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WO2024209164A1 - Echangeur de chaleur a base d'un alliage d'aluminium - Google Patents

Echangeur de chaleur a base d'un alliage d'aluminium Download PDF

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Publication number
WO2024209164A1
WO2024209164A1 PCT/FR2024/050442 FR2024050442W WO2024209164A1 WO 2024209164 A1 WO2024209164 A1 WO 2024209164A1 FR 2024050442 W FR2024050442 W FR 2024050442W WO 2024209164 A1 WO2024209164 A1 WO 2024209164A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
equal
ppm
less
sheets
strip
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
PCT/FR2024/050442
Other languages
English (en)
Inventor
Olivier Rebuffet
Jean-Philippe MASSE
Julien LAYE
Martien-Duvall DEFFO AYAGOU
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Constellium Neuf Brisach SAS
Original Assignee
Constellium Neuf Brisach SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Constellium Neuf Brisach SAS filed Critical Constellium Neuf Brisach SAS
Publication of WO2024209164A1 publication Critical patent/WO2024209164A1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Pending legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
    • B32B15/01—Layered products comprising a layer of metal all layers being exclusively metallic
    • B32B15/016—Layered products comprising a layer of metal all layers being exclusively metallic all layers being formed of aluminium or aluminium alloys
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/20—Bonding
    • B23K26/32—Bonding taking account of the properties of the material involved
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C21/00—Alloys based on aluminium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C21/00—Alloys based on aluminium
    • C22C21/02—Alloys based on aluminium with silicon as the next major constituent
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C21/00—Alloys based on aluminium
    • C22C21/06—Alloys based on aluminium with magnesium as the next major constituent
    • C22C21/08—Alloys based on aluminium with magnesium as the next major constituent with silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/04—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon
    • C22F1/043—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon of alloys with silicon as the next major constituent
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/04—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon
    • C22F1/05—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon of alloys of the Al-Si-Mg type, i.e. containing silicon and magnesium in approximately equal proportions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/08—Non-ferrous metals or alloys
    • B23K2103/10—Aluminium or alloys thereof

Definitions

  • the invention relates to thin strips or sheets (generally with a thickness of 0.5 to 3 mm) made of aluminium alloy. These strips or sheets are intended in particular for the manufacture of elements, such as heat exchanger plates assembled in pairs or more, in particular for the automobile industry, such as battery coolers for electric vehicles.
  • This part currently aims to control the operating temperature of batteries in a range generally from 20 to 100°C, preferably from 30 to 80°C.
  • the parts can be large (1 to 2 meters).
  • FIG. 1 An example of a current design of an electric vehicle battery cooler is shown in Figure 1. It is composed of two parts with a core layer of 3xxx series aluminum alloy 15: a flat part 11 and a stamped part 12, assembled so as to create a channel 13.
  • the term "flat part” designates a part that is not stamped before assembly.
  • the term “stamped part” designates a part that is stamped before assembly, so as to create a channel after assembly with a flat part.
  • the channel 13 is used for the circulation of the cooling fluid in the electric vehicle battery cooler.
  • a sacrificial layer 16 for example of 7xxx or lxxx series aluminum alloy, may be added to ensure SWAAT corrosion resistance on the outer face of each of the two parts 11 and 12.
  • the stamped part 12 also includes a 4xxx series aluminum alloy brazing layer 17, on the other side of the 3xxx series aluminum alloy core layer 15 from the sacrificial layer 16, to ensure brazing of the two parts 11 and 12 together.
  • the batteries 14 are in contact with the flat part 11, but not with the stamped part 12.
  • the properties required for aluminum alloy strips or sheets used for the manufacture of heat exchangers include sufficient formability for easy shaping of the plates before assembly, good assembly suitability, high mechanical strength after assembly, so as to use thicknesses as low as possible and to provide part of the strength of the complete structure of the battery box, good resistance to fatigue stress in service, and good resistance to corrosion after assembly.
  • the chosen aluminium alloy is easy to cast and roll, and that the cost of manufacturing the strips or sheets is compatible with the requirements of the automotive industry.
