D'une façon générale, l'avantage principal des tôles sandwich par rapport aux tôles métalliques classiques réside dans le gain de poids auquel on parvient dans la réalisation de pièces ayant des spécifications de résistance mécaniques prédéterminées ; cet avantage est très important dans les applications automobiles, notamment pour diminuer la consommation d'essence du véhicule.

Les tôles sandwich utilisées pour la fabrication de pièces pour véhicules automobiles doivent satisfaire non seulement à des exigences de soudage et de formage par exemple par emboutissage, pliage, sertissage, mais encore à des exigences de tenue en température. En effet, lors de l'opération de mise en peinture de la tôle qui peut comprendre un traitement anti-corrosion préalable, on soumet la tôle à des températures élevées et pendant des durées suffisantes, généralement entre 140 et 220°C pendant 20 à 30 min, pour permettre la cuisson et/ou la réticulation des différentes couches de revtement appliquées.

A cet effet, on connaît des tôles sandwich comprenant deux parements en tôle métallique reliés par une âme formée par une couche à base de polymères comprenant une nappe textile continue de fibres polymères thermoplastiques imprégnée d'un matériau polymère thermodurci d'imprégnation de la nappe et d'adhérence avec les parements. Ces tôles présentent une bonne formabilité ainsi qu'une bonne tenue à la température.

Cependant, elles présentent des inconvénients tels des variations d'épaisseur de la tôle sandwich, et des défauts d'adhésion de la nappe textile sur les parements en tôle métallique, car la nappe n'est pas homogène. Mais surtout, ce type de tôles sandwich comprenant un polymère ne sont pas soudables, ou alors difficilement soudables avec en outre des dégagements de fumées toxiques, ce qui les rend incompatibles avec une utilisation pour la fabrication de pièces pour véhicules automobiles.

Outre ces inconvénients, le procédé de fabrication de ces tôles sandwich composites ne permet pas d'atteindre des niveaux de productivité acceptables, car l'étape d'adhésion de la nappe pré-imprégnée sur les parements en tôle métallique est une étape très lente.

Par le brevet FR 2 767 088, on connaît également des tôles sandwich composées de deux parements d'acier liés entre eux par une âme constituée d'une laine d'acier. La laine d'acier est jointe aux parements d'acier par soudage à arc à décharge de condensateur. Certes, ces tôles sandwich tout acier sont parfaitement soudables et résistent à des températures largement supérieures à 160°C. Cependant le procédé de fabrication de telles tôles n'est pas réalisable industriellement, car pour obtenir le soudage de la laine d'acier sur le parement d'acier, il faut souder l'ensemble à une température supérieure à 1300°C. En outre, à ce niveau de température, la structure de l'acier change, ce qui n'est pas souhaitable si on veut conserver aux parements d'acier et à la laine d'acier leurs caractéristiques mécaniques et leur aptitude au formage.

La présente invention a donc pour but remédier à ces inconvénients et de proposer des tôles sandwich formables et soudables, présentant une bonne tenue aux températures élevées et un bon aspect de surface, et dont le procédé de fabrication est facile à mettre en oeuvre.

A cet effet, !'invention a pour objet une tôle sandwich, apte à une opération de formage et de soudage, et présentant une excellente tenue aux températures élevées, comprenant deux parements en tôle métallique présentant un point de fusion Tp, et une âme métallique présentant un point de fusion Ta, Ta pouvant tre égal ou différent de Tp, selon laquelle l'âme présente une densité inférieure à la densité de chacun des parements, et en ce que l'âme et chacun des parements sont liés entre eux au moyen d'un agent de liaison métallique présentant un point de fusion Tm inférieur à Ta et à Tp.

