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" AGENT DE SOUDAGE POUR LA SOUDURE TENDRE DE L'ALUMINIUM"
La soudure tendre ou rapide des objets en aluminium présente de grandes difficultés parce que l'oxyde d'aluminium qui recouvre la surface de l'aluminium, contrairement à ce qui a lieu avec la plupart des autres oxydes métalliques, ne peut pas être éliminé ou réduit par la plupart des agents de soudage connus tels que la graisse à souder, la résine, la colophane, l'acide tartrique, l'acide citrique, etc. En conséquence, on a cherché jusqu'ici à enlever la couche d'oxyde qui recouvre l'aluminium, avant ou pendant la soudure ellemême , par frottement mécanique ou par dissolution chimique.
Pour la dissolution, on a déjà indiqué différents moyens dont l'efficacité, en tant qu'agents solvants de l'oxyde, repose sur l'utilisation de chlorures métalliques anorganiques. Par
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exemple, on a utilisé les chlorures de zinc et de calcium ainsi que de magnésium.
Toutefois, ces décapants présentent l'inconvénient que la température à laquelle se produit l'action de mise en solution de l'oxyde est trop élevée. En ce cas, le décapant n'agit que lorsque la soudure est déjà fondue depuis longtemps.
En outre, avec ces décapants, on ne peut pas obtenir de soudures résistant même tant soit peu à la corrosion car les différents constituants de l'agent restent, au point de soudure, dans leur forme primitive ou dans une forme modifiée par la température de soudure et ils donnent lieu rapidement à des phénomènes de corrosion. Les sels résiduels, provenant du décapant du fait de la décomposition de l'acide chlorhydrique et qui consistent essentiellement en oxy-chlorures, agissent de façon particulièrement désavantageuse sur la longévité de la soudure. Ces sels se'dissolvent facilement dans la soudure fondue, ils donnent lieu à la formation de pores et de cavités dans le filet de soudure et ils provoquent une détérioration du joint en très peu de temps du fait de réactions électro-chimiques entre le filet de soudure et l'aluminium.
De tout ceci, il résulte que l'on ne peut obtenir, avec des agents de soudage de ce genre des soudures durables et parfaites.
Le chlorure d'ammonium, que l'on a en outre proposé déjà, présente bien un bon effet de décapage et n'a pas l'inconvénient de laisser dwa résidus à l'endroit de la soudure ; toutefois, on ne peut l'envisager pour la soudure de l'aluminium, car il n'a pas de point de fusion mais se vaporise 'immédiatement à la chaleur de la soudure et se sublime alors.
Pour cette raison, il ne peut pas constituer un fondant,
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c'est-à-dire qu'il ne peut provoquer la coulée du métal de soudure fondu en tous les endroits de la soudure, dans les intervalles compris entre les objets métalliques à réunir.
On pourrait songer à compenser cette propriété du chlorure d'ammonium par addition d'un fondant spécial comme cela a déjà été proposé dans le cas des agents de soudage ordinaires.
Mais, également en ce cas, on ne peut obtenir un résultat parce que le chlorure d'ammonium, du fait de sa vaporisation instantanée, n'est pas en mesure de décaper toute la surface à souder de façon suffisamment sûre.
Les autres procédés indiqués précédemment qui consistent, avant la soudure proprement dite, à préparer les surfaces d'aluminium à réunir au moyen d'une opération spéciàle pour leur permettre de recevoir la soudure, d'une part, n'ont trouvé qu'une faible application du fait de la dépense qu'ils entraînent en travail supplémentaire et, d'autre part, ne donnent pas un résultat certain car le faible temps qui s'écoule entre la préparation de l'endroit de la soudure et l'apport de métal de soudure suffit fréquemment pour qu'il se forme à nouveau des pellicules d'oxyde.