  • Another current market demand is to improve the recycling possibilities of aluminum alloy strips or sheets used for the manufacture of heat exchangers, in particular battery coolers for electric vehicles.
  • WO2018/115638 discloses an aluminum alloy comprising 2.5 to 14% Si, 0.05 to 0.8% Fe, 0.25 to 1.0% Cu, 0.05 to 0.8% Mg, up to 0.70% Mn, up to 0.35% Cr, 0.02 to 0.30% Ti, up to 500 ppm Sr, up to 200 ppm Na and up to 0.15% Sb, for welding in the field of automotive sheet metal;
  • - W02017/001790 discloses an aluminum alloy comprising 2.5 to 14% Si, 0.05 to 0.8% Fe, up to 0.20% Cu, 0.05 to 0.80% Mg, up to 0.70% Mn, up to 0.35% Cr, 0.02 to 0.30% Ti, up to 500 ppm Sr, up to 200 ppm Na and up to 0.15% Sb, for welding in the field of automotive sheet metal.
  • the applicant has determined a composition range which, surprisingly, makes it possible to improve mechanical resistance and recyclability without degrading corrosion resistance.
  • the solution according to the present invention is notably based on the use of:
  • a monolithic material which can be recycled more easily than a multi-layer material, because it is not necessary to manage the differences in composition of the alloys used for the different layers;
  • the combination of these two elements can allow the use of stronger materials and the lightening of the final structure, while improving recyclability and maintaining corrosion resistance.
  • the solution according to the present invention can meet the market demands: mechanical performance, corrosion resistance, recyclability/environmental performance and cost-effectiveness.
  • Corrosion resistance is typically measured by a 40-day SWAAT test per ASTM G85 (March 2003).
  • the environmental performance of an aluminium alloy product can be measured in particular by its carbon footprint at the time of delivery.
  • This carbon footprint can be improved, i.e. reduced, by increasing the level of recycled content that is included in the aluminium alloy. Namely, the more tolerant an alloy is to impurities, the more suitable it is for recycling.
  • Profitability can be measured in particular by the cost of the raw material used for the manufacture of the strip or sheet and by the cost of processing the strip or sheet to obtain a heat exchanger.
  • a monolithic material improves the cost compared to a multi-layer material (core associated with one or more plated covers), more expensive to prepare.
  • a multi-layer material core associated with one or more plated covers
  • the mechanical resistance of the plates in service seems to be the key parameter, and in particular the elastic limit (YS or RpO.2) and the maximum tensile strength (UTS or Rm).
  • the multilayer solutions currently being developed aim for a YS preferably greater than or equal to 160 MPa, preferably greater than or equal to 200 MPa. This target is maintained for the present invention.
  • the present invention provides a material:
  • the invention thus relates to a set of two sheets assembled, preferably by laser welding, comprising, preferably consisting of:
  • a stamped part 12 formed from an aluminum alloy having the following composition, in mass percentages: If: from 2.50 to 6.50%; preferably from 3.0 to 6.0%, preferably from 3.50 to 5.50%, preferably from 4.0 to 5.0%, from 4.25 to 4.75%;
  • Fe up to 0.50%, preferably up to 0.40%, preferably up to 0.30%, preferably up to 0.25%; and at least 0.05%, preferably at least 0.10%, preferably at least 0.15%;
  • Cu up to 0.20%, preferably up to 0.17%, preferably up to 0.15%, preferably up to 0.12%; and preferably at least 10 ppm, preferably at least 20 ppm, preferably at least 40 ppm, preferably at least 60 ppm;
  • Mn up to 0.40%, preferably up to 0.30%, preferably up to 0.20%; and preferably at least 0.05%, preferably at least 0.08%, preferably at least 0.10%;
  • Mg from 0.05 to 0.50%, preferably from 0.08 to 0.45%, preferably from 0.10 to 0.40%, preferably from 0.10 to 0.35%, -
  • Ti from 0.02 to 0.30%, preferably from 0.04 to 0.25%, preferably from 0.05 to 0.25%, preferably from 0.07 to 0.20%, preferably from 0.10 to 0.20%, -
  • Sr up to 500 ppm, preferably up to 450 ppm, preferably up to 400 ppm, preferably up to 350 ppm, and preferably at least 50 ppm, preferably at least 100 ppm, preferably at least 150 ppm, preferably at least 200 ppm, preferably at least 250 ppm; unavoidable impurities ⁇ 0.05% each and ⁇ 0.15% in total, remainder aluminium; and
  • a flat part 11 formed from an aluminum alloy, preferably the same aluminum alloy as the stamped part 12 or a 6xxx alloy or a 5xxx alloy; the two parts being assembled so as to form a channel 13 thanks to the deformation of the stamped part 12.
