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Feuille composite d'aluminium ou d'alliage d'aluminium.
Cette invention concerne des feuilles d'aluminium ou d'al- liage d'aluminium, qui sont recouvertes d'un métal de brasure.
Il est déjà connu que des feuilles composites ont été constituées par de l'aluminium ou un alliage d'aluminium recou- vert d'un métal de brasure consistant en du silicium et de l'alu- minium en proportions telles que l'on obtient un alliage de re- vêtement à bas point de fusion. Un tel matériau peut être brasé soit au four ou dans des bains de flux, mais avec un tel produit l'emploi d'un flux de brasage est essentiel. Il est connu égale- ment que l'on peut utiliser un alliage de brasage constitué de silicium et d'aluminium essentiellement comme décrit ci-dessus comme soudure de brasage. Dans ces cas également l'emploi d'un flux de brasage et de hautes températures est nécessaire.
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Avec la technique ci-dessus les températures en jeu sont élevées et lorsqu'on réduit par une addition d'un troisième mé- tal les points de fusion des alliages à base de silicium et d'a- luminium, le métal résultant devient si fragile qu'il ne peut su- bir les traitements de laminage.
En conséquence, dans le cas de feuilles d'alliage d'alumi- nium recouvertes par l'eutectique silicium-aluminium le nombre d'alliages qui peuvent être assemblés par cette méthode est li- mité à ceux ayant des points de fusion supérieurs aux températu- res de brasure qui doivent être employées.
La présente invention a pour objet de fournir un type nouveau ou amélioré de feuille composite d'aluminium ou d'allia- ge d'aluminium dans lequel une paire de telles feuilles peuvent être brasées ensemble très rapidement sans emploi de flux de bra- sage et sans les autres inconvénients rencontrés dans l'emploi d'un métal de brasure constitua de silicium et d'aluminium et dans lequel le métal de brasure utilisé présente une zone de tem- pérature dans laquelle le métal est plastique, zone qui est suffi- samment large pour permettre une éxécution facile de l'opération de brasure et dans laquelle la température supérieure de la zone de fusion, c'est-à-dire, le domaine dans lequel le métal de bra- sure est plastique par opposition à l'état complètement liquide,
est suffisamment basse que pour permettre aux feuilles composites d'être utilisées avec succès dans les opérations de brasure pour des buts métallurgiques dans lesquels la température maximum que l'on peut atteindre sans danger est relativement limitée.
La présente invention est basée sur le fait que le zinc et l'aluminium for'nent un eutectique à 96 % de zinc, eutectique qui a un point de fusion de 382 C., de sorte que pour un alliage constitué de 90 % de zinc et 10 % d'aluminium la température du solidus de cet alliage- est supérieure au point de fusion de l'eu- tectique qui est de 382 C., la température du liquidus pour cet
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alliage étant approximativement 425 C., c'est-à-dire, l'alliage a une zone de fusion de quelque 43 Centigrade.
Un tel domaine de fusion est amplement suffisant pour des opérations de brasure mais la température du liquidus, c'est-à- dire, la température supérieure du domaine de fusion, est préci- sément trop élevée pour la sécurité- dans certaines opérations de brasure pour des buts métallurgiques et avec une teneur en zinc plus faible la température du liquidus serait encore plus haute que la valeur correspondant à une teneur en zinc de 90 %.
Si l'on augmente la teneur en zinc au-dessus de 90 % vers l'eutectique de 96 % de zinc, la température du liquidus tombe de façon continue de sorte que la zone de fusion c'est-à-dire le domaine dans lequel l'alliage zinc aluminium est plastique, est réduite progressivement jusqu'à ce que pour une teneur en zinc de 95% la température du liquidus devienne approximative- ment de 3890 C. à 390 C., donnant une zone de fusion de quelque 7 à8 Centigrade, zone de fusion qui est considérée- comme prci- sément insuffisante pour exécuter avec une facilité convenable des opérations de brasure.
Avec ces considérations à l'esprit et en vue l'objet men- tionné plus haut, suivant la présente invention nous proposons une feuille composite de métal comprenant une feuille d'aluminium ou d'alliage d'aluminium pourvue d'un revêtement d'un métal de bra- sure consistant en un alliage de zinc et d'aluminium renfermant plus de 90 % de zinc mais moins de 95 % de zinc.,
En recouvrant la feuille d'une couche de métal de brasure ayant une telle composition, la température supérieure de fusion du métal de brasure, c'est-à-dire la température- du liquidus, ne dépasse jamais la température maximum qui peut être employée avec sûreté dans certaines opérations métallurgiques, c'est-à-dire, la température supérieure de fusion du métal de brasure est toujours en-dessous de la température supérieure de 4250 C.
signalée plus
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haut tandis que en même temps la zone minimum de fusion corres- pondant à la teneur en zinc maximum est toujours plus grande que la zone de fusion correspondant à une teneur en zinc de 95% que, comme dit plus haut, nous avons trouvée précisément insuf- fisante pour exécuter la brasure avec une facilité convenable et avec l'assurance qu'un brasage satisfaisant peut être obtenu.
