DANIELOU ARMELLE (FR)
LORENZINO PABLO (FR)
PEGUET LIONEL (FR)
| REVENDICATIONS 1. Bande, destinée à la fabrication d'échangeurs thermiques brasés, ayant une âme en alliage d'aluminium de composition (% en masse) : Si : 0,10 - 0,30 %, de préférence 0,15 - 0,25 % Fe < 0,25 %, de préférence 0,1 - 0,2 % Cu : 0,85 - 1,1 %, de préférence 0,9 - 1,0 % Mn : 1,2 - 1,7 %, de préférence 1,2 - 1,4 % Mg : 0,1 - 0,3 %, de préférence 0,1 - 0,21 % Zn < 0,1 % Ti 0,05 - 0,20 %, de préférence 0,06 - 0,15 %, plus préférentiellement 0,06 - 0,1 % optionnellement jusqu'à 0,15 % de Bi et/ou Y autres éléments < 0,05 % chacun et < 0,15 % au total, reste aluminium. 2. Bande selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle est plaquée sur une ou deux faces d'un alliage d'aluminium de brasage, de préférence un alliage 4xxx comprenant de 4 à 13 %, de préférence de 6 à 11 % en masse de Si et jusqu'à 0,5 %, de préférence jusqu'à 0,3 % en masse de Fe. 3. Bande selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'alliage d'aluminium de brasage comprend (% en masse) : Si : de 5 à 13 % ; Fe : jusqu'à 1 % ; Cu : jusqu'à 0,4 % ; Mn : jusqu'à 0,2 % ; Mg : jusqu'à 0,3 % ; Zn : jusqu'à 0,2 % ; Ti : jusqu'à 0,30 % ; autres éléments : inférieurs à 0,05 % chacun et inférieurs à 0,15 % au total ; reste aluminium. 4. Bande selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle est plaquée sur une ou deux faces d'un alliage d'aluminium dit intercalaire, placé entre l'âme et l'éventuel alliage de brasage, de préférence comprenant (en % massique) : Si :jusqu'à 0,5 %, plus préférentiellement jusqu'à 0,2 % ; Fe : jusqu'à 0,7 %, plus préférentiellement jusqu'à 0,3 %, encore plus préférentiellement jusqu'à 0,2 % ; Mn : de 0,3 à 1,4 %, plus préférentiellement de 0,6 à 0,8 %, selon une variante de 1 à 1,3 % ; Cu : jusqu'à 0,3 %, de préférence jusqu'à 0,1 %, encore plus préférentiellement jusqu'à 0,05 % ; autres éléments < 0,05 % chacun et < 0,15 % au total ; reste aluminium. 5. Bande selon la revendication 4, caractérisée en ce que l'alliage d'aluminium intercalaire comprend (% en masse) : Si < 0,15 % ; Fe < 0,2 % ; Cu < 0,1 % ; Mn de 0,6 à 0,8 % ; Mg < 0,02 % ; autres éléments < 0,04 % et < 0,15 % au total, reste aluminium. 6. Bande selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, présentant une résistance maximale en traction Rm (norme ISO 6892-1 après brasage) supérieure à 180 MPa, de préférence supérieure à 190 MPa, plus préférentiellement supérieure à 195 MPa. 7. Procédé de fabrication d'une bande selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, comprenant les étapes successives de : - coulée d'une plaque en alliage d'âme ; - placage éventuel avec au moins un alliage d'aluminium de brasage et éventuellement au moins un alliage d'aluminium intercalaire ; - préchauffage à une température de 450 à 520°C de préférence avec un maintien à la température maximale pendant moins de 12 heures, plus préférentiellement pendant moins de 3h ; - laminage à chaud de cette plaque sans homogénéisation préalable à une température de 450 à 520°C jusqu'à une épaisseur de 2 à 6 mm ; - laminage à froid à l'épaisseur désirée, l'épaisseur de la bande après laminage à froid étant de préférence de 0,15 à 3 mm et - recuit à une température de 240 à 450°C, avec un maintien à la température maximale pendant 10 minutes à 15 heures. 