FR2656876A1 - Composition de metal d'apport et methode pour son utilisation. - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne des compositions de métaux d'apport ainsi que des méthodes utilisant ces dernières. Les compositions sont à base de cuivre additionné d'étain et de silicium. Pour des applications de métallisation à chaud, on incorpore de l'aluminium dans la formulation. Grâce à la mise en uvre de l'invention, on réalise des améliorations notables de la contrainte d'adhérence et de la qualité du fini de surface.
Description
La présente invention a pour objet une composi-
tion de métal d'apport Elle vise également une méthode
pour l'utilisation de cette composition.
Il est connu dans le domaine de la technique de la présente invention que, au cours de la fabrication d'éléments métalliques, se développent sur ces derniers des imperfections de surface A titre illustratif, dans la technique automobile, des éléments de métal nu qui forment par la suite la carrosserie de l'automobile sont soudés ensemble De façon inhérente, dans ces techniques, il se produit une porosité dans le joint de soudure, ainsi que des vagues de soudure ou des déformations sur les surfaces métalliques au voisinage de la zone du traitement par
soudure.
Des considérations de qualité obligent que l'on remédie à de telles imperfections, et l'utilisation d'un métal d'apport pour soudure a été l'un des moyens utilisés dans la technique antérieure La technique de soudure est toutefois désavantageuse du point de vue de la perte de
temps, mais également du fait qu'un fondant est néces-
saire, surgissent alors les problèmes de toxicité et plus
tard d'élimination du fondant.
Un moyen approprié couramment utilisé pour se substituer au métal d'apport pour soudure est un alliage au bronze de silicium, et un matériau de ce type dont les demandeurs ont connaissance renferme environ 2,8 à 4,0 % de silicium Le bronze de silicium présente l'avantage
significatif sur le métal d'apport pour soudure d'écono-
mies importantes de temps, étant donné qu'il peut être appliqué sur les surfaces métalliques par métallisation à chaud Lorsque l'on utilise une technique de fusion à
l'arc électrique, il se produit moins de transfert thermi-
que vers le substrat et en conséquence moins de déforma-
tion de ce dernier Toutefois, dans l'environnement d'assemblage d'éléments nus d'automobile, en feuilles d'acier, dans lequel la séquence habituelle d'étape est le soudage, le meulage, la métallisation à chaud et le polissage, même l'utilisation d'un bronze au silicium en tant que matériau métallisable se traduit par des résul- tats désavantageux En bref, dans le second stade de meulage qui vient d'être mentionné, le temps et les matériaux perdus dans la mise en oeuvre de celui-ci se sont avérés tout à fait appréciables En outre, une fois terminée les quatre étapes brièvement spécifiées, des résultats inférieurs aux résultats optimaux sont souvent notés dans les domaines des contraintes de liaison et des
aspects de surface.
Les demandeurs ont découvert que l'on obtient des résultats fortement améliorés dans le revêtement d'une pluralité de substrats métalliques nus par pulvérisation thermique ou métallisation à chaud sur ceux-ci d'une composition à base de cuivre renfermant de l'étain, du silicium et de l'aluminium Dans une mesure plus large, et avant la métallisation à chaud, la composition de la présente invention sans la présence d'aluminium peut être
utilisée dans la fabrication de construction soudée.