En fait, nous trouvons que le mieux est de travailler a- vec une limite supérieure pour la teneur en zinc du métal de bra- sure ne dépassant pas 94 % parce que cela donne une plus grande zone de fusion pour le métal de brasure, et en fait notre limte supérieure préférée pour la teneur en zinc est aussi basse que 92 %
Sous ce rapport, il faut noterque, lorsque la teneur en zinc de l'alliage continue à croître au-delà de 90 %, la tera- ture du liquidus, c'est-à-dire la température supérieure de fusion continue à descendre. Par exemple, avec- 91 % de zinc la tempéra- ture du liquidus est approximativement 417 C. A 92 % de zinc la température du liquidus est approximativement 409 C.
A 93,5 % de zinc la température du liquidus est approximativement 399 C., la température du solidus restant dans chaque cas à 382 C., de sor- te que bien que la zone de fusion diminue quand la teneur en zinc augmente cette zone reste encore relativement importante.
On notera en outre que la composition du métal de brasure de la feuille composite est telle qu'elle se situe du côté de l'aluminium de l'eutectique considéré plus haut, et en conséquen- ce le métal de brasure quand il est fondu exerce une action dis- solvante relativement faible sur la feuille d'aluminium ou d'al- liage d'aluminium.
Si, d'autre part, le métal de brasure avait une composition se situant du côté du zinc de l'eutectique considéré ci-dessus, par exemple, une teneur en zinc de 98 à 99 %, si des températures anormalement élevées étaient appliquées pendant l'o- pération de brasure une diffusion importante de zinc dans la feuil-
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le d'aluminium ou d'alliage d'aluminium serait susceptible de se produire avec comme conséquence un efet nuisible sur la feuille d'aluminium ou d'alliage d'aluminium, particulièrement là où,com- me le préconise la présente invention, la feuille constitue la feuille de base sur laquelle le métal de brasure est appliqué.
Le métal de brasure est de préférence- préparé par fusion de l'aluminium et addition du zinc à ce dernier et ensuite par agitation du mélange, et le métal est de préférence appliqué sur la feuille d'aluminium ou d'alliage d'aluminium par un traitement, de laminage à chaud qui est suivi d'un traitement de laminage à froid.
La feuille d'aluminium ou d'alliage d'aluminium peut être recouverte du métal de brasure sur l'une ou les deux faces sui- vant l'application particulière à laquelle elle estdestiné, et lorsque l'une des faces de la feuille d'aluminium ou d'alliage d'aluminium est ainsi recouverte la face opposée peut être revê- tue d'une mince couche d'un métal offrant une plus grande résis- tance à la corrosion constitué par de l'aluminium pur.
Les alliages de brasures décrits ont des points de fusion beaucoup plus bas que ceux des alliages connus utilisés comme métal de brasure pour l'assemblage de pièces en aluminium et al- liage d'aluminium, et ne sont pas sujets à l'objection que le film d'alumine normalement présent sur les alliages d'aluminium empêche l'assemblage des matériaux en l'absence d'un flux.
De tels alliages de brasure peuvent être appliqués par la- minage par les méthodes connues sur beaucoup d'alliages d'alumi- nium de plus grande résistance, et de telles feuilles composites peuvent être brasées l'une à l'autre de façon très satisfaisante simplement par l'application de chaleur et de pression ou de cha- leur et de vibration. Les joints, effectués de la manière décrite ci-dessus, sont solides et ductiles, et des essais de corrosion ont montré que de tels joints ne risquent pas de se rompre dans
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des conditions d'emploi normales.
Les feuilles d'aluminium ou d'alliage d'aluminium peuvent être soudées l'une à l'autre par brasure par résistance soit (celles comportent uniquement le revêtement du métal de brasure ou en plus la couche d'aluminium pur et l'opération de brasure peut être exécutée en plaçant les feuilles entre, ou en les pas- sant entre, les électrodes d'une machine à souder par points ou au galet, les faces respectives de chaque feuille revêtue du métal de brasure étant en contact l'une avec l'autre. Les feuil- les peuvent être brasées ensemble à une température et par con- séquent à une densité de courant beaucoup plus basse que cela ne serait nécessaire dans la soudure de feuille d'aluminium ou d'alliage d'aluminiumquin'est pas recouverte d'un revêtement de la manière indiquée.