8. Procédé de fabrication d'une bande selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, comprenant les étapes successives de : - coulée d'une plaque en alliage d'âme ; - homogénéisation de cette plaque à une température de 580 à 630°C pendant 1 à 24 heures ; - placage éventuel avec au moins un alliage d'aluminium de brasage et éventuellement au moins un alliage d'aluminium intercalaire ; - préchauffage à une température de 450 à 520°C de préférence avec un maintien à la température maximale pendant moins de 12 heures, plus préférentiellement pendant moins de 3h ; - laminage à chaud de la plaque homogénéisée et éventuellement plaquée à une - température de 450 à 520°C jusqu'à une épaisseur de 2 à 6 mm ; - laminage à froid à l'épaisseur désirée, l'épaisseur de la bande après laminage à froid étant de préférence de 0,15 à 3 mm et - recuit à une température de 240 à 450°C, avec un maintien à la température maximale pendant 10 minutes à 15 heures. 9. Echangeur de chaleur réalisé au moins en partie à partir d'une bande selon l'une quelconque des revendications 1 à 6. 10. Utilisation d'une bande selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, pour la fabrication d'un échangeur de chaleur, ladite bande présentant une résistance mécanique améliorée sans dégradation de la résistance à la corrosion ou de la brasabilité. |
Titre : Bande en alliage d'aluminium pour la fabrication d'échangeurs de chaleur brasés
Domaine de l'invention
L'invention concerne les bandes utilisées dans le domaine des échangeurs de chaleur (d'épaisseur généralement comprise de 0,05 à 3 mm, de préférence de 0,15 à 2,5 mm) en alliage d'âme aluminium-manganèse (série 3000 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 4000 selon la nomenclature de l'Aluminum Association) et/ou d'un alliage intercalaire, placé entre l'âme et l'éventuel alliage de brasage, en alliage aluminium-manganèse (série 3000 selon la nomenclature de l'Aluminum Association). Ces bandes sont notamment destinées à la fabrication d'éléments, tels que des tubes, collecteurs et plaques, d'échangeurs de chaleur assemblés par brasage. Ces échangeurs se trouvent notamment dans les systèmes de refroidissement des moteurs et de climatisation des habitacles d'automobiles. 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 etTechniques Connexes, nov.-déc. 1991, pp. 18-29. Les bandes selon l'invention peuvent notamment être utilisées dans les techniques de brasage avec flux non corrosif du type NOCOLOK ® ou CAB (controlled atmosphère brazing), ou encore, selon une variante, dans les techniques de brasage sans flux.
Etat de la technique Les propriétés requises pour les bandes en alliage d'aluminium utilisées pour la fabrication d'échangeurs brasés sont notamment une bonne aptitude au brasage, une résistance mécanique élevée après brasage, de manière à utiliser des épaisseurs aussi faibles que possible, une formabilité suffisante pour une mise en forme aisée des tubes, ailettes collecteurs et plaques, avant brasage, et une bonne résistance à la corrosion. Bien entendu, il importe que l'alliage choisi soit aisé à couler et à laminer, et que le coût de fabrication des bandes soit compatible avec les exigences de l'industrie automobile.
Un alliage utilisé est le 3003 de composition (% en poids selon la norme EN 573-3) :
Si < 0,6 % Fe < 0,7 % Cu : 0,05 - 0,20 % Mn : 1,0 - 1,5 % Zn < 0,10 % autres éléments < 0,05 % chacun et < 0,15 % au total, balance aluminium. De nombreux alliages ont été proposés pour améliorer l'une ou l'autre des propriétés d'emploi mentionnées précédemment, plus particulièrement la résistance à la corrosion, d'où l'appellation d'alliages " long-life " qui leur est parfois donnée dans la profession.
Le brevet US 5,125,452 (Sumitomo Light Métal Industries et Nippondenso) décrit des bandes plaquées dont l'alliage de base a pour composition :
Si < 0,1 Fe < 0,3 Cu : 0,05 - 0,35 Mn : 0,3 - 1,5 Mg : 0,05 - 0,5 Ti : 0,05 - 0,35 avec Cu - 0,2 < Mg < Cu + 0,2.
Le brevet EP 0326337 (Alcan International) décrit une bande plaquée dont l'alliage de base a pour composition :
Si < 0,15 Fe < 0,4 Cu : 0,1 - 0,6 Mn : 0,7 - 1,5 Mg < 0,8.