  • the invention according to the first object uses an aluminum alloy making it possible to maintain good resistance to corrosion while simultaneously improving:
  • the invention also relates to a method for manufacturing a strip, intended to produce a sheet used according to the present invention, comprising the successive steps of: a. Casting the aluminum alloy according to claim 1 into a plate, preferably by vertical semi-continuous casting; b. Homogenizing the plate, at a homogenization temperature preferably comprised between 490 and 550°C, for a holding time preferably greater than or equal to 2 hours; c. Hot rolling to obtain a strip, the hot rolling start temperature preferably being between 450 and 550°C and the hot rolling end temperature preferably being between 250 and 380°C; d.
  • Cold rolling the strip with optional intermediate annealing, the reduction in thickness of the strip during cold rolling preferably being between 50 and 75%; e. Solution treatment then quenching, preferably in air; f. Optionally pre-tempered, at a pre-tempered temperature preferably of 50 to 120°C, for a period preferably of 2 to 16 hours, preferably obtained by coiling and then cooling to room temperature; g. Additional tempering in a batch furnace, with a temperature hold for a period of 20 minutes to 24 hours and a metal temperature of 100 to 210°C.
  • the invention also relates to a method of manufacturing a sheet metal, used as a flat part 11 according to the present invention, comprising the successive steps of:
  • the invention also relates to a method of manufacturing a sheet metal, used as a stamped part 12 according to the present invention, comprising the successive steps of:
  • the cutting and stamping can be carried out in any order.
  • the invention also relates to a method of manufacturing a set of two sheets according to the present invention, comprising the steps of:
  • the invention also relates to a heat exchanger, preferably a battery cooler for an electric vehicle, made at least in part from a set of two sheets according to the present invention.
  • the invention also relates to the use of a set of two sheets according to the present invention or obtained according to the method of the present invention, for the manufacture of a heat exchanger, preferably a battery cooler for an electric vehicle.
  • FIG. 1 is a cross-sectional diagram depicting a current design of an electric vehicle battery cooler.
  • FIG. 2 is a cross-sectional diagram of a lap laser welded assembly.
  • FIG. 3 is a cross-sectional diagram of a lap weld with the quality criteria according to EN ISO 13919-2 (January 2021).
  • All aluminum alloys are designated according to the rules and designations defined by the “Aluminum Association” in the “Registration Record Series” which it publishes regularly.
  • compositions are expressed in mass percentages.
  • the expression 1.4 Cu means that the copper content expressed in mass percentages is 1.4%.
  • the static mechanical characteristics in tension in other words the breaking strength Rm, the conventional elastic limit at 0.2% elongation Rp0.2 and the elongation at break A%, are determined by a tensile test according to standard NF EN ISO 6892-1, the sampling and the direction of the test being defined by standard EN 485-1 (December 2009), the direction or direction L corresponds to the lengthwise direction relative to the main rolling direction and the direction or direction TL corresponds to the transverse-long direction.
  • composition limits of the aluminum alloy of the stamped part used according to the present invention are expressed in mass percentages and can be justified as follows.
  • a minimum Si content of 2.50% can improve weldability and mechanical properties, in particular by the formation of hardening precipitates containing magnesium and silicon during post-assembly heat treatments.
