Les matériaux de brasage sont des alliages d'apport dont les points de fusion sont inférieurs à ceux des métaux de base. Lors du chauffage et de la fusion, ils remplissent les espaces de contact par action capillaire, subissent une interaction métallurgique avec les métaux de base et se solidifient pour former un joint stable. Ces alliages d'apport sont largement utilisés dans la fabrication mécanique, les composants électroniques, l'aérospatiale, les appareils électroménagers et les appareillages de commutation électrique ; ils servent de consommables essentiels pour contrôler la résistance des joints, la résistance aux vibrations et la durée de vie opérationnelle à long terme. Dans la production de contacteurs, de disjoncteurs et de commutateurs de stockage d'énergie, le choix du matériau de brasage détermine directement la stabilité de la conductivité électrique et la résistance à l'arc des contacts électriques de brasage.
Les matériaux de brasage sont constitués de composants de base, d'abaisseurs de point de fusion et d'éléments modifiant les performances. Les composants de base assurent la compatibilité métallurgique avec les matériaux de base ; les abaisseurs du point de fusion maintiennent la température de fusion en dessous de la température de solidus des métaux de base ; et des éléments de modification ajustent les caractéristiques d'étalement et d'écoulement de l'alliage fondu, ainsi que les performances mécaniques du joint. Dans l'industrie, les matériaux de brasage sont classés en fonction de leurs températures de fusion en brasures « tendres » et alliages de brasage « durs ». Les brasures tendres fondent en dessous de 450 degrés - généralement des alliages à base d'étain ou de bismuth - et sont principalement utilisées pour l'assemblage de circuits imprimés et de petits composants électroniques de précision, bien qu'elles offrent une résistance de joint relativement inférieure. Les alliages de brasage dur fondent à plus de 450 degrés et comprennent les alliages à base d'argent, de cuivre et de nickel ; ceux-ci offrent une capacité de charge et une résistance à la chaleur supérieures, ce qui les rend adaptés aux composants porteurs de puissance, aux outils de coupe et à la tuyauterie structurelle. Avec des réglementations environnementales de plus en plus strictes, les soudures sans plomb remplacent progressivement les systèmes étain-plomb traditionnels, les alliages étain-argent-cuivre et étain-bismuth constituant désormais les solutions principales pour l'assemblage électronique.
Lors de l’évaluation des matériaux de brasage pour les applications techniques, la priorité doit être donnée à la mouillabilité, à la fluidité, à la résistance des joints, à la résistance à la corrosion et à la conductivité électrique. La mouillabilité fait référence à la capacité d'un alliage fondu à se répandre sur la surface d'un métal de base. L'étendue de cet étalement détermine la zone de liaison efficace et est influencée par la propreté de la surface du métal de base, la composition de l'alliage et les paramètres de chauffage. La fluidité détermine l'efficacité du remplissage des espaces ; une fluidité insuffisante peut entraîner des vides, tandis qu'une fluidité excessive peut entraîner la perte de l'alliage d'apport. La résistance des joints est vérifiée par des essais de cisaillement et de traction pour garantir qu'ils répondent aux exigences de charge des composants. La résistance à la corrosion est essentielle pour les pièces exposées à des environnements humides ou aux embruns salins, évitant ainsi une corrosion préférentielle à l’interface du joint. La conductivité électrique est particulièrement critique pour les composants de contact de puissance, car les fluctuations de la résistance d'interface peuvent provoquer des augmentations anormales de température et une perte de puissance supplémentaire.
Le processus de sélection des matériaux implique l'évaluation du métal de base, des charges opérationnelles, des températures de chauffage admissibles, des coûts des matériaux et de la conformité réglementaire. Les métaux de base en acier inoxydable sont généralement associés à des alliages d'apport à base d'argent ou de nickel, tandis que les alliages d'aluminium sont mieux adaptés aux alliages d'apport à base d'aluminium. Pour les composants soumis à des charges cycliques ou à des conditions de température élevée, des alliages de brasage résistants à la chaleur et à la fatigue doivent être sélectionnés. Tout au long du processus de brasage, la température ne doit pas dépasser la température de solidus du métal de base pour éviter la dégradation de sa structure granulaire. Les charges à base d'argent conviennent aux composants nécessitant une conductivité électrique et une résistance à l'arc élevées, tels que ceux utilisés dans les assemblages de brasage dur avec contact en argent, bien qu'elles aient un coût plus élevé ; pour les applications avec des exigences de charge ou de conductivité moins strictes, des alliages à base de cuivre ou de zinc peuvent être utilisés à la place. Étant donné que l’utilisation d’alliages de brasage contenant du plomb ou du cadmium est restreinte par la réglementation, les systèmes d’alliages à faible toxicité devraient être prioritaires pour les nouveaux projets.