La faible teneur en Si, de préférence < 0,05 %, permet la formation d'une couche dense de précipités au Mn, qui peut jouer le rôle de barrière à la diffusion du silicium de l'alliage de revêtement, et augmente la résistance à la corrosion. WO 94/22633 est une variante du précédent qui ne diffère que par une teneur en Cu plus élevée (0,6 - 0,9 %).
Le brevet US 5,350,436 (Kobe Alcoa et Nippondenso) décrit un alliage de base de composition : Si : 0,3 - 1,3 Cu < 0,2 Mn : 0,3 - 1,5 Mg < 0,2 Ti : 0,02 - 0,3 Fe non mentionné.
Sans être lié par la théorie, il semblerait que la teneur élevée en Si (0,8 % dans les exemples) permet de compenser l'absence de Cu et Mg pour la résistance mécanique, la présence de Ti contribue à une bonne résistance à la corrosion et l'absence de Mg favorise une bonne brasabilité.
Le brevet EP 0718072 (Hoogovens Aluminium Walzprodukte) décrit un alliage de base de composition : Si > 0,15 Fe < 0,8 Cu : 0,2 - 2 Mn : 0,7 - 1,5 Mg : 0,1 - 0,6 avec
Cu + Mg < 0,7 et addition possible de Ti, Cr, Zr ou V. Les exemples montrent des teneurs en Si de 0,5 %.
Si on veut résumer l'enseignement de l'état de la technique pour ce type d'alliage, on constate qu'une première catégorie d'alliages présente une teneur très faible en Si (< 0,15 et de préférence < 0,05 %) accompagnée ou non d'une teneur en Fe faible, mais, dans tous les cas, moins exigeante que pour Si. Ces teneurs très faibles en Si (< 0,05 %) ne peuvent s'obtenir qu'en partant de bases pures, ce qui augmente les coûts de fabrication. Une deuxième catégorie d'alliages, en remettant en cause la nécessité d'une teneur très faible en Si pour obtenir une bonne résistance à la corrosion, présente au contraire une teneur plutôt élevée en Si (0,5 à 0,8 %), éventuellement pour compenser la perte de résistance mécanique liée à de faibles teneurs en éléments durcissants Mg et Cu. En effet, pour le brasage avec flux, il est connu que la teneur en Mg doit être réduite, pour limiter la migration de Mg à la surface de la couche de placage, qui conduit à la formation d'une couche épaisse d'oxyde MgO. D'autres références encore visent une teneur en Si intermédiaire (voir par exemple EP1075935, EP1413427, EP2969308, ou encore US 9,546,829).
Quant à l'élément Cu, son influence sur la résistance à la corrosion semble controversée. Certaines références incitent à ne pas utiliser une quantité de Cu trop élevée (voir notamment le brevet US 6,019,939 d'Alcan International Limited).
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, sans dégradation de la résistance à la corrosion ou de la brasabilité. Un tel alliage d'âme pourrait permettre de répondre à la demande toujours présente de réduction d'épaisseur des produits.
Objet de l'invention
De manière surprenante, la demanderesse a déterminé un domaine de composition permettant d'améliorer la résistance mécanique sans dégradation de la résistance à la corrosion ou de la brasabilité.
L'invention a ainsi pour objet une bande, destinée à la fabrication d'échangeurs thermiques brasés, ayant une âme en alliage d'aluminium de composition (% en masse) :
Si : 0,10 - 0,30 %, de préférence 0,15 - 0,25 %
Fe < 0,25 %, de préférence 0,1 - 0,2 %
Cu : 0,85 - 1,1 %, de préférence 0,9 - 1,0 %
Mn : 1,2 - 1,7 %, de préférence 1,2 - 1,4 %
Mg : 0,1 - 0,3 %, de préférence 0,1 - 0,21 %
Zn < 0,1 %
Ti 0,05 - 0,20 %, de préférence 0,06 - 0,15 %, plus préférentiellement 0,06 - 0,1 % optionnellement jusqu'à 0,15 % de Bi et/ou Y autres éléments < 0,05 % chacun et < 0,15 % au total, reste aluminium.