La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients ci-dessus indiqués qui se produisent dans la soudure de l'aluminium et de permettre de faire rapidement des soudures de ce genre dans lesquelles des corrosions ne sont pas provoquées de prime abord par les résidus de fondants inclus.
La présente invention est basée sur le fait que le chlorure d'ammonium présente une série de propriétés qui sont nécessaires dans la soudure de l'aluminium car sa base NH3 disparait, sans laisser de résidus, à la chaleur de la soudure.
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Dans le cas du chlorure d'ammonium, le décapant est sans aucun doute l'acide chlorhydrique, c'est-à-dire l'acide d'halogène.
Des essais poussés ont permis de constater que lorsque l'on remplace les atomes ammoniaque-hydrogène du chlorure d'ammonium par des alcoyles aliphatiques (radicaux méthyle, radical d'éthyle, etc.) on obtient des dérivés organiques du chlorure d'ammonium qui présentent un point de fusion net. Au-dessus de ce point de fusion, se trouve une limite de température à laquelle ces dérivés organiques du chlorure d'ammonium se décomposent en une base libre et un acide libre. A ce moment , l'acide attaque la surface de l'aluminium et l'acide vaporisé en excès se recombine immédiatement à l'endroit de la soudure, avec la base organique et de ce fait, il est rendu inoffensif.
On a bien déjà proposé, pour des soudures ordinaires, d'utiliser êtes bases organiques ou leurs dérivés. Sous cette forme générale, le procédé connu n'est en aucune façon utilisable pour la soudure de l'aluminium ainsi que cela ressort de ce qui suit:
Du fait de la difficulté de l'attaque de l'oxyde d'aluminium, le décapant doit contenir des acides d'halogène.
Parmi les autres acides minéraux, on ne peut envisager l'acide sulfurique parce qu'il agit sur les bases organiques en les déshydratant ou les carbonisant. Le carbone ou le résidu brun et gras ainsi produit empêche le métal de soudure de couler ou même encore l'acide d'halogène d'accéder à la surface de l'aluminium. L'acide azotique agit de la même façon, il brûle complètement les bases organiques. D'autres acides présentent l'inconvénient d'avoir des points de fusion ou d'ébullition trop élevés et de laisser des résidus oxydés
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solides (comme cela est le cas par exemple de l'acide phosphorique) qui empêchent la soudure de couler.
De ce qui précède, il résulte que parmi les composés organiques, on ne peut envisager que ceux des acides d'halogène.
Mais, également, le choix de la base organique n'est pas indifférent. La raison de ceci tient vraisemblablement à la conductibilité calorifique élevée de l'aluminium qui empêche que l'agent de soudage soit maintenu toujours avec sécurité à la température suffisante. Les bases riches en carbone et en azote laissent par exemple, à l'endroit de la soudure, un résidu brun et gras qui empêche qu'il se forme une soudure parfaite. Les composés riches en oxygène donnent également lieu à des résidus de ce genre ou présentent d'autres défauts. Conformément à l'invention, on arrive à la conclusion que les sels d'halogène de bases amines riches en hydrogène et de leurs dérivés sont des agents de soudage utilisables pour l'aluminium.
Comme combinaisons riches en hydrogène, il faut comprendre celles qui présentent une teneur élevée en hydrogène par rapport à la teneur en carbone de la molécule. La comparaison entre la richesse en carbone et en hydrogène n'est donc pas basée sur la teneur pour cent mais sur le nombre des atomes de carbone et d'hydrogène présents dans la molécule.
Ces composés et leurs dérivés présentent en outre de leur propriété excellente de décapage, l'avantage qu'ils constituent des fondants tout à fait remarquables dont le rôle important justement dans la soudure de l'aluminium consiste à amener la .soudure à couler immédiatement aux endroits décapés.