La tôle sandwich selon l'invention peut également présenter les caractéristiques suivantes : - l'âme métallique occupe entre 10 et 80% du volume séparant les deux parements en tôle métallique,

- l'âme métallique occupe entre 20 et 60% du volume séparant les deux parements en tôle métallique, - l'âme est constituée d'une laine métallique, d'un tricot métallique, d'un tissé métallique, d'une mousse métallique ou d'une éponge métallique, - l'âme est en acier, - les parements en tôle métallique sont en acier, - les parements en tôle métallique et l'âme métallique sont en acier, et l'agent de liaison métallique est choisi parmi l'étain et ses alliages, le zinc et ses alliages, et l'aluminium et ses alliages.

L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'une tôle sandwich, apte à une opération de formage et de soudage, et présentant une excellente tenue aux températures élevées, comprenant deux parements en tôle métallique présentant une face interne et une face externe et présentant un point de fusion Tp, liés par une âme métallique présentant un point de fusion Ta, Ta pouvant tre égal ou différent de Tp, la face interne de chacun des deux parements étant située en regard de l'âme, selon lequel il comprend les étapes consistant à : - intercaler l'âme métallique entre les deux parements en tôle métallique préalablement revtus sur leur face interne par un revtement métallique dont le point de fusion Tr est inférieur au point de fusion du parement en tôle métallique Tp et inférieur au point de fusion de l'âme métallique Ta, - chauffer l'ensemble formé par les deux parements en tôle métallique entre lesquels est intercalée l'âme métallique à une température T comprise entre le point de fusion du revtement métallique Tr moins 50°C et le point de fusion du revtement métallique Tr plus 200°C, dans des conditions de vitesse et de durée telles que l'âme adhère à chacun des parements, et - refroidir l'ensemble.

Le procédé de fabrication d'une tôle sandwich selon l'invention peut également présenter les caractéristiques suivantes : - entre les étapes de chauffage et de refroidissement, on applique une pression sur l'ensemble formé des parements en tôle métallique et de l'âme métallique, ladite pression étant ajustée de manière à ne pas détériorer la structure de l'âme métallique,

- on chauffe l'ensemble formé des parements en tôle métallique et de l'âme métallique par induction, - l'épaisseur du revtement métallique de chacun des parements en tôle métallique est comprise entre 5 et 350 um, - l'épaisseur du revtement métallique de chacun des parements en tôle métallique est comprise entre 20 et 80 um, - la vitesse de chauffage de l'ensemble formé des parements en tôle métallique et de l'âme métallique est supérieure ou égale à 30°C/s, - la durée de chauffage de l'ensemble formé des parements en tôle métallique et de l'âme métallique est inférieure à 15 s, - le point de fusion du revtement Tr est inférieur à 0,9 fois le point de fusion du parement en tôle métallique Tp et inférieur à 0,9 fois le point de fusion de l'âme métallique Ta, - on procède au revtement de la face interne de chacun des parements en tôle métallique par trempé à chaud dans un bain de métal liquide choisi parmi l'étain et ses alliages, le zinc et ses alliages, et l'aluminium et ses alliages, - les parements en tôle métallique sont en acier, - la densité de l'âme métallique est inférieure à la densité de chacun des parements en tôle métallique, l'âme est constituée d'une laine métallique, d'un tricot métallique, d'un tissé métallique, d'une mousse métallique ou d'une éponge métallique, - la face externe d'au moins un des deux parements en tôle métallique (1, 1') est revtue par un revtement dont le point de fusion Te est supérieur au point de fusion du revtement métallique revtant la face interne de chacun des deux parements (1, 1') Tr plus 200°C.

L'invention a également pour objet l'utilisation de la tôle sandwich précédente pour la réalisation de pièces de carrosserie automobile mises en forme, peintes, puis traitées thermiquement.

L'invention a également pour objet le traitement thermique de ces pièces à plus de 160°C.

Les caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront mieux au cours de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non

limitatif, en référence à l'unique figure annexée sur laquelle est représentée une vue en coupe d'une tôle selon l'invention.

L'invention consiste à utiliser la couche métallique revtant la face interne du parement en tôle métallique, la face interne du parement étant située en regard de l'âme, comme élément brasant pour assurer l'adhésion entre le parement en tôle métallique et l'âme métallique.