L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'une bande, comprenant les étapes successives de :
- coulée d'une plaque en alliage d'âme ;
- placage éventuel avec au moins un alliage d'aluminium de brasage et éventuellement au moins un alliage d'aluminium intercalaire ;
- préchauffage à une température de 450 à 520°C de préférence avec un maintien à la température maximale pendant moins de 12 heures, plus préférentiellement pendant moins de 3h ;
- laminage à chaud de cette plaque sans homogénéisation préalable à une température de 450 à 520°C jusqu'à 2 à 6mm d'épaisseur,
- laminage à froid à l'épaisseur désirée, l'épaisseur de la bande après laminage à froid étant de préférence de 0,15 à 3 mm et
- recuit à une température de 240 à 450°C, de préférence de 240 à 380°C, avec un maintien à la température maximale pendant 10 minutes à 15 heures, de préférence pendant
20 minutes à 3 heures.
Selon une variante, l'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'une bande selon la présente invention, comprenant les étapes successives de :
- coulée d'une plaque en alliage d'âme,
- homogénéisation de cette plaque entre 580 et 630°C pendant 1 à 24 heures ;
- placage éventuel avec au moins un alliage d'aluminium de brasage et éventuellement au moins un alliage d'aluminium intercalaire ;
- préchauffage à une température de 450 à 520°C de préférence avec un maintien à la température maximale pendant moins de 12 heures, plus préférentiellement pendant moins de 3h ;
- laminage à chaud de la plaque homogénéisée et éventuellement plaquée à une température de 450 à 520°C jusqu'à une épaisseur de 2 à 6mm ;
- laminage à froid à l'épaisseur désirée, l'épaisseur de la bande après laminage à froid étant de préférence de 0,15 à 3 mm et
- recuit à une température de 240 à 450°C , de préférence de 240 à 380°C, avec un maintien à la température maximale pendant 10 minutes à 15 heures, de préférence pendant
20 minutes à 3 heures.
L'invention a également pour objet un échangeur de chaleur réalisé au moins en partie à partir d'une bande selon la présente invention.
L'invention a également pour objet l'utilisation d'une bande selon la présente invention, pour la fabrication d'un échangeur de chaleur, ladite bande présentant une résistance mécanique améliorée sans dégradation de la résistance à la corrosion ou de la brasabilité.
Description des figures
[Fig. 1] La Figure 1 est une photographie d'un échantillon préparé avec une protection des rives avec un joint silicone avant le test de corrosion SWAAT. [Fig. 2] La Figure 2 représente un schéma du plan de découpe d'un échantillon après test de corrosion et après chute des joints de silicone. Il s'agit d'une vue de dessus d'un échantillon testé.
[Fig. 3] La Figure 3 représente un schéma du principe de caractérisation de la corrosion selon l'exemple. Il s'agit d'une vue de côté en coupe dans la largeur L de l'échantillon de la Figure 2. La référence 1 correspond à la face exposée à l'attaque en corrosion. La référence 2 correspond aux zones de mesure de la profondeur maximale de corrosions par champs en micrographie optique.
[Fig. 4] La Figure 4 représente la distribution de profondeur de corrosion après quatre semaines d'exposition (test SWAAT) pour les échantillons de l'exemple. Le repère A correspond à l'échantillon ayant un alliage d'âme A (art antérieur). Le repère B correspond à l'échantillon ayant un alliage d'âme B (selon l'invention). L'axe des abscisses correspond à la profondeur de corrosion en pm. L'axe des ordonnées correspond à la fonction de distribution.
[Fig. 5] La Figure 5 représente les micrographies en coupe des bandes après test SWAAT pour les échantillons de l'exemple, après quatre semaines d'exposition. Le repère A correspond à l'échantillon ayant un alliage d'âme A (art antérieur). Le repère B correspond à l'échantillon ayant un alliage d'âme B (selon l'invention).
Description 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.