L'adhésion des surfaces en contact est normalement faci- litée, dans l'assemblage d'alliages d'aluminium, par application d'un flux, dont les compositions convenables sont connues dans l'industrie, mais dans beaucoup d'applications l'emploi d'un tel flux est désavantageux par suite de la difficulté de l'en- lèvement du résidu de flux (qui tend à favoriser la corrosion) après l'opération de brasure. Dans la méthode préférée, une pres- sion mécanique suffisante est appliquée entre les électrodes en même temps que le chauffage des matériaux pour assurer un con- tact moléculaire direct entre les revêtements de métal de bra- sure de chacune des feuilles à souder.
Dans un exemple particulier, un métal de brasure fut préparé par fusion d'aluminium et addition à ce dernier de zinc en quantité telle pour produire une composition résultante con- sistant en 90,5 % de zinc, le reste étant l'aluminium. Le mélange fut agité pendant l'addition du zinc à l'aluminium et l'alliage de brasure résultant fut appliqué par laminage sur une feuille d'aluminium de la manière décrite ci-dessus.
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L'alliage de brasure ainsi produit a une température de liquidus de 421 C et une zone de fusion de 39 C.
Dans une autre exemple, l'alliage de brasure fut préparé de la même manière, de façon à obtenir un alliage ayant une te- neur en zinc de 92%, alliage qui a une température de liquidus de 409 C et une zone de fusion d'environ vingt sept degrés Centi- grades
Comme exposé ci-dessus, l'avantage principal d'une feuille composite conforme à la présente invention est qu'elle convient particulièrement pour la brasure lorsque la température maximum de brasure qui peut être utilisée sans danger est limitée, comme par exemple, dans des opérations de brasure pour des buts métal- lurgiques.
Par exemple, dans les cas où les propriétés d'un al- liage seraient sérieusement affectées par un chauffage de ce dernier à une température dépassant la température de liquidus des métaux de brasure rentrant dans le domaine particulier de composition auquel la présente invention est limitée.
Plusieurs autres avantages relatifs à l'emploi de feuilles composites de métal conformes à cette invention sont les suivants:
Non seulement la quantité de chaleur nécessaire pour les opérations de brasure et par suite la densité de courant sont réduites par la température beaucoup plus basse qui est seule- ment nécessaire dans ce cas, mais comme la masse de matière en- tre les électrodes n'est pas fondue, le revêtement de métal de brasure étant seul fondu, et partiellement seulement, la chaleur absorbée sous forme de chaleur latente de fusion est fortement réduite.
Enmoutre, l'aluminium a une conductivité thermique élevée.
Une grande partie de la chaleur produite dans la région entre les électrodes est éliminée dans le métal environnant, et est rayonnée partiellement par sa surface. La proportion de chaleur perdue de cette manière est considérablement inférieure à celle
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observée à la température plus élevée de la soudure ordinaire.
Un second avantage résultant de l'emploi de la méthode est que les empreintes marquées sur les faces extérieures des feuilles, dues à la pression appliquée sur les électrodes, peu- vent être réduites ou même entièrement évitées et comme consé- quence, on évite ce que l'on appelle couramment et "pickup". une contamination progressive des têtes d'électrodes due à l'adhérence sur celles-ci d'aluminium, inconvénient nécessitant des arrêts périodiques et prolongés au cours du travail prati- que pour nettoyage et affûtage des têtes d'électrodes.
Ces avantages résultent du fait que les électrodes com- priment des surfaces solides, alors que, dans la brasure ordi- naire par résistance, la pression est exercée sur un système qui, pendant que se forme la soudure, est constitué d'une croûte plastique recouvrant une zone fondue sous-jacente.
REVENDICATIONS.
1.- Feuille de métal composite comprenant une feuille d'aluminium ou d'alliage d'aluminium qui est pourvue d'une cou- che appliquée d'un métal de brasure consistant en un alliage de zinc et d'aluminium renfermant plus de 90 % mais moins de 95% de zinc.
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Composite sheet of aluminum or aluminum alloy.
This invention relates to foils of aluminum or aluminum alloy which are coated with a solder metal.