  • the silicon content is therefore greater than or equal to 2.50%, preferably greater than or equal to 2.60%, or greater than or equal to 2.75%, or greater than or equal to 2.90%, or greater than or equal to 3.00%, or greater than or equal to 3.10%, or greater than or equal to 3.25%, or greater than or equal to 3.40%, or greater than or equal to 3.50%, or greater than or equal to 3.60%, or greater than or equal to 3.75%, or greater than or equal to 3.90%, or greater than or equal to 4.00%, or greater than or equal to 4.10%, or greater than or equal to 4.25%.
  • Too high a Si content may reduce formability. It is then desirable to limit the Si content to a content less than or equal to 6.50%, preferably less than or equal to 6.40%, or less than or equal to 6.25%, or less than or equal to 6.10%, or less than or equal to 6.00%, or less than or equal to 5.90%, or less than or equal to 5.75%, or less than or equal to 5.60%, or less than or equal to 5.50%, or less than or equal to 5.40%, or less than or equal to 5.25%, or less than or equal to 5.10%, or less than or equal to 5.00%, or less than or equal to 4.90%, or less than or equal to 4.75%.
  • a minimum Fe content of 0.05% can unexpectedly improve weldability, while for a content above 0.50% formability can be significantly degraded.
  • a maximum Fe content is thus 0.50%, or preferably 0.49%, or 0.48%, or 0.47% or 0.46%, or 0.45%, or 0.44%, or 0.43%, or 0.42%, or 0.41%, or 0.40%, or 0.39%, or 0.38%, or 0.37% or 0.36%, or 0.35%, or 0.34%, or 0.33%, or 0.32%, or 0.31%, or 0.30%, or 0.29%, or 0.28%, or 0.27%, or 0.26% or 0.25%.
  • the minimum Fe content is 0.05%, or preferably 0.06%, or 0.07%, or 0.08%, or 0.09%, or 0.10%, or 0.11%, or 0.12%, or 0.13%, or 0.14%, or 0.15%.
  • Copper :
  • Cu is a hardening element that contributes to mechanical strength. But beyond a certain content, the risk of cracking during casting is higher. Coarse intermetallic compounds can also form during casting that are detrimental to the homogeneity of the metal and can constitute corrosion initiation sites. Surprisingly, the inventors found that adding up to 0.20% by mass of Cu can improve mechanical characteristics, while not significantly degrading weldability or corrosion resistance.
  • the Cu content is therefore less than or equal to 0.20%, or less than or equal to 0.19%, or less than or equal to 0.18%, or less than or equal to 0.17%, or less than or equal to 0.16%, or less than or equal to 0.15%, or less than or equal to 0.14%, or less than or equal to 0.13%, or less than or equal to 0.12%.
  • the Cu content is greater than or equal to 10 ppm, or greater than or equal to 15 ppm, or greater than or equal to 20 ppm, or greater than or equal to 25 ppm, or greater than or equal to 30 ppm, or greater than or equal to 35 ppm, or greater than or equal to 40 ppm, or greater than or equal to 45 ppm, or greater than or equal to 50 ppm, or greater than or equal to 55 ppm, or greater than or equal to 60 ppm.
  • the Mn content is preferably greater than or equal to 0.05%, or greater than or equal to 0.06%, or greater than or equal to 0.07%, or greater than or equal to 0.08%, or greater than or equal to 0.09%, or greater than or equal to 0.10%.
  • the Mn is recommended according to the present invention to limit the Mn to a content of less than or equal to 0.40%, or less than or equal to 0.39%, or less than or equal to 0.38%, or less than or equal to 0.37%, or less than or equal to 0.36%, or less than or equal to 0.35%, or less than or equal to 0.34%, or less than or equal to 0.33%, or less than or equal to 0.32%, or less than or equal to 0.31%, or less than or equal to 0.30%, or less than or equal to 0.29%, or less than or equal to 0.28%, or less than or equal to 0.27%, or less than or equal to 0.26%, or less than or equal to 0.25%, or less than or equal to 0.24%, or less than or equal to 0.23%, or less than or equal to 0.22%, or less than or equal to 0.21%, or less than or equal to 0.20%.