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Parmi les sels d'halogène riches en hydrogène des bases aminés et de leurs dérivés, présentant les propriétés indiquées ci-dessus, se trouvent les composés de toutes les bases amines des séries aliphatiques, hydrogénées, carbocycliques et hétérocycliques, ainsi que les bases amines carbocycliques dont la richesse en carbone est compensée par substitution aliphatique dans le noyau ou sur l'azote de la base au moyen des atomes d'hydrogène introduits.
Comme exemples d'agents de soudage selon l'invention, on peut citer les suivants :
1. Chlorhydrate de méthylamine;
2. Chlorhydrate de diéthylamine;
3. Chlorhydrate ou hydrofluorure ou hydrobromure de triméthylamine;
4. Chlorhydrate d'éthylamine;
5. Bromhydrate de diéthylamine;
6. Chlorhydrate de triéthylamine;
7. Chlorhydrate de propylamine;
8. Chlorhydrate de butylamine; 9. Chlorhydrate d'éthylméthylamine;
10. Chlorhydrate de diéthylméthylamine;
11. Chlorhydrate de diéthylpropylamine;
12. Chlorhydrate de dipropylméthylamine;
13. Chlorhydrate de méthylaniline;
14. Chlorhydrate de diméthylaniline;
15. Chlorhydrate d'éthylaniline ;
16. Chlorhydrate de diéthylaniline;
17. Chlorhydrate de cyclohexylamine; 18. Chlorhydrate de pipéridine.
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Parmi les halogènes, les chlorures sont les meilleur marché, les fluorures ont la propriété de provoquer fortement la coulée tandis que beaucoup de bromures du fait de leurs propriétés hygroscopiques sont gênants. Les iodures sont la plupart du temps trop chers.
Tous les inconvénients des agents de soudage anorganiques utilisés jusqu'ici pour la soudure de l'aluminium sont supprimés avec les agents selon l'invention. Du fait de la température très basse à laquelle ces composés se décomposent et à laquelle ils agissent aussi bien comme décapants que comme fondants, il suffit de chauffer l'endroit de la soudure peu au-dessus du point de fusion de la soudure et cela à environ 275 . Il ne se produit de corrosion que dans la mesure inévitable due à la différence de potentiel entre le métal de soudure et l'aluminium en présence d'hu= midité. En tout cas, le décapant lui-même ne donne lieu à aucune corrosion.
La raison de cette propriété intéressante tient vraisemblablement à ce que, à la température de soudure basse, une partie de l'acide d'halogène est décomposée et peut attaquer l'aluminium pour la soudure, tandis que l'excès de l'acide chlorhydrique qui se vaporise se recombine immédiatement, à l'air, avec la base qui se vaporise également, pour donner un sel neutre. Il n'est pas possible d'avoir de corrosion par inclusion de matières de décomposition restantes, car il'ne se forme pas de résidus comme avec les agents de soudage anorganiques, au contraire, les constituants basiques se vaporisent sans résidus.
Les bases amines indiquées ainsi que leurs dérivés peuvent être appliqués dans la soudure de l'aluminium sous les formes les plus diverses, à savoir tels quels en les ré-
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pandant sur la soudure ou bien en mélanges secs ou humides, sous forme de poudre ou de pâte avec des grains ou de la poussière de métal de soudure, ou bien en combinaison avec ces derniers, sous forme de pastilles de soudure ainsi que sous forme de fils creux connus en métal de soudure, qui contiennent intérieurement le décapant et le fondant.
Avec l'agent selon l'invention, la soudure s'effectue particulièrement bien lorsque cet agent est utilisé sous forme d'une pâte métallique car, en ce cas, on a les résultats suivants qui sont importants précisément dans la soudure de l'aluminium :
1 Grâce au mélange intime de l'agent de soudage et du métal de soudure, au moment où le fondant ou le décapant est efficace, on est sur que le métal de soudure prend immé- diatement;
2 L'addition nécessaire pour avoir la forme pâteuse d'un agent plastifiant agit de façon calorifuge lors du refroidissement du métal de soudure de sorte qu'il peut se produire un joint de soudure uniforme et lisse. L'action désoxydante dont il est fait mention dans la littérature n'a pas pratiquement d'importance.