Toutefois, tout au long de la description, on notera que
la présente composition renfermant de l'aluminium, lors-
qu'elle est utilisée pour des applications de soudure, de l'hélium plutôt que de l'argon constitue le gaz inerte de
protection habituellement utilisé En outre, la composi-
tion de la présente invention sans la présence d'aluminium peut être métallisée à chaud, bien que des contraintes optimales de liaison ne puissent être à tout instant obtenues. Dans la mise en oeuvre de la présente invention, on utilise de préférence un pistolet pulvérisateur à arc électrique, bien qu'un pistolet de métallisation par combustion puisse parfois s'avérer approprié Le fil qui
approvisionne le pistolet est de préférence un fil d'ap-
port fourré, mais du fil solide est également dans le domaine d'application de la présente invention Si l'on utilise un diamètre de fil de 0,114 cm, la composition de cette invention présente des maximum supérieurs à environ
,0 % d'étain, jusqu'à approximativement 2,0 % de sili-
cium, jusqu'à environ 2,0 % d'aluminium, le reste étant du cuivre Si le diamètre du fil choisi est de 0,157 cm, les gammes maximales des ingrédients de la composition de l'invention vont jusqu'à environ 20,0 % d'étain, jusqu'à approximativement 5,0 % de silicium, jusqu'à environ 2,0 % d'aluminium, le reste étant du cuivre Si l'on opère comme ci-dessus, des résultats fortement améliorés sont obtenus, en particulier en ce qui concerne les contraintes de
liaison et les finis de surface qui sont exempts de vide.
On décrira dans ce qui suit une forme de réalisa-
tion préférée de l'invention.
Bien que les demandeurs ne souhaitent pas être limités par une théorie particulière, il semblerait que l'aluminium et l'étain dans la composition de la présente invention contribuent dans une mesure importante au nouveau résultat spécifié ici et dans ce qui suit Du
point de vue de la contrainte d'adhérence ou de l'adhé-
rence du revêtement sur un substrat nu métallique, l'alu-
minum semble se combiner avec l'oxygène dans l'atmosphère, en réalisant une réaction exothermique Ceci, à son tour, fournit de la chaleur aux particules de cuivre, d'étain et de silicium dans la composition, et lorsqu'elles sont ainsi portées à une température relativement élevée, ces particules adhèrent bien au substrat nu métallique par une liaison mécanique plutôt que métallurgique Des données
comparatives sur les contraintes de liaison de la composi-
tion de l'invention et d'un alliage connu en bronze de
silicium seront spécifiées dans ce qui suit.
La présence d'étain dans la composition de la présente invention semble d'autre part contribuer de façon significative à un finissage de surface visiblement uni et exempt de vide, ainsi qu'à un aspect correspondant de facilité de capacité de polissage Il est possible que l'étain forme également un oxyde avec l'atmosphère et se combine avec le cuivre pour former un alliage qui est plus ductile par comparaison avec le bronze au silicium Bien que d'autres théories puissent exister en ce qui concerne l'interaction qui se produit entre l'étain et les autres
ingrédients de la présente formulation pendant la métalli-
sation à chaud, il s'est avéré dans la mise en oeuvre actuelle que pendant le second stade de polissage noté plus haut, il se produit ce qui peut être désigné comme un
"décapage" ou "aptitude au polissage" du fini de surface.
En d'autres termes, il existe une aptitude au mélange nettement améliorée, indiquant même à l'oeil nu une
absence de vides et de porosité dans le fini de surface.
Par constrate, le matériau à base de bronze au silicium présentement utilisé dans la métallisation
thermique pour des application automobiles spécifiées ci-
dessus, semble être un alliage beaucoup plus dur En conséquence, un nombre beaucoup plus élevé de disques de polissage est habituellement nécessaire en raison de
l'encrassement de ceux-ci du fait de la dureté de l'al-
liage, et en conséquence le temps nécessaire pour réaliser un fini de surface acceptable du point de vue industriel
est sensiblement plus important.
Les limites supérieures approximative des ingrédients de la composition selon l'invention pour des applications de métallisation à chaud ont été spécifiées ci-dessus, en notant qu'il existe une relation en fonction
du diamètre du fil Plus spécifiquement, dans un traite-
ment réalisé actuellement, les compositions suivantes ont été utilisées:
DESIGNATION ETAIN SILICIUM ALUMINIUM CUIVRE
A 5,5 2,0 1,0 jusqu'à 100 parties B 5,5 2,0 jusqu'à l O Oparties C 9,5 2, 0 1,5 jusqu'à 100 parties Les constituants sont en parties en poids, en se
basant sur 100 parties.