Ame
La bande selon la présente invention comprend une âme en alliage d'aluminium de composition (% en masse) :
Si : 0,10 - 0,30 %, de préférence 0,15 - 0,25 %
Fe < 0,25 %, de préférence 0,1 - 0,2 %
Cu : 0,85 - 1,1 %, de préférence 0,9 - 1,0 %
Mn : 1,2 - 1,7 %, de préférence 1,2 - 1,4 %
Mg : 0,1 - 0,3 %, de préférence 0,1 - 0,21 %
Zn < 0,1 %
Ti 0,05 - 0,20 %, de préférence 0,06 - 0,15 %, plus préférentiellement 0,06 - 0,1 % optionnellement jusqu'à 0,15 % de Bi et/ou Y autres éléments < 0,05 % chacun et < 0,15 % au total, reste aluminium.
Les limites de composition de l'alliage de base peuvent se justifier de la manière suivante. Une teneur minimale en silicium de 0,10 % permet d'éviter d'utiliser une base pure, dont le coût est élevé. Par ailleurs, dans les alliages contenant du magnésium, le silicium contribue à la résistance mécanique par formation de précipités Mg2Si. Au-delà de 0,30 %, le silicium peut avoir une influence défavorable sur la résistance à la corrosion, à cause de la formation de dispersoïdes au manganèse AIMnSi et AIMnFeSi.
Une teneur en fer limitée à moins de 0,25 % est également favorable à la résistance à la corrosion et à la formabilité, mais il n'est pas nécessaire de descendre à des teneurs très faibles < 0,15 % qui conduiraient à des prix de revient élevés.
Le cuivre est un élément durcissant qui contribue à la résistance mécanique, mais, au-delà de 1,1 %, il se forme des composés intermétalliques grossiers à la coulée qui nuisent à l'homogénéité du métal et constituent des sites d'initiation de la corrosion. De plus, au-delà de 1,1 %, la coulabilité de l'alliage se dégrade et le solidus de l'alliage d'âme devient trop faible, rendant la plage de température de brasage trop faible.
Le manganèse est dans des limites voisines de celles de l'alliage 3003 ; il contribue à la résistance mécanique et à la résistance à la corrosion. La coulabilité de l'alliage est réduite au-delà de 1,4 % Mn.
Le magnésium a un effet favorable sur la résistance mécanique. Par contre, il est néfaste à la brasabilité, dans la mesure où il migre à la surface du placage et forme un oxyde MgO, voire réduit l'efficacité du flux. Pour cette raison, sa teneur doit être limitée à 0,3 %. Pour des applications très exigeantes, il peut être nécessaire de supprimer totalement le magnésium.
Une addition limitée de zinc peut avoir un effet bénéfique sur la résistance à la corrosion, en modifiant les mécanismes électrochimiques, notamment pour les alliages les plus chargés en cuivre. Elle doit rester cependant en dessous de 0,2 % pour éviter une trop forte susceptibilité à la corrosion généralisée.
La présence de Bi et/ou Y peut permettre de réaliser un brasage sans flux.
Alliage d'aluminium de brasage
Les bandes selon la présente invention ont une épaisseur généralement comprise de 0,05 à 3 mm, de préférence de 0,1 à 1,8 mm, en fonction du type de pièce fabriquée, et peuvent être plaqués d'un alliage de couverture, qui peut être soit un alliage de brasage, soit un alliage jouant le rôle d'anode sacrificielle pour protéger la pièce de la corrosion tel qu'un alliage au zinc comme l'alliage 7072.
L'alliage de brasage est de la famille des alliages 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, la bande selon la présente invention est plaquée sur une ou deux faces d'un alliage d'aluminium de brasage, de préférence un alliage 4xxx comprenant de 4 à 13 %, de préférence de 6 à 11 % en masse de Si et jusqu'à 0,5 %, de préférence jusqu'à 0,3 % en masse de Fe.
De préférence, l'alliage d'aluminium de brasage comprend (% en masse) :
Si : de 5 à 13 % ;
Fe : jusqu'à 1 % ;
Cu : jusqu'à 0,4 %, de préférence jusqu'à 0,1 % ;
Mn : jusqu'à 0,2 %, de préférence jusqu'à 0,1 % ;
Mg : jusqu'à 0,3 %, de préférence jusqu'à 0,1 % ;
Zn : jusqu'à 0,2 %, de préférence jusqu'à 0,1 % ;
Ti : jusqu'à 0,30 %, de préférence jusqu'à 0,1 % ; 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 brasage selon la présente invention. Sa composition est, en % en masse : de 9 à 11 % de Si, jusqu'à 0,8 % de Fe, jusqu'à 0,30 % de Cu, jusqu'à 0,05 % de Mn, jusqu'à 0,05 % de Mg, jusqu'à 0,10 % de Zn, jusqu'à 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 jusqu'à 0,6 % de Fe.