  • a minimum Mg content of 0.05% may allow the formation of Mg2Si precipitates in order to obtain sufficient mechanical characteristics. Its negative influence on welding imposes a limitation to a maximum content of 0.50%. Also, the minimum Mg content according to the present invention is greater than or equal to 0.05%, or greater than or equal to 0.06%, or greater than or equal to 0.07%, or greater than or equal to 0.08%, or greater than or equal to 0.09%, or greater than or equal to 0.10%.
  • the maximum Mg content according to the present invention is less than or equal to 0.50% or less than or equal to 0.49%, or less than or equal to 0.48%, or less than or equal to 0.47%, or less than or equal to 0.46%, or less than or equal to 0.45%, or less than or equal to 0.44%, or less than or equal to 0.43%, or less than or equal to 0.42%, or less than or equal to 0.41%, or less than or equal to 0.40% or less than or equal to 0.39%, or less than or equal to 0.38%, or less than or equal to 0.37%, or less than or equal to 0.36%, or less than or equal to 0.35%.
  • the addition of Cr can improve weldability.
  • an addition of 0.05% or more of Cr can have a hardening effect, but above 0.35%, chromium can form harmful intermetallic phases.
  • the Cr content according to the present invention is thus less than or equal to 0.35%, or less than or equal to 0.34%, or less than or equal to 0.33%, or less than or equal to 0.32%, or less than or equal to 0.31%, or less than or equal to 0.30%, or less than or equal to 0.29%, or less than or equal to 0.28%, or less than or equal to 0.27%, or less than or equal to 0.26%, or less than or equal to 0.25%, or less than or equal to 0.24%, or less than or equal to 0.23%, or less than or equal to 0.22%, or less than or equal to 0.21%, or less than or equal to 0.20%, or less than or equal to 0.19%, or less than or equal to 0.18%, or less than or equal to 0.17%, or less than or equal to 0.16%, or less than or equal to 0.15%.
  • the minimum Cr content according to the present invention is greater than or equal to 0.05%, or greater than or equal to 0.06%, or greater than or equal to 0.07%, or greater than or equal to 0.08%, or greater than or equal to 0.09%, or greater than or equal to 0.10%.
  • Ti has the effect of refining the solidification structure and therefore reducing the sensitivity to cracking.
  • a minimum Ti content of 0.02% is thus recommended according to the present invention.
  • a maximum Ti content of 0.30% seems to prevent the formation of primary phases during (vertical) casting, which have a detrimental effect on the mechanical characteristics and formability.
  • the Ti content according to the present invention is thus less than or equal to 0.30%, or less than or equal to 0.29%, or less than or equal to 0.28%, or less than or equal to 0.27%, or less than or equal to 0.26%, or less than or equal to 0.25%, or less than or equal to 0.24%, or less than or equal to 0.23%, or less than or equal to 0.22%, or less than or equal to 0.21%, or less than or equal to 0.20%.
  • the minimum Ti content according to the present invention is greater than or equal to 0.02%, or greater than or equal to 0.03%, or greater than or equal to 0.04%, or greater than or equal to 0.05%, or greater than or equal to 0.06%, or greater than or equal to 0.07%, or greater than or equal to 0.08%, or greater than or equal to 0.09%, or greater than or equal to 0.10%.
  • the addition of Sr is optional. At a content of less than 500 ppm, it can act on the shape of the Al-Si eutectic during solidification and promote the production of circular Si particles that are evenly distributed after reheating and before hot rolling. Beyond this content, its effect on the gassing of the cast plate can become significant.
