal de base dans l'état de production brut de recuit d'extrémité après étirage, formage et/ou façonnage et brasage, le procédé comprenant les étapes suivantes.

a) Coulage d'un alliage dont le métal de base est l'aluminium de composition suivante (en pourcentage en poids) : Cu: 0,06 à 1,25 Mn: 0,4 à 1,7 Mg: 0,6 au maximum Si: 1,25 max. Zn: 0,4 max. Zr: 0,25 max.

Fe: 0,8 max. Ti: 0,3 max. Cr: 0,25 max., le reste étant de l'aluminium et des éléments et des impuretés accidentels, qui constituent le matériau de base.

b) Homogénéisation et/ou préchauffe des métaux de base à des températures comprises entre 490 et 610 C, avec des durées d'immersion comprises entre 1 et 24 heures.

c) Placage, unilatéral ou bilatéral, dudit alliage dont le métal de base est l'aluminium avec un alliage de brasage de type Al-Si afin d'obtenir un élément de placage dont le rapport placage sur épaisseur est compris entre 3 et 20 % par côté, et réchauffement des ensembles à des températures comprises entre 400 et 490 C, les durées préférées d'immersion étant comprises entre 1 et 20 heures.

d) Laminage à chaud et/ou laminage à froid desdits ensembles pour leur donner une première épaisseur.

e) Recuit de recristallisation desdits ensembles composites laminés à une première épaisseur entre 250 et 450 C, de préférence pendant 10 heures au maximum.

f) Durcissement sous contrainte dudit produit recuit lui donnant une seconde épaisseur avec une déformation allant de 10 à 40 %, de préférence entre 15 et 20 pour cent, afin d'obtenir une feuille de brasage de seconde épaisseur.

g) Et recuit d'extrémité de ladite feuille de brasage à la seconde épaisseur pendant 1 à 10 heures entre 250 et 420 C, afin que le produit à recuit d'extrémité soit pratiquement non-recristallisé et que le diamètre moyen de grain obtenu lors du recuit de recristallisation soit maintenu à moins de 60 m environ.

2. Procédé selon la revendication 1, au cours duquel le brasage dans l'état de recuit d'extrémité et après étirage, formage et/ou façonnage et brasage de ladite feuille de brasage donne une pénétration du métal de base (LFM) inférieure à 40 micromètres, et de préférence inférieure à 301. 1m.

3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, au cours duquel le durcissement sous contrainte dudit produit recristallisé et recuit jusqu'à une seconde épaisseur donne une déformation comprise entre 12 et 25 % de préférence, et entre 15 et 20 pour cent plus préférablement.

4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, au cours duquel le recuit d'extrémité de ladite feuille de brasage dure entre 2 et 7 heures entre 250 et 420 C, plus préférablement 3 à 5 heures entre 350 et 410 C, afin que le produit de recuit d'extrémité soit pratiquement nonrecristallisé et que le diamètre moyen de grain obtenu lors du recuit de recristallisation soit maintenu au-dessous de 60 micromètres environ.

5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, de production d'une feuille de brasage en alliage d'aluminium telle que l'état de production brut avec recuit d'extrémité de ladite feuille de brasage donne des valeurs d'allongement supérieures à 10 %, de préférence supérieures à 15 %, et des limites d'élasticité supérieures à 80 MPa, et supérieures à 90 MPa de préférence.

6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, où le diamètre moyen de grain après brasage de ladite feuille de brasage est supérieur à 80 m à peu près, et de préférence supérieur à 90 m.

7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, où la teneur en cuivre dans le métal de base est comprise entre 0,15 et 0,7 %.

8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, où la teneur en manganèse dans le métal de base est comprise entre 0,6 et 1,5 %.

9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, où la teneur en magnésium dans le métal de base est inférieure à 0,25 %, où la teneur en silicium est inférieure à 0,80 %, où la teneur en fer est inférieure à et 0,60 % et où la teneur en titane est inférieure à 0,25 %.

10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, où dans l'alliage de brasage à base d'Al-Si, la teneur en Si dans ledit alliage de brasage est comprise entre 5 et 15 %, de préférence entre 6,5 et 11 %.

11. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, où ledit alliage de brasage à base d'Al-Si contient du magnésium à hauteur de 0,15 à 2,0 % et/ou contient (en pourcentage en poids) du zinc à hauteur de 0,5 à 2,0 %, et/ou du cuivre à raison de moins de 4 %.

12. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, consistant à couler un alliage d'aluminium sous forme de lingot à placage multiple et/ou à produire un produit laminé à placage multiple, ce à partir d'une composition correspondant à celle déjà indiquée constituant une couche centrale de métal de base et un alliage plaqué tel qu'une composition d'alliage Al-Mn de type AA3xxx, de type AA7XXX ou d'aluminium pur du type AA 1 XXX en tant que couche intermédiaire, de préférence avec ajout, unilatéral ou bilatéral sur la couche centrale de métal de base, de zinc en tant que couche intermédiaire, moyennant quoi on forme un alliage à placage multiple dont l'aluminium constitue le métal de base; à homogénéiser éventuellement et/ou à préchauffer ledit alliage à placage multiple dont l'aluminium constitue le métal de base après coulée; et à plaquer ledit un alliage à placage multiple dont l'aluminium constitue le métal de base par ledit alliage de brasage à base d'Al-Si afin d'obtenir une pièce plaquée améliorée.

13. Mise en oeuvre d'une feuille de brasage produite selon un procédé revendiqué dans l'une quelconque des revendications 1 à 11 ou d'un ensemble à placage multiple selon la revendication 12 dans la fabrication des composants d'échangeurs de chaleur tels que des plaques d'évaporateur, des plaques de réfrigérant à huile, un tube formé par laminage, un tube soudé, des plaques de tête, des plaques latérales et des ailettes de transfert de chaleur striées et/ou poinçonnées.

14. Mise en oeuvre d'une feuille de brasage produite selon un procédé revendiqué dans l'une quelconque des revendications 1 à 11 ou d'un ensemble à placage multiple selon la revendication 12, destinée à une application impliquant le brasage telle qu'un échangeur de chaleur.

15. Procédé de production d'une feuille de brasage en alliage d'aluminium destinée à la fabrication d'ensembles brasés légers, ladite feuille de brasage étant facile à former et peu encline à la pénétration du métal de base dans l'état de production brut de recuit d'extrémité après étirage, formage et/ou façonnage et brasage, le procédé comprenant les étapes suivantes.

a) Coulage d'un alliage dont le métal de base est l'aluminium de composition suivante (en pourcentage en poids) : le reste étant de l'aluminium et des éléments et des impuretés accidentels, qui constituent le matériau de base.

b) Homogénéisation et/ou préchauffe des métaux de base à des températures comprises entre 490 et 610 C, avec des durées d'immersion comprises entre 1 et 20 24 heures.

c) Placage, unilatéral ou bilatéral, dudit alliage dont le métal de base est l'aluminium avec un alliage de brasage de type Al-Si afin d'obtenir un élément de placage dont le rapport placage sur épaisseur est compris entre 3 et 20 % ; placage dudit métal de base du côté opposé avec un alliage d'aluminium avec un rapport de placage compris entre 5 et 30 %, dont la composition est choisie dans l'ensemble des alliages d'aluminium des séries AA3xxx, AA7xxx et AAlxxx.

d) Assemblage des combinaisons de placage et de métal de base et réchauffement des ensembles à des températures comprises entre 400 et 490 C, les durées préférées d'immersion étant comprises entre 1 et 20 heures.

e) Laminage à chaud et/ou laminage à froid desdits ensembles pour leur donner une première épaisseur.

f) Recuit de recristallisation desdits ensembles laminés à une première épaisseur entre 250 et 450 C, pendant 10 heures au maximum.

Cu: 0,06 à 1,25 Mn: 0,4 à 1,7 Mg: 0,6 au maximum Si: 1,25 max. Zn: 0,4 max. Zr: 0,25 max.

Fe: 0,8 max. Ti: 0,3 max. Cr: 0,25 max., g) Durcissement sous contrainte dudit produit recuit lui donnant une seconde épaisseur avec une déformation allant de 10 à 40 %, afin d'obtenir une feuille de brasage de seconde épaisseur.

h) Et recuit d'extrémité de ladite feuille de brasage à la seconde épaisseur pendant 1 à 10 heures entre 250 et 420 C, afin que le produit à recuit d'extrémité soit pratiquement non-recristallisé et que le diamètre moyen de grain obtenu lors du recuit de recristallisation soit maintenu à moins de 60 m environ.