Comme présenté à la figure unique, chaque parement 1, 1'de la tôle sandwich 2 selon l'invention est constitué d'une tôle métallique présentant un point de fusion Tp, et d'épaisseur comprise, par exemple, entre 0,1 mm et 2 mm, de préférence comprise entre 0,2 mm et 0,5 mm. De préférence, on choisit des tôles en acier qui présentent de meilleures propriétés mécaniques que des tôles d'aluminium, et sont plus facilement emboutissables. Le type d'acier sera choisi en fonction de l'application à laquelle on destine la tôle sandwich 2, ainsi par exemple pour fabriquer un capot ou une portière on choisira un acier au carbone, et pour fabriquer un tube de ligne d'échappement on choisira un acier inoxydable.

L'âme métallique 4 de la tôle sandwich 2 selon l'invention présente un point de fusion Ta égal ou différent au point de fusion Tp de chacun des parements 1, 1', et une densité inférieure à celle des parements 1, 1'de manière à assurer l'allègement de la tôle 2.

Dans un mode de réalisation préféré, l'âme 4 est constituée d'une laine métallique, d'un tricot métallique, d'un tissé métallique, d'une mousse métallique ou d'une éponge métallique.

Dans un autre mode de réalisation préféré, elle occupe entre 10 et 80% du volume séparant les deux parements en tôle métallique 1, 1', de préférence entre 20 et 60%, et présente une épaisseur comprise entre 0,5 et 2 mm.

Au-dessus de 80% d'occupation du volume inter-parement, le gain en poids de la tôle sandwich 2 résultante n'est pas suffisant.

En dessous de 10% d'occupation du volume inter-parement, l'âme 4 devient fragile et risque de s'écraser lors de la mise en forme de la tôle sandwich 2.

Entre 20 et 60% d'occupation du volume inter-parement, l'âme 4 offre un bon compromis entre gain en poids et résistance.

Le matériau de l'âme métallique 4 est de préférence l'acier, soit un acier au carbone, soit un acier inoxydable, car ce matériau présente une meilleure aptitude à la formabilité que l'aluminium par exemple.

La laine d'acier est obtenue par rasage, de préférence à l'état écroui, pour augmenter les caractéristiques mécaniques de la structure. Les brins de laine d'acier ont une longueur moyenne de 70 cm et leur diamètre peut varier de 50 à 500 pm. De préférence, le diamètre des brins de laine d'acier est d'environ 200 um. Ce diamètre doit tre homogène pour éviter les fragilisations qui conduisent à des brisures.

Le tricot en acier est constitué de plusieurs fils d'acier de diamètre compris entre 10 et 50 pm, tricotés ensemble.

Le tissé en acier est également constitué d'un ou plusieurs fils d'acier de diamètre compris entre 10 et 50 pm, tissés ensemble.

L'adhésion entre l'âme 4 et chacun des parements 1, 1'est assurée par un agent de liaison métallique 3,3'présentant un point de fusion Tm inférieur au point de fusion de chacun des parements Tp et inférieur au point de fusion de l'âme Ta.

Lorsque l'âme 4 et les deux parements en tôle 1, 1'sont en acier, l'agent de liaison métallique 3,3'est choisi parmi l'étain et ses alliages, le zinc et ses alliages, et l'aluminium et ses alliages.

L'agent de liaison métallique peut tre sous forme soit d'une couche discontinue, soit de préférence d'une couche continue de manière à assurer la meilleure adhésion possible entre l'âme est les deux parements.