  • the maximum strontium content is less than or equal to 500 ppm, or less than or equal to 490 ppm, or less than or equal to 480 ppm, or less than or equal to 470 ppm, or less than or equal to 460 ppm, or less than or equal to 450 ppm, or less than or equal to
  • 440 ppm or less than or equal to 430 ppm, less than or equal to 420 ppm, or less than or equal to 410 ppm, or less than or equal to 400 ppm, or less than or equal to 390 ppm, or less than or equal to 380 ppm, or less than or equal to 370 ppm, or less than or equal to
  • the minimum strontium content is preferably greater than or equal to 50 ppm, or greater than or equal to 60 ppm, or greater than or equal to 70 ppm, or greater than or equal to 80 ppm, or greater than or equal to 90 ppm, or greater than or equal to 100 ppm, or greater than or equal to 110 ppm, or greater than or equal to 120 ppm, or greater than or equal to 130 ppm, or greater than or equal to 140 ppm, or greater than or equal to 150 ppm, or greater than or equal to 160 ppm, or greater than or equal to 170 ppm, or greater than or equal to 180 ppm, or greater than or equal to 190 ppm, or greater than or equal to 200 ppm, or greater than or equal to 210 ppm, or greater than or equal to 220 ppm, or greater than or equal to 230 ppm, or greater than or equal to 240 ppm, or greater than
  • modifying elements such as sodium (Na) at contents up to 200 ppm or antimony (Sb) at contents up to 0.15%
  • a preferred Na content is 20 to 200 ppm.
  • a preferred Sb content is 0.04 to 0.15%.
  • the addition of Sr alone is chosen.
  • the other elements are not added intentionally. They are unavoidable impurities with contents of less than 0.05% each and less than 0.15% in total. The remainder is aluminum.
  • the aluminum alloy of the flat parts 11 and the stamped parts 12 may be the same alloy or two different alloys. According to one variant, it is the same alloy. According to another alternatively, these are two different alloys, the alloy of the flat part 11 preferably being an alloy of type 5xxx or 6xxx, preferably of type AA5083, or AA 5754, or AA6005, or AA6016.
  • the 5xxx type alloy used for the stamped part is an AA5083 type alloy, which preferably has the following composition, in mass percentages: up to 0.40% Si; up to 0.40% Fe; up to 0.10% Cu; from 0.40 to 1.0% Mn; from 4.0 to 4.9% Mg; from 0.05 to 0.25% Cr up to 0.25% Zn up to 0.15% Ti; unavoidable impurities whose content is less than 0.05% each and less than 0.15% in total; the remainder being aluminum.
  • the 5xxx type alloy used for the stamped part is an AA5754 type alloy, which preferably has the following composition, in mass percentages: up to 0.40% Si; up to 0.40% Fe; up to 0.10% Cu; up to 0.50% Mn; from 2.6 to 3.6% Mg; up to 0.30% Cr; up to 0.20% Zn; up to 0.15% Ti; from 0.10 to 0.6% Mn+Cr; unavoidable impurities whose content is less than 0.05% each and less than 0.15% in total; the remainder being aluminum.
  • the 6xxx type alloy used for the stamped part is an AA6005 type alloy, which preferably has the following composition, in mass percentages: from 0.6 to 0.9% Si; up to 0.35% Fe; up to 0.10% Cu; up to 0.10% Mn; from 0.40 to 0.6% Mg; up to 0.10% Cr; up to 0.10% Zn; up to 0.10% Ti; unavoidable impurities whose content is less than 0.05% each and less than 0.15% in total; the remainder being aluminum.
  • the 6xxx type alloy used for the stamped part is an AA6016 type alloy, which preferably has the following composition, in mass percentages: from 1.0 to 1.5% Si; up to 0.50% Fe; up to 0.20% Cu; up to 0.20% Mn; from 0.25 to 0.6% Mg; up to 0.10% Cr; up to 0.20% Zn; up to 0.15% Ti; unavoidable impurities whose content is less than 0.05% each and less than 0.15% in total; the remainder being aluminum.
  • the term “plate” corresponds to the aluminum alloy from casting to the start of rolling.
  • the term “strip” corresponds to the aluminum alloy from the start of rolling to the end of coiling.
  • the term “sheet” corresponds to the aluminum alloy after cutting the strip. According to a first variant where the strip or sheet according to the present invention is intended for the manufacture of a flat part 11, the minimum total thickness of the strip or sheet is 0.60 mm, or 0.65 mm, or 0.70 mm, or 0.75 mm, or 0.80 mm.
  • the maximum total thickness of the strip or sheet is preferably 3.50 mm, or 3.40 mm, or 3.30 mm, or 3.20 mm, or 3.10 mm, or 3.00 mm, or 2.90 mm, or 2.80 mm, or 2.70 mm.