Différents procédés de brasage nécessitent des formes spécifiques de matériau d'apport. Le brasage à la flamme utilise généralement des charges en forme de tige, tandis que le brasage par induction convient bien aux charges en feuille ou en pâte. Les charges pâteuses, composées de poudre d'alliage, d'un support et de flux, sont idéales pour les lignes de production automatisées à grand volume. Le flux est utilisé conjointement avec la charge pour éliminer les couches d'oxyde des surfaces du métal de base et de l'alliage de charge, tout en protégeant également le bain fondu de l'oxydation. Les taux de chauffage et de refroidissement doivent être alignés sur les propriétés thermiques du métal de base ; un chauffage trop rapide peut provoquer des éclaboussures et des déformations, tandis qu'un refroidissement plus lent contribue à réduire les contraintes résiduelles dans le joint, mais au prix d'un cycle de production plus long.
Les conditions de stockage doivent être maintenues sèches et propres, car les matériaux de brasage en poudre ou en pâte peuvent s'agglutiner et perdre leur efficacité s'ils sont exposés à l'humidité. Avant utilisation dans les composants d'estampage brasés par contact électrique, les charges en forme de fil doivent être nettoyées pour éliminer toute huile ou contaminant, et les charges en forme de pâte doivent être soigneusement agitées pour garantir une consistance uniforme. Les matériaux de brasage mis au rebut doivent être récupérés conformément à la réglementation sur les déchets dangereux ; les composants contenant des métaux lourds ne peuvent pas être jetés sans discernement.
Les matériaux de brasage sont appliqués dans un large éventail de secteurs industriels. L'industrie électronique utilise principalement des brasures tendres à base d'étain pour le conditionnement des composants et les interconnexions de circuits. Dans l'usinage mécanique, des alliages de brasage dur à base de cuivre et de nickel (métaux d'apport de brasage) sont utilisés pour l'assemblage d'outils de coupe et de composants structurels. Le secteur aérospatial s'appuie sur des alliages de brasage résistants aux hautes températures à base de cobalt ou de nickel. Dans l’industrie de l’électroménager, le brasage est utilisé pour les échangeurs de chaleur et les boîtiers de compresseurs. Pour les radiateurs automobiles et les composants de commande électronique, des critères de performance spécifiques sont imposés concernant la résistance des joints à la fatigue thermique et aux vibrations.
La R&D actuelle de l'industrie se concentre sur les formulations à faible toxicité, les alliages de brasage renforcés de composites, les alliages d'apport nano-modifiés et les feuilles ou cales de brasage préformées. Les éléments de brasage préformés et les pâtes de brasage stables sont bien adaptés aux lignes de production automatisées, contribuant ainsi à minimiser les incohérences qui pourraient autrement résulter d'une intervention manuelle. L'optimisation continue de la composition des matériaux et le perfectionnement des processus continuent de réduire le coût unitaire des matériaux de brasage de haute qualité.
Avant que les équipes d'ingénierie ne procèdent au prototypage et à la production en série de composants tels que des interrupteurs ou des contacteurs, elles doivent établir définitivement la qualité d'alliage de brasage, le système de flux, le profil de chauffage et les normes d'inspection spécifiques. Ce n'est qu'en garantissant l'alignement de la sélection des matériaux, des paramètres du processus et des protocoles d'inspection que la résistance de l'interface de contact peut être contrôlée efficacement. Cette approche atténue le risque de défaillance provoqué par l'érosion par arc ou la fatigue induite par les vibrations, garantissant ainsi queAssemblages brasés par contact en argentmaintenir des performances stables tout au long des cycles de commutation à long terme.
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