It is already known that composite sheets have been formed by aluminum or an aluminum alloy coated with a brazing metal consisting of silicon and aluminum in proportions such as are obtained. a low melting point coating alloy. Such a material can be brazed either in an oven or in flux baths, but with such a product the use of a brazing flux is essential. It is also known that a solder alloy consisting of silicon and aluminum can be used essentially as described above as a solder solder. In these cases also the use of a soldering flux and high temperatures is necessary.
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With the above technique the temperatures involved are high and when the melting points of the silicon and aluminum alloys are reduced by the addition of a third metal, the resulting metal becomes so brittle. that it cannot endure the rolling treatments.
Consequently, in the case of aluminum alloy sheets coated with the silicon-aluminum eutectic the number of alloys which can be joined by this method is limited to those having melting points higher than the temperatures. - solder res which must be used.
It is an object of the present invention to provide a new or improved type of aluminum or aluminum alloy composite sheet in which a pair of such sheets can be brazed together very quickly without the use of brazing flux and. without the other drawbacks encountered in the use of a solder metal consisting of silicon and aluminum and in which the solder metal used has a temperature zone in which the metal is plastic, which zone is sufficiently wide to allow easy performance of the brazing operation and in which the upper temperature of the melting zone, that is, the area in which the brazing metal is plastic as opposed to the completely liquid,
is low enough that to allow the composite sheets to be used successfully in soldering operations for metallurgical purposes in which the maximum temperature that can be safely reached is relatively limited.
The present invention is based on the fact that zinc and aluminum form a 96% zinc eutectic, eutectic which has a melting point of 382 C., so that for an alloy consisting of 90% zinc and 10% aluminum the temperature of the solidus of this alloy is greater than the melting point of the eu- tectic which is 382 C., the temperature of the liquidus for this
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The alloy being approximately 425 C., that is, the alloy has a melting zone of some 43 Centigrade.
Such a melting range is amply sufficient for soldering operations but the liquidus temperature, that is to say, the upper temperature of the melting range, is precisely too high for safety in certain soldering operations. for metallurgical purposes and with a lower zinc content, the liquidus temperature would be even higher than the value corresponding to a zinc content of 90%.
If the zinc content is increased above 90% towards the 96% zinc eutectic, the liquidus temperature drops continuously so that the melting zone i.e. the area in which the zinc aluminum alloy is plastic, is gradually reduced until at a zinc content of 95% the liquidus temperature becomes approximately 3890 C. to 390 C., giving a melting zone of about 7 at8 Centigrade, a zone of fusion which is considered to be precisely insufficient to carry out soldering operations with suitable ease.
With these considerations in mind and in view of the object mentioned above, in accordance with the present invention we provide a composite sheet of metal comprising an aluminum or aluminum alloy sheet provided with a coating of aluminum. a brazing metal consisting of an alloy of zinc and aluminum containing more than 90% zinc but less than 95% zinc.,
By covering the foil with a layer of solder metal having such a composition, the upper melting temperature of the solder metal, i.e. the temperature of the liquidus, never exceeds the maximum temperature which can be employed. safely in certain metallurgical operations, that is, the upper melting temperature of the solder metal is always below the upper temperature of 4250 C.
reported more
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high while at the same time the minimum melting zone corresponding to the maximum zinc content is always greater than the melting zone corresponding to a 95% zinc content which, as said above, we have found precisely insuf - able to perform the solder with suitable ease and with the assurance that a satisfactory solder can be obtained.
In fact, we find that it is best to work with an upper limit for the zinc content of the brazing metal not exceeding 94% because this gives a larger melting area for the brazing metal, and in fact our preferred upper limit for zinc content is as low as 92%
In this connection, it should be noted that when the zinc content of the alloy continues to increase above 90%, the liquidus tera- ture, i.e. the upper melting temperature, continues to fall. For example, with 91% zinc the liquidus temperature is approximately 417 C. At 92% zinc the liquidus temperature is approximately 409 C.
At 93.5% zinc the liquidus temperature is approximately 399 C., the solidus temperature remaining in each case at 382 C., so that although the melting zone decreases as the zinc content increases this zone. is still relatively important.
It will further be noted that the composition of the brazing metal of the composite sheet is such that it lies on the aluminum side of the eutectic considered above, and consequently the brazing metal when it is molten exerts relatively low dissolving action on the aluminum or aluminum alloy foil.
If, on the other hand, the solder metal had a composition lying on the zinc side of the eutectic considered above, for example, a zinc content of 98-99%, if abnormally high temperatures were applied for the brazing operation a significant diffusion of zinc in the film
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The aluminum or aluminum alloy would be likely to occur resulting in an adverse effect on the aluminum or aluminum alloy sheet, particularly where, as advocated by the present invention, the foil forms the base foil to which the solder metal is applied.