Ainsi, préalablement à la fabrication de la tôle sandwich, la face interne de chacun des deux parements en tôle métalliques est revtue d'un revtement métallique présentant un point de fusion Tr inférieur au point de fusion du parement en tôle métallique Tp, et inférieur au point de fusion de l'âme métallique Ta, de manière à ce que le revtement en fondant, brase l'âme métallique. En effet, il est essentiel, pour assembler les parements en tôle métallique et l'âme métallique par brasage, que le point de fusion du revtement métallique Tr, qui joue ici le rôle de métal d'apport, soit inférieur au point de fusion des parements Tp et au point de fusion de l'âme Ta, pour que

le matériau du revtement fonde bien avant le matériau de l'âme et le matériau des parements en tôle.

De préférence, de manière à éviter tout risque de fusion du parement en tôle métallique 1, 1'et de l'âme métallique 4 en cas de chauffage trop important ou trop prolongé, la face interne de chacun des deux parements en tôle métallique 1, 1'est revtue par un revtement métallique dont le point de fusion Tr est de préférence inférieur à 0,9 fois le point de fusion de la tôle métallique Tp, et à 0,9 fois le point de fusion de l'âme métallique Ta.

A titre d'exemple, pour constituer une tôle sandwich comprenant deux parements en tôle d'acier avec une âme en acier, les parements sont revtus sur au moins une de leur face par un revtement métallique choisi parmi les matériaux suivants : - étain : point de fusion 230°C, - zinc : point de fusion 420°C, - alliages de zinc, comme par exemple l'alliage zinc-aluminium contenant environ 5% en poids d'aluminium dont le point de fusion est de 381 °C, - l'aluminium et ses alliages, comme par exemple l'alliage aluminium-fer contenant 2 à 4% en poids de fer dont le point de fusion est d'environ 660°C, ou encore les alliages aluminium-silicum contenant 5 à 11% en poids de fer et 2 à 4% en poids de fer dont le point de fusion est d'environ 680°C.

On dépose sur la face interne de chacun des deux parements en tôle métallique 1, 1' destinée à tre mise en regard de l'âme, un revtement métallique d'une épaisseur comprise entre 5 et 350 um, soit par électrodéposition, soit par dépôt sous vide, soit de préférence par trempé à chaud dans un bain liquide du matériau de revtement à l'état fondu.

Si l'épaisseur du revtement métallique est inférieure à 5 pm, l'imprégnation de l'âme 4 par le revtement lors du brasage, n'est pas suffisante ; par conséquent l'adhésion entre le parement en tôle métallique 1, 1'et l'âme 4 est insuffisante, et la tôle sandwich 2 risque de se délainer.

En revanche revtir la face interne du parement par un revtement d'une épaisseur supérieure à 350 um représente un surcoût, et de surcroît cela n'améliore pas l'adhésion entre l'âme 4 et les parements 1,1'.

De préférence, l'épaisseur du revtement métallique est comprise entre 20 et 80 um. En effet, à ce niveau d'épaisseur, l'adhésion entre les parements 1, 1'et l'âme 4 est suffisante pour que la tôle sandwich 2 ne se délaine pas, mme après une opération de formage sévère, comme par exemple le pliage.

Pour fabriquer la tôle sandwich 2 on procède comme suit : -on intercale l'âme métallique 4 entre deux parements en tôles métalliques 1, 1'dont la face interne a été préalablement revtue, de telle sorte que la face interne revtue des parements 1, 1'soit en regard de l'âme 4, - on chauffe l'ensemble formé par les deux parements en tôle métallique 1, 1'entre lesquels est intercalée l'âme métallique 4 à une température T comprise entre le point de fusion du revtement métallique Tr moins 50°C et le point de fusion du revtement métallique Tr plus 200°C, à une vitesse de chauffage de préférence supérieure ou égale à 30°C/s, et pendant une durée de préférence inférieure à 15 s, de manière à faire fondre le matériau du revtement métallique, et - on refroidit l'ensemble.