16. Procédé selon la revendication 15, au cours duquel le brasage dans l'état de recuit d'extrémité et après étirage, formage et/ou façonnage et brasage de ladite feuille de brasage donne une pénétration du métal de base (LFM) inférieure à 40 micromètres, et de préférence inférieure à 30 m.

17. Procédé selon la revendication 15 ou 16, au cours duquel le durcissement sous contrainte dudit produit recristallisé et recuit jusqu'à une seconde épaisseur donne une déformation comprise entre 12 et 25 % de préférence et entre 15 et 20 pour cent plus préférablement.

18. Procédé selon l'une quelconque des revendications 15 à 17 de production d'une feuille de brasage en alliage d'aluminium destinée à la fabrication d'ensembles légers brasés, au cours duquel le recuit d'extrémité de la feuille de brasage dure entre 2 et 7 heures entre 250 et 420 C, plus préférablement 3 à 5 heures entre 350 et 410 C, afin que le produit de recuit d'extrémité soit pratiquement non-recristallisé et que le diamètre moyen de grain obtenu lors du recuit de recristallisation soit maintenu au-dessous de 60 micromètres environ.

19. Procédé selon l'une quelconque des revendications 15 à 19, de production d'un feuille de brasage en alliage d'aluminium telle que l'état de production brut avec recuit d'extrémité de ladite feuille de brasage donne des valeurs d'allongement supérieures à 10 %, de préférence supérieures à 15 %, et des limites d'élasticité supérieures à 80 MPa, et supérieures à 90 MPa de préférence.

20. Procédé selon l'une quelconque des revendications 15 à 20, caractérisé en ce que le diamètre moyen de grain après brasage de ladite feuille de brasage est supérieur à 80 m à peu près, et de préférence supérieur à 90 m.

21. Procédé selon l'une quelconque des revendications 15 à 21, où la teneur en cuivre dans le métal de base est comprise entre 0,15 et 0,7 %.

22. Procédé selon l'une quelconque des revendications 15 à 21, où la teneur en manganèse dans le métal de base est comprise entre 0,6 et 1,5 %.

23. Procédé selon l'une quelconque des revendications 15 à 22, où la teneur en magnésium dans le métal de base est inférieure à 0,25 %, où la teneur en silicium est inférieure à 0,80 %, où la teneur en fer est inférieure à 0,60 % et où la teneur en titane est inférieure à 0,25 %.

24. Procédé selon l'une quelconque des revendications 15 à 23, où dans l'alliage de brasage à base d'Al-Si, la teneur en Si dans ledit alliage de brasage est comprise entre 5 et 15 %, de préférence entre 6,5 et 11 %.

25. Procédé selon l'une quelconque des revendications 15 à 24, où ledit alliage de brasage à base d'Al-Si contient du magnésium à hauteur de 0,15 à 2,0 % et/ou contient du zinc à hauteur de 0,5 à 2,0 %, et/ou du cuivre à raison de moins de 4 pour cent.

Cu: 0,5 max. Mn: 1,5 max. Mg: 2,0 max.

Si: 1,0 max. Zn: 4,0 max. Zr: 0,25 max.

Fe: 0,8 max. Ti: 0,3 max. Cr: 0,25 max.

Ni: 2,0 max. In: 0,25 max., 27. Mise en oeuvre d'une feuille de brasage produite selon un procédé revendiqué dans l'une quelconque des revendications 15 à 26 dans la fabrication des composants d'échangeurs de chaleur tels que des plaques d'évaporateur, des plaques de réfrigérant à huile, un tube formé par laminage, un tube soudé, des plaques de tête, des plaques latérales et des ailettes de transfert de chaleur striées et/ou poinçonnées.

26. Procédé selon l'une quelconque des revendications 15 à 24, où le placage défini par l'étape c) répond à la composition suivante (en pourcentage en poids) : le reste étant de l'aluminium et des éléments et des impuretés accidentels.

28. Mise en oeuvre d'une feuille de brasage produite selon un procédé revendiqué dans l'une quelconque des revendications 15 à 26 destinée à une application impliquant le brasage telle qu'un échangeur de chaleur.