The solder metal is preferably prepared by melting the aluminum and adding the zinc to the latter and then stirring the mixture, and the metal is preferably applied to the aluminum or aluminum alloy foil by a hot rolling treatment which is followed by a cold rolling treatment.
The aluminum or aluminum alloy foil may be coated with the solder metal on one or both sides depending on the particular application for which it is intended, and when one side of the foil is The aluminum or aluminum alloy is thus coated and the opposite side can be coated with a thin layer of a metal offering greater resistance to corrosion consisting of pure aluminum.
The solder alloys described have much lower melting points than those of known alloys used as solder metal for joining aluminum parts and aluminum alloys, and are not subject to objection that the Alumina film normally present on aluminum alloys prevents the assembly of materials in the absence of flux.
Such solder alloys can be applied by rolling by the known methods to many higher strength aluminum alloys, and such composite sheets can be brazed to each other very satisfactorily. simply by the application of heat and pressure or heat and vibration. The joints, made in the manner described above, are strong and ductile, and corrosion tests have shown that such joints are not likely to rupture in
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normal conditions of employment.
The aluminum or aluminum alloy sheets can be welded to each other by resistance brazing either (those have only the coating of the brazing metal or in addition the layer of pure aluminum and the operation solder may be performed by placing the sheets between, or passing them between, the electrodes of a spot or roller welding machine, the respective faces of each sheet coated with the solder metal being in contact with one another. The sheets can be brazed together at a temperature and therefore at a much lower current density than would be necessary in welding aluminum foil or aluminum alloy. is not covered with a coating as shown.
The adhesion of the contacting surfaces is normally facilitated in the assembly of aluminum alloys by the application of a flux, the suitable compositions of which are known in the industry, but in many applications the adhesion. The use of such flux is disadvantageous due to the difficulty of removing the flux residue (which tends to promote corrosion) after the brazing operation. In the preferred method, sufficient mechanical pressure is applied between the electrodes simultaneously with the heating of the materials to provide direct molecular contact between the brazing metal coatings of each of the foils to be welded.
In a particular example, a solder metal was prepared by melting aluminum and adding zinc to it in such amount to produce a resulting composition consisting of 90.5% zinc, the remainder being aluminum. The mixture was stirred during the addition of the zinc to the aluminum and the resulting solder alloy was rolled onto an aluminum foil as described above.
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The solder alloy thus produced has a liquidus temperature of 421 C and a melting zone of 39 C.
In another example, the solder alloy was prepared in the same way, so as to obtain an alloy having a zinc content of 92%, which alloy has a liquidus temperature of 409 C and a melting zone of 'about twenty seven degrees Centi- grades
As discussed above, the main advantage of a composite sheet according to the present invention is that it is particularly suitable for soldering where the maximum solder temperature which can be used without danger is limited, as for example in soldering operations for metallurgical purposes.
For example, in cases where the properties of an alloy would be seriously affected by heating the latter to a temperature above the liquidus temperature of the solder metals falling within the particular field of composition to which the present invention is limited.
Several other advantages relating to the use of composite metal sheets according to this invention are as follows:
Not only is the amount of heat required for the soldering operations and hence the current density reduced by the much lower temperature which is only required in this case, but as the mass of material between the electrodes is not is not melted, the coating of solder metal being alone melted, and only partially, the heat absorbed in the form of latent heat of fusion is greatly reduced.
Engrossed, aluminum has a high thermal conductivity.
Much of the heat produced in the region between the electrodes is removed in the surrounding metal, and is partially radiated by its surface. The proportion of heat lost in this way is considerably less than that
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observed at the higher temperature of ordinary solder.
A second advantage resulting from the use of the method is that the indentations marked on the outer surfaces of the sheets, due to the pressure applied to the electrodes, can be reduced or even entirely avoided and as a consequence this is avoided. commonly referred to as and "pickup". progressive contamination of the electrode heads due to the adhesion thereon of aluminum, a drawback requiring periodic and prolonged stops during practical work for cleaning and sharpening the electrode heads.
These advantages result from the fact that the electrodes compress solid surfaces, whereas in ordinary resistance solder the pressure is exerted on a system which, while the solder is forming, consists of a plastic crust. covering an underlying melted area.
CLAIMS.
1.- Composite metal sheet comprising an aluminum or aluminum alloy sheet which is provided with an applied layer of a solder metal consisting of an alloy of zinc and aluminum containing more than 90 % but less than 95% zinc.