Comme exemples de réalisation de la présente invention, on a constaté que l'on obtenait des résultats intéressants avec un mélange pâteux de poussière métallique faite d'un alliage de 40% d'étain, 40% de zinc et 20% de cadmium ou 60% d'étain et 40% de zinc ou d'étain pur, avec 22% du décapant, par exemple du chlorhydrate de triméthylamine et 6 à 8% de vaseline, comme agent plastifiant.
Toutefois, on a constaté qu'en utilisant des décapants suivant l'invention en combinaison avec un métal de
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soudure, par exemple le premier mentionné dans l'exemple qui précède, le mélange pâteux n'est pas durable mais a tendance à se décomposer, ce qui donne lieu d'abord à une réduction des qualités de la soudure qui sans cela seraient bonnes, puis finalement peut rendre la pâte complètement inutilisable.
Des recherches faites pour trouver la cause de ces phénomènes ont amené à la constatation suivante : si l'on utilise comme sel d'halogène de la base amine organique, riche en hydrogène, par exemple le chlorhydrate de triméthylamine, le chlore est déjà séparé ioniquement par l'humidité de l'air, à peu près suivant la formule suivante : (CH3)3.NHCl = (CH3)3NH+ + Cl-.
Ce chlore qui existe comme ion chlore se combine alors avec le zinc'de la poussière de soudure pour donner du chlorure de zinc. Cependant, le chlorure de zinc est très hygroscopique et absorbe encore plus d'eau qui, du fait de l'action hygroscopique sur le chlorhydrate des bases qui se trouve dans la pâte, forme de nouveau de l'acide chlorhydrique qui attaque à son tour le zinc de l'alliage. En conséquence, dès qu'il s'est formé une première fois une quantité très faible de chlorure de zinc, l'opération de décomposition se continue de plus en plus rapidement.
On a indiqué ci-dessus que l'on peut ajouter un agent plastifiant à la pâte faite de décapant et de métal de soudure. Si cet agent plastifiant est de la vaseline, de l'huile de paraffine, de l'huile de vaseline, de l'huile de thérébentine ou autre substance analogue non hygroscopique, la poussière métallique est recouverte par cette substance dans une certaine mesure à la façon d'une enveloppe protectrice
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et la décomposition ne peut pas se faire aussi facilement.
De même, en utilisant de l'étain pur comme métal de soudure, les phénomènes en question ne se constataient pas dans une mesure telle qu'ils entraîneraient l'impossibilité complète d'utilisation de l'agent de soudage selon l'invention.
Or, d'une part, du fait des conditions économiques actuelles, il est à souhaiter d'utiliser, comme métal de soudure, au lieu d'étain pur, un alliage d'étain meilleur marché et d'autre part, il est à souhaiter que la possibilité d'utilisation de la pâte de soudure ne dépende pas du fait que l'on empêche de façon sûre l'accès de l'humidité de l'air, c'est-à-dire de la qualité de l'agent plastifiant.
Conformément à la présente invention, il est possible d'éviter la cause de la décomposition ci-dessus mentionnée des matières contenues dans la pâte de soudure. Ceci se fait en réunissant les bases amines organiques, riches en hydrogène, avec le sel d'halogène pour former un sel double ou une combinaison complexe de façon telle que l'halogène ne se sépare pas sous forme d'ion mais sous forme d'ion combiné à une oase par exemple d'ion chlorostannate.
L'invention utilise donc le fait connu que les sels dits doubles ou mieux les combinaisons complexes, du fait de la saturation de leur valence secondaire par d'autres groupes d'atomes fixent beaucoup mieux les différents éléments, et par conséquent ici l'halogène, alors que dans les composés décrits en premier lieu l'halogène n'est fixé que sous forme d'ion simple.