En se ramollissant ou en fondant, le matériau du revtement métallique brase le parement 1, 1'sur l'âme métallique 4 par imprégnation de la surface de l'âme métallique 4, ce qui assure une adhérence mécanique à l'ensemble parements 1, 1'/âme 4. Le matériau métallique ramolli ou fondu imprègne les brins métalliques composant la laine, le tissé ou le tricot de l'âme 4 situés en surface. Si on chauffe l'ensemble formé par les deux parements 1, 1'et l'âme 4 à une température T inférieure au point de fusion du revtement métallique Tr moins 50°C, le matériau du revtement ne ramollit pas suffisamment et n'imprègne pas le matériau de l'âme 4. A ce niveau de température, le brasage entre le parement 1, 1'et l'âme 4 est impossible et on ne peut pas former la tôle sandwich 2.

Si on chauffe l'ensemble à une température T supérieure au point de fusion du revtement métallique Tr plus 200°C, alors on risque de porter le matériau du revtement à l'ébullition. Une partie du matériau de revtement s'échappe hors de la tôle sandwich 2 en s'égouttant sur les bords libres des parements, ce qui rend le revtement non uniforme et par conséquent empche une bonne solidarisation du parement 1, 1'sur l'âme 4.

En chauffant l'ensemble à une température T comprise entre le point de fusion du revtement plus 50°C et le point de fusion du matériau plus 100°C, on assure une bonne fusion du matériau du revtement métallique, et on obtient une très bonne adhésion de l'âme 4 sur les parements 1, 1'sans risque de délamination ultérieure, et sans risque de voir le matériau de revtement s'échapper.

Si la vitesse de chauffage est inférieure à 30°C/s, il faut pour obtenir un ramollissement ou une fusion complète du matériau du revtement maintenir la température de chauffage Tr pendant une durée supérieure à 15 s, ce qui est pénalisant pour la productivité.

Lorsque la durée du chauffage est supérieure à 15 s, l'âme métallique composée de laine, de tissé, de tricot, de mousse ou d'éponge commence à absorber une partie du matériau du revtement, ce qui dégrade l'adhérence entre l'âme 4 et les parements 1,1'.

De préférence la durée du chauffage est inférieure à 3 s.

Pour chauffer l'ensemble formé par les parements 1, 1'et l'âme 4, et par suite faire ramollir ou fondre le revtement métallique revtant les parements 1, 1', on place de part et d'autre de l'ensemble, et sur toute sa largeur, au moins un élément chauffant, comme par exemple un inducteur.

Selon un autre mode de réalisation, l'ensemble formé par les parements 1, 1'et l'âme 4 est chauffé par calandrage entre deux cylindres chauffés.

Pour améliorer l'adhérence entre les parements 1, 1'et l'âme 4, on applique une pression sur la tôle sandwich 2 en ajustant la pression de manière à ne pas détériorer la structure de l'âme 4, et à ne pas déformer les parements 1,1'. La pression appliquée sur la tôle sandwich 2 doit tre suffisamment faible pour que, par exemple, la laine métallique ou le tricot métallique ne n'écrase pas et conserve ainsi l'intégrité de ses caractéristiques mécaniques.

Cette pression peut tre appliquée par les cylindres de calandrage, par projection d'un fluide de part et d'autre de l'ensemble parements 1, 1'/âme 4, ou encore en faisant défiler l'ensemble parements 1,1'/âme 4 sur un cylindre aimanté.

Les modes de réalisation de la tôle sandwich 2 selon l'invention qui viennent d'tre décrits ne sont pas limitatifs.

En effet, préalablement à la fabrication de la tôle sandwich, il est également possible de revtir la face externe d'au moins un des deux parements en tôle métallique 1, 1' par un revtement dont le point de fusion Te est supérieur au point de fusion du revtement métallique revtant la face interne de chacun des deux parements 1, 1' Tr plus 200°C. Si l'on souhaite mettre en oeuvre des parements 1, 1' revtus sur leur face externe, il faut en effet veiller à ce que le revtement utilisé ne fonde pas lorsqu'on chauffe l'ensemble formée par les deux parements entre lesquels est intercalée l'âme métallique 4.