A titre d'exemple, la composition précédente comprend de préférence jusqu' à 0,1 % 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 % en masse : de 6,8 à 8,2 % de Si, jusqu'à 0,8 % de Fe, jusqu'à 0,25 % de Cu, jusqu'à 0,10 % de Mn, jusqu'à 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 jusqu'à 0,3 % de Fe. A titre d'exemple, la composition précédente comprend de préférence jusqu' à 0,1 % de Cu. De préférence, l'alliage de brasage selon la présente invention ne comprend pas de Mg.
On peut également utiliser comme placage, sur l'une des faces, un alliage d'aluminium à effet d'anode sacrificielle, notamment un alliage contenant du zinc, tel que l'alliage 7072.
Alliage d'aluminium intercalaire
De préférence, la bande selon la présente invention est plaquée sur une ou deux faces d'un alliage d'aluminium dit intercalaire, placé entre l'âme et l'éventuel alliage de brasage, de préférence comprenant (en % massique) :
Si : jusqu'à 0,5 %, plus préférentiellement jusqu'à 0,2 % ;
Fe : jusqu'à 0,7 %, plus préférentiellement jusqu'à 0,3 %, encore plus préférentiellement jusqu'à 0,2 % ;
Mn : de 0,3 à 1,4 %, plus préférentiellement de 0,6 à 0,8 %, selon une variante de 1 à 1,3 % ; Cu : jusqu'à 0,3 %, de préférence jusqu'à 0,1 %, encore plus préférentiellement jusqu'à 0,05 % ; autres éléments < 0,05 % chacun et < 0,15 % au total ; reste aluminium.
De préférence, l'alliage d'aluminium intercalaire de la bande selon la présente invention comprend (% en masse) : Si < 0,15 % ; Fe < 0,2 % ; Cu < 0,1 % ; Mn de 0,6 à 0,8 % ; Mg < 0,02 % ; autres éléments < 0,05 % et < 0,15 % au total, reste aluminium.
De préférence, l'alliage d'aluminium intercalaire est un alliage de la série AA3xxx.
Bande
De préférence, la bande selon la présente invention présente une résistance maximale en traction Rm (mesurée selon la norme ISO 6892-1 après brasage) supérieure à 180 MPa, plus préférentiellement supérieure à 190 MPa, encore plus préférentiellement supérieure à 195 MPa.
La bande selon la présente invention est une bande dite de brasage, qui peut servir à la fabrication de différentes parties d'un échangeur thermique, par exemple des tubes, des plaques, des collecteurs, etc.
Il a été constaté (mais non illustré dans les exemples) que la bande selon la présente invention permet d'améliorer le comportement en fatigue. D'autre part, il est à noter que l'absence d'homogénéisation de l'âme semble permettre d'améliorer davantage le comportement en fatigue.
Procédé L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'une bande, comprenant les étapes successives de :
- coulée d'une plaque en alliage d'âme ;
- placage éventuel avec au moins un alliage d'aluminium de brasage et éventuellement au moins un alliage d'aluminium intercalaire ;
- préchauffage à une température de 450 à 520°C de préférence avec un maintien à la température maximale pendant moins de 12 heures, plus préférentiellement pendant moins de 3h ;
- laminage à chaud sans homogénéisation préalable à une température de 450 à 520°C jusqu'à une épaisseur de 2 à 6 mm ;
- laminage à froid à l'épaisseur désirée, l'épaisseur de la bande après laminage à froid étant de préférence de 0,15 à 3 mm et
- recuit à une température de 240 à 450°C , de préférence de 240 à 380°C, avec un maintien à la température maximale pendant 10 minutes à 15 heures, de préférence pendant
20 minutes à 3 heures.