En fait, il était difficile de trouver une base qui était en mesure de fixer de cette façon l'halogène à l'intérieur
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d'un composé complexe. Les résultats indiqués plus haut concernant les propriétés de la pellicule d'oxyde se trouvant sur l'aluminium et à enlever lors de la soudure et concernant les conditions qui règnent lors de la soudure tendre de l'aluminium se sont montrés comme étant exacts de sorte que la solution du problème actuellement posé ne pouvait être résolue que dans la voie décrite plus haut, c'est-à-dire par conséquent en utilisant comme décapant un sel d'halogène d'une base amine organique, riche en hydrogène ou de ses dérivés.
En recherchant une base qui, à l'intérieur du composé complexe, ayant pour but de disparaître conformément à l'invention, pouvait entraîner fixation de l'halogène, on a trouvé l'étain.
Ce métal semble déjà être utilisable en soi, parce que sous l'état métallique il constitue lui-même la soudure et parce que, lorsqu'on l'utilise sous forme d'un composé, il peut être réduit relativement facilement lors de la soudure. Les soudures par réaction connues font usage de cette propriété de l'étain.
Parmi les composés de l'étain, le tétrachlorure d'étain (SnCl4) présente la propriété de se combiner facilement avec d'autres composés pour donner des sels doubles ou des composés complexes, en particulier, il forme, avec le chlorure d'ammonium ainsi qu'avec ses dérivés organiques, à savoir les chlorhydrates de bases amines, des composés complexes bien définis, se séparant par cristallisation. A partir du tétrachlorure d'étain, il se forme avec le chlorhydrate de triméthylamine, par exemple un composé complexe suivant la formule :
SnCl4.2 (CH3)3NHCl,
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ou écrit autrement : [(CH3)3.NH]2.SnCl6, ce composé, chlorostannate de triméthylamine est un sel blanc, non hygroscopique qui, en solution aqueuse, se décompose en donnant les ions :
2 (CH3)3.NH+ et SnCl6--.
Comme on le voit d'après la formule, lors de la décomposition ionique, il ne sc forme pas l'ion chlore mais l'ion SnCl6--.
Toutefois, cet ion ne se comporte pas de façon inactive vis- à-vis de la poussière métallique dans une pâte pour la sou- dure tendre de l'aluminium. Les pâtes pour la soudure tendre de l'aluminium ainsi fabriquées subsistent très longtemps, même en atmosphère humide, ainsi qu'on l'a constaté, même lorsque la poussière métallique renferme un pourcentage très élevé de zinc. Si la poussière métallique était de l'étain pur, il ne pourrait se produire absolument aucune décomposition.
Lorsque, conformément à l'invention, on utilise un composé complexe contenant de l'étain, le décapant luimême agit déjà comme soudure de réaction, c'est-à-dire que l'étain libéré pendant l'opération de soudure provoque la liaison de soudure, et dans beaucoup de cas, cette quantité d'étain seule peut déjà suffire pour la soudure. Eu égard au maniement plus simple et à la plus grande sécurité de l'effet, il est cependant à recommander d'ajouter encore à 1'agent de soudage un peu de métal de soudure supplémentaire sous l'une des formes connues, de préférence toutefois, sous forme de pâte.
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Pour la fabrication du composé complexe, on peut utiliser pratiquement toutes les bases amines organiques, riches en hydrogène (ou leurs dérivés), mentionnées plus haut, pourvu cependant que sous leur forme de sel double, elles présentent encore une phase liquide sensible. En fait, beaucoup de ces bases semblent ne plus présenter cette phase lorsqu'elles sont sous forme de composé complexe. Par exemple, le chlorhydrate de monométhylamine en combinaison avec le chlorure d'étain passe directement, à la chaleur, de l'état solide à l'état gazeux, de sorte qu'il ne peut agir à l'endroit de la soudure et qu'il ne convient pas pour la fabrication d'un agent'de soudage suivant l'invention.