Le composé "B" est particulièrement bien appro-
prié pour des applications de soudure, bien qu'il puisse être utilisé dans des applications de métallisation à chaud en sacrifiant dans une mesure modeste la contrainte d'adhérence Les composés "A" et "C" présentent une
utilité plus importante pour des applications de métalli-
sation à chaud, bien que, comme cela est spécifié ci-
dessus, ils peuvent être utilisés pour la soudure, si de l'hélium est utilisé à la place de l'argon comme gaz
inerte de protection.
A titre d'exemple, on fabrique une certaine quantité de fils d'apports fourrés à partir d'une bande essentiellement en cuivre et dans laquelle la matière d'apport est le composé "A" tel que spécifié ci-dessus Le diamètre du fil est approximativement de 0,114 cm et ce fil est introudit dans un pistolet de pulvérisation à arc électrique modèle 8830 fabriqué par TAFA Incorporated de Concord, New Hampshire Si l'on utilise un fil d'appport
fourré du diamètre indiqué, on règle le pistolet pulvéri-
sateur sous une tension de 28 afin de délivrer un fin brouillard sous une pression de 27,58 x 104 Pa Un certain nombre de plaques nues en acier, mesurant 20 x 20 cm sont soumises à une pulvérisation jusqu'à obtenir une épaisseur de revêtement d'environ 0,114 cm Une technique identique est mise en oeuvre avec un fil au bronze de silicium, que
l'on estime renfermer 2,8 à 4,0 % de silicium.
Les deux séries de plaques revêtues sont ensuite testées de la manière suivante afin de déterminer les contraintes d'adhérence des deux types de revêtement Sur les surfaces revêtues de deux plaques, chaque paire ayant été pulvérisée avec la composition "A" et l'autre avec du
bronze au silicium, on a appliqué un ciment époxy disponi-
ble dans le commerce, que l'on estime posséder une con- trainte d'adhérence de 6,895 à 8,274 x 107 Pa Ceci est considéré comme tout à fait significatif, étant donné que cela indique clairement qu'il existe peu de probabilités que le revêtement de la présente invention ne s'écaille sur la surface nue métallique qui fera partie en fin de compte d'un élément de carrosserie automobile sujet à des secousses, des chocs ou d'autres conditions routières
plutôt intenses.
La facilité d'aptitude au polissage et la qualité
du fini de surface obtenues sont des facteurs supplémen-
taires dans lesquels les améliorations notables provien-
nent de la mise en oeuvre des nouveaux concepts de la présente invention On estime que la présence d'étain dans la composition contribue dans une large mesure dans ce
domaine à réaliser, après dépôt avec les autres ingré-
dients, ce qui est intitulé un fini "plus uni" La vitesse de polissage est améliorée du point de vue qu'un nombre plus faible de disques de polissage sont nécessaires afin d'obtenir un fini de surface exempt de défaut d'aspect, par comparaison avec un dépôt de bronze au silicium De cette façon, les économies de temps et de matériau sont tout à fait significatives La qualité du fini de surface est considérée comme critique dans la fabrication des éléments de carrosserie automobile Le revêtement initial de la surface, ou bien le sous-revêtement, tel que préparé de la façon décrite ci-dessus, est en effet doublé dans les prix de revient de peinture subséquents En d'autres
termes, les rides, ondulations, vides ou d'autres imper-
fections du revêtement d'une surface métallique nue se trouvent dans les revêtements de peinture appliqués en dernier et y sont clairement visibles Une haute qualité du fini de surface du revêtement initial de surface est en
conséquence fortement importante.