Selon une variante, l'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'une bande selon la présente invention, comprenant les étapes successives de :
- coulée d'une plaque en alliage d'âme ;
- homogénéisation de cette plaque à une température de 580 à 630°C pendant 1 à 24 heures ;
- placage éventuel avec au moins un alliage d'aluminium de brasage et éventuellement au moins un alliage d'aluminium intercalaire ;
- préchauffage à une température de 450 à 520°C de préférence avec un maintien à la température maximale pendant moins de 12 heures, plus préférentiellement pendant moins de 3h ;
- laminage à chaud de la plaque homogénéisée et éventuellement plaquée, à une température de 450 à 520°C jusqu'à une épaisseur de 2 à 6 mm ;
- laminage à froid à l'épaisseur désirée, l'épaisseur de la bande après laminage à froid étant de préférence de 0,15 à 3 mm et
- recuit à une température de 240 à 450°C , de préférence de 240 à 380°C, avec un maintien à la température maximale pendant 10 minutes à 15 heures, de préférence pendant
20 minutes à 3 heures.
De préférence, il n'y a pas de recuit intermédiaire dans les procédés selon la présente invention. Lorsqu'elle est destinée à des pièces avec une mise en forme importante, la bande peut être utilisée à l'état recuit (état O) en procédant à un recuit final à une température comprise entre 320 et 380°C, en four continu ou en four batch. Ce recuit conduit à la recristallisation de l'alliage et améliore la formabilité. Dans les autres cas, elle est utilisée à l'état écroui, qui conduit à une meilleure résistance mécanique, par exemple un état H14 ou H24 (selon la norme NF EN 515), ce dernier état étant obtenu par un recuit de restauration entre 250 et 300°C, évitant la recristallisation
Avant d'installer le matériau de placage, on peut procéder à une homogénéisation de la plaque d'alliage d'âme à une température comprise de 580 à 630°C. Cette homogénéisation est favorable à la ductilité de la bande laminée et elle est recommandée lorsque la bande est utilisée à l'état O. Elle favorise la coalescence des dispersoïdes au Mn.
Utilisation
L'invention a également pour objet un échangeur de chaleur réalisé au moins en partie à partir d'une bande selon la présente invention. L'invention a également pour objet l'utilisation d'une bande selon la présente invention, pour la fabrication d'un échangeur de chaleur, ladite bande présentant une résistance mécanique améliorée sans dégradation de la résistance à la corrosion ou de la brasabilité.
Les bandes selon la présente invention peuvent être utilisées dans la fabrication des radiateurs, notamment d'automobiles, tels que les radiateurs de refroidissement du moteur, les radiateurs d'huile, les radiateurs de chauffage et les refroidisseurs d'air de suralimentation, ainsi que dans les systèmes de climatisation.
Exemples
Quatre alliages ont été coulés, dont les compositions sont données dans le Tableau 1 ci-après en pourcentages massiques. L'alliage A est un alliage d'âme selon l'art antérieur. L'alliage B est un alliage d'âme selon la présente invention. L'alliage C est un alliage de brasage AA4343.
L'alliage D est un alliage utilisé comme alliage intercalaire.
[Tableau 1]
Les alliages décrits dans le Tableau 1 ci-avant ont été utilisés pour former des sandwichs à quatre couches selon la configuration suivante : alliage de brasage (alliage C - 7,5 % de l'épaisseur totale) alliage intercalaire (alliage D - 10 % de l'épaisseur totale) alliage d'âme (alliage A ou B - 75 % de l'épaisseur totale) alliage de brasage (alliage C - 7,5 % de l'épaisseur totale). Chaque configuration (avec âme A ou âme B) a été testée avec et sans homogénéisation (l'homogénéisation durant 8 heures à 610°C). Quatre échantillons ont donc été testés.
Après coulée, homogénéisation éventuelle de l'alliage d'âme et assemblage des couches, les sandwichs ont été préchauffés à 500°C pendant 1 à 8 heures et laminés à chaud à cette température jusqu'à une épaisseur totale de 3,5 mm. Ensuite, les sandwichs ont été laminés à froid sans recuits intermédiaires jusqu'à une épaisseur totale finale de 480 pm. Enfin, les bandes obtenues ont été soumises à un recuit pour obtenir un état métallurgique O, à 360°C pendant 1 heure pour les bandes ayant une âme homogénéisée, et à 430°C pendant 1 heure pour les bandes ayant une âme non-homogénéisée.
Un brasage a ensuite été réalisé dans un four batch pendant 2 minutes à 600°C. Propriétés mécaniques
Les caractéristiques mécaniques des bandes obtenues précédemment (résistance à la rupture Rm exprimée en MPa, limite d'élasticité à 0,2 % Ro ,2 exprimée en MPa et l'allongement A exprimé en %) ont été mesurées (avant et après brasage), selon la norme ISO 6892-1. Les résultats sont présentés dans le Tableau 2 ci-après. [Tableau 2]
Après brasage, les bandes ayant une âme selon la présente invention ont présenté une augmentation significative des propriétés mécaniques, avec ou sans homogénéisation.
Les bandes ayant une âme selon la présente invention ont présenté un allongement du même ordre de grandeur que les bandes ayant une âme selon l'art antérieur. L'allongement a été amélioré avec l'homogénéisation de l'âme pour les deux alliages d'âme testés. Avant brasage, l'allongement est le critère principal pour assurer une ductilité suffisante pour l'emboutissage. L'allongement a été du même ordre de grandeur pour les deux âmes testées. L'allongement a été amélioré avec l'homogénéisation de l'âme pour les deux alliages d'âme testés.
Dans le cas d'une bande ayant un état métallurgique O, l'homogénéisation de l'âme semble préférable parce qu'elle semble permettre une meilleure élongation. D'autre part, il est supposé que l'homogénéisation de l'âme permet de réduire la sensibilité à la dissolution au cours du brasage en comparant avec une âme non-homogénéisée.
Résistance à la corrosion
La résistance à la corrosion a été déterminée sur des échantillons comme ceux présentés précédemment, avec une âme homogénéisée, mais sur la face sans alliage intercalaire. Le test SWAAT (sea water acetic acid test) selon la norme ASTM G85 A3 a été utilisé pendant 4 semaines.
Des échantillons de dimension 45 mm (L) x 65 mm (TL) x 0,22 mm (TC) ont été prélevés sur chaque tôle (voir Figure 1). Les échantillons ont été dégraissés à l'acétone. Afin d'exposer uniquement la face à tester, les bords ainsi que le dos de l'échantillon ont été protégés respectivement avec de la silicone et un adhésif. La surface testée mesurait environ 40 mm (L) x 60 mm (TL) étant donné une protection des bords de 5 mm environ. La surface exposée au test de corrosion était d'environ 2400 mm 2 ± 100.
Le test SWAAT est un test cyclique composé d'une phase de brouillard de 30 min et une phase humide de lh30. Il se déroule à une température de 49°C. Après 4 semaines de test SWAAT, les échantillons ont été rincés à l'eau chaude et décapés pendant 10 min à l'acide nitrique à 70 %. A l'issue de ce décapage des micrographies en coupe (sens L x TC) ont été effectuées : 4 bandes de 40 mm (L) x 10 mm (TL) x 0,22 mm (TC) ont été découpées comme indiqué dans la Figure 2.
D'autre part, des micrographies optiques représentatives ont été prises sur les 4 bandes. On a alors effectué une mesure de la profondeur maximale d'attaque par champs successifs à un grandissement x50 en parcourant l'ensemble de la coupe (voir la Figure 3).
Plus précisément, sur les 4 bandes observées, c'est la profondeur maximale affectée par la corrosion qui a été mesurée à un grandissement x50 et relevée pour chacun des champs micrographiques successifs. On a alors obtenu une population de profondeurs de corrosion qui ont été classées de la plus faible profondeur à la plus élevée. Cette population croissante a alors été représentée sur un graphique avec en abscisses les profondeurs de corrosion classées de manière croissante et en ordonnées leur fonction de distribution correspondante, représentée par la fonction n/(N+l), n'étant le rang au sein de la population et N la taille de la population.
La Figure 4 présente la distribution de profondeur de corrosion pour les deux échantillons testés. La Figure 5 présente une micrographie des échantillons testés après 4 semaines de test SWAAT.
Les Figures 4 et 5 permettent de voir que l'échantillon ayant l'âme selon la présente invention (B) a présenté une meilleure résistance à la corrosion par rapport à l'échantillon ayant une âme selon l'art antérieur (A).
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