  • the minimum total thickness of the strip or sheet is 0.50 mm, or 0.55 mm, or 0.60 mm, or 0.65 mm, or 0.70 mm.
  • the maximum total thickness of the strip or sheet is preferably 1.50 mm, or 1.45 mm, or 1.40 mm, or 1.35 mm, or 1.30 mm.
  • the sheets according to the present invention can be combined with each other, after possible shaping, to form a heat exchanger with channels.
  • the set of two sheets preferably comprises, and is made up of:
  • stamped part 12 formed from an aluminum alloy having the following composition, in mass percentages:
  • Fe up to 0.50%, preferably up to 0.40%, preferably up to 0.30%, preferably up to 0.25%; and at least 0.05%, preferably at least 0.10%, preferably at least 0.15%;
  • Cu up to 0.20%, preferably up to 0.17%, preferably up to 0.15%, preferably up to 0.12%; and preferably at least 10 ppm, preferably at least 20 ppm, preferably at least 40 ppm, preferably at least 60 ppm;
  • Mn up to 0.40%, preferably up to 0.30%, preferably up to 0.20%; and preferably at least 0.05%, preferably at least 0.08%, preferably at least 0.10%;
  • Mg from 0.05 to 0.50%, preferably from 0.08 to 0.45%, preferably from 0.10 to 0.40%, preferably from 0.10 to 0.35%, -
  • Ti from 0.02 to 0.30%, preferably from 0.04 to 0.25%, preferably from 0.05 to 0.25%, preferably from 0.07 to 0.20%, preferably from 0.10 to 0.20%;
  • Sr up to 500 ppm, preferably up to 450 ppm, preferably up to 400 ppm, preferably up to 350 ppm, and preferably at least 50 ppm, preferably at least 100 ppm, preferably at least 150 ppm, preferably at least 200 ppm, preferably at least 250 ppm; unavoidable impurities ⁇ 0.05% each and ⁇ 0.15% in total, remainder aluminium; and
  • a flat part 11 formed from an aluminum alloy, preferably the same aluminum alloy as the stamped part 12 or a 6xxx alloy or a 5xxx alloy; the two parts being intended to be assembled by welding, preferably remotely without filler wire, preferably by laser welding, preferably of the “Remote Laser Welding” type, so as to form a channel 13 thanks to the deformation of the stamped part 12.
  • Remote Laser Welding is a type of welding that is carried out remotely and it is not the laser effector (or welding head) itself that moves to weld at different locations, but a mirror that moves to reflect the laser beam at said different locations.
  • the ISO 15609-4 (May 2009) and ISO 4063 (August 2009) standards describe the operating mode of this technique.
  • the ISO 13919-2 (January 2021) standard gives recommendations for the quality of the welds obtained.
  • the weld between the flat part 11 and the stamped part 12 is continuous.
  • the invention also relates to a method for manufacturing a strip, intended to produce a sheet according to the present invention, comprising the successive steps of: a. Casting the aluminum alloy according to the present invention into a plate, preferably by vertical semi-continuous casting; b. Homogenization of the plate, at a homogenization temperature preferably comprised between 490 and 550°C, for a holding time preferably greater than or equal to 2 hours; c. Hot rolling, the hot rolling start temperature preferably being between 450 and 550°C and the hot rolling end temperature preferably being between 250 and 380°C; d. Cold rolling of the strip, optionally with an intermediate anneal, the reduction in thickness of the strip during cold rolling preferably being between 50 and 75%; e.
  • Solution treatment then quenching, preferably in air; f. Optionally pre-tempered, at a pre-tempered temperature preferably of 50 to 120°C, for a period preferably of 2 to 16 hours, preferably obtained by coiling and then cooling to room temperature; g. Additional tempering in a batch furnace, with a temperature hold for a period of 20 minutes to 24 hours and a metal temperature of 100 to 210°C.
  • the process for manufacturing monolithic strips or sheets according to the present invention typically comprises casting, reheating/homogenizing, hot rolling, cold rolling, solution processing and quenching.
  • the