Typiquement, dans ce cas la face interne des parements 1, 1' sera revtue d'une couche de zinc et la face externe des parements 1, 1' sera revtue d'une couche d'alliage aluminium-fer, ou aluminium-silicium.

Cependant, le plus souvent, avant de fabriquer la tôle sandwich 2, le parement de tôle 1, 1'ne sera revtu que sur sa face interne, et le revtement de la face externe des parements 1, 1' ne sera effectué, par exemple dans un bain d'électrodéposition, que lorsque la tôle sandwich 2 aura été fabriquée.

La mise en forme de la tôle sandwich 2 selon l'invention est réalisée de préférence par emboutissage, pliage ou profilage. Lorsque l'âme 4 est constituée d'un métal présentant une bonne ductilité, comme par exemple l'acier, la tôle sandwich 2 selon l'invention résiste à des conditions sévères d'emboutissage et/ou de pliage et/ou de profilage. Cela permet d'utiliser la tôle sandwich 2 selon l'invention pour réaliser des pièces de carrosserie automobile mises en forme, comme par exemple des capots, des portières ou des tubes de ligne d'échappement.

Ces pièces sont ensuite, notamment dans le cas des pièces visibles, peintes, puis traitées thermiquement.

Préalablement à l'opération de mise en peinture, la tôle sandwich 2 peut subir un pré-traitement anticorrosion du type cataphorèse. L'application de la peinture peut ensuite tre appliquée par dépose de poudre (électrostatique, lit fluidisé...), ou par projection ou enduction d'une peinture liquide en solution ou

d'une nappe polymère fondue. Enfin, la tôle sandwich 2 est traitée à des températures supérieures à 160°C, de préférence supérieures à 180°C, températures qu'on atteint généralement lors des étapes de cuisson des pré- traitements anti-corrosion ou de la cuisson de la peinture elle-mme.

Les tôles sandwich 2 obtenues selon ce procédé présentent par rapport aux tôles sandwich constituées d'une laine métallique soudée entre deux parements métalliques, les avantages suivants : - procédé de fabrication moins consommateur d'énergie, - pas de modification de la structure des parements en tôle métallique 1, 1' et de l'âme métallique 4. En effet, dans un mode de réalisation préféré de la tôle sandwich 2 selon l'invention, où les parements en tôle 1, 1'sont en acier, le brasage du parement en acier sur l'âme métallique 4 n'est jamais effectué à une température supérieure à 700°C. Or, à ce niveau de température la microstructure de l'acier ne se modifie pas, et conserve toutes ses propriétés, par exemple un acier dual-phase conservera sa structure. Selon l'art antérieur, un soudage avec une température de 1300°C fait fondre le parement en tôle d'acier (ainsi que l'âme métallique si elle est en acier par exemple) et lors du refroidissement l'acier risque de perdre sa structure et donc ses caractéristiques mécaniques. Par exemple un acier de type dual-phase chauffé à 1300°C se transforme, lors de son refroidissement, en martensite qui est dure et cassante, et donc pas apte à l'emboutissage.

En outre, les tôles sandwich selon l'invention présentent par rapport aux tôles sandwich constituées d'une âme comprenant un polymère les avantages suivants : - excellente soudabilité sans rejet de composés organiques volatils, - excellente aptitude à la mise en forme par différentes techniques comme par exemple le pliage, l'emboutissage ou le profilage, sans risque de délamination, - excellente tenue aux températures élevées, notamment aux températures supérieures à 200°C, ce qui permet de traiter ces tôles sandwich par cataphorèse, - excellente recyclabilité.

Outre une tenue en température et une facilité de mise en forme, les tôles sandwich selon l'invention présentent les principaux avantages suivants : - de bonnes performances mécaniques en terme de rigidité des tôles et des pièces réalisées par mise en forme de ces tôles, - de bonnes performances mécaniques des pièces formées notamment en fatigue et au choc, - un bon aspect de surface des tôles obtenues, mme après mise en forme.