Les demandeurs ont noté que des différences appréciables se produisent dans le fini de surface obtenu à partir du métal d'apport de la présente invention et celui obtenu à partir d'un bronze au silicium En mettant en oeuvre les mêmes disques abrasifs utilisés dans des
usines de fabrication d'éléments de carrosserie automo-
bile, le métal d'apport selon la présente invention, désigné en tant que composition "A" ci-dessus, est bien poli pendant les passes du disque de polissage et il se produit un mélange excellent dans le finissage à mesure que les passes se déroulent Le fini terminé présente un polissage ou un mélange très bien dans l'acier, ce qui indique une qualité élevée Dans les traitements réalisés jusqu'à présent, des résultats semblables n'ont pas été réalisés à partir d'un revêtement à base de bronze au silicium. Les changements et les modifications dans les formulations et les techniques de la présente invention ont été décrits ici, et ces changements ainsi que d'autres peuvent évidemment être mis en oeuvre sans s'écarter de l'objet de la présente invention ni de la protection
conférée par les revendications annexées.
Claims (9)
1 Une méthode d'application d'un métal sur des surfaces métalliques qui comporte des vides, méthode dans laquelle on introduit dans lesdits vides afin de les remplir en pratique d'un alliage à base de cuivre qui renferme de l'étain et du silicium, et à polir ledit alliage dans lesdits vides afin de lui conférer un fini
uni de surface.
2 Une méthode de préparation d'un revêtement
fortement résistant sur une surface métallique pratique-
ment nue, présentant des vides, méthode dans laquelle on applique sur ladite surface un alliage de cuivre, d'étain, de silicium et d'aluminium pour remplir pratiquement lesdits vides, après quoi on polit ladite surface pour lui
conférer un fini texturé uni et exempt de vide.
3 Une méthode de revêtement d'une surface métallique pratiquement nue, présentant des imperfections, méthode dans laquelle on soumet cette surface à une métallisation à chaud au moyen d'un alliage à base de
cuivre renfermant de l'étain, du silicium et de l'alumi-
nium afin de masquer lesdites imperfections et de réaliser sur ladite surface un revêtement hautement résistant, après quoi on polit ladite surface revêtue pour lui conférer un fini de surface uni et pratiquement exempt de
défauts d'aspect.
4 Une méthode de revêtement telle que définie dans la revendication 3, dans laquelle l'alliage renferme jusqu'à environ 20 % d'étain, jusqu'à approximativement % de silicium, jusqu'à environ 2 % d'aluminium, le reste
étant du cuivre.
Une méthode de revêtement telle que définie dans la revendication 3, dans laquelle l'alliage renferme jusqu'à environ 15 % d'étain, jusqu'à approximativement 2,0 % de silicium, jusqu'à environ 2,0 % d'aluminium, le
reste étant du cuivre.
6 Une méthode de revêtement telle que définie dans la revendication 3, dans laquelle l'alliage renferme
environ 5,5 % d'étain, approximativement 2,0 % de sili-
cium, environ 1,0 % d'aluminium, le reste étant du cuivre.
7 Une méthode de revêtement telle que définie dans la revendication 3, dans laquelle l'alliage renferme
environ 9,5 % d'étain, approximativement 2,0 % de sili-
cium, environ 1,5 % d'aluminium, le reste étant du cuivre.
8 Un fil pour la métallisation à chaud de surfaces métalliques nues, présentant des imperfections, ledit fil étant réalisé en un alliage à base de cuivre
renfermant de l'étain, du silicium et de l'aluminium.
9 Un fil tel que défini dans la revendication 8, dans lequel le fil est un fil d'apport fourré, et dans lequel l'étain est présent en une quantité allant jusqu'à environ 20,0 %, le silicium est présent en une quantité allant jusqu'à approximativement 5,0 % et l'aluminium est
présent en une quantité allant jusqu'à environ 2,0 %.
Un fil tel que défini dans la revendication 8, dans lequel le fil est un fil d'apport fourré, et dans lequel l'étain est présent en une quantité d'environ ,5 %, le silicium est présent en une quantité d'approxi-
mativement 2,0 % et l'aluminium est présent en une quan-
tité d'environ 1,0 %.
11 Un fil tel que défini dans la revendication 8, dans lequel le fil est un fil d'apport fourré, et dans lequel l'étain est présent en une quantité d'environ
9,5 %, le silicium est présent en une quantité d'approxi-
mativement 2,0 % et l'aluminium est présent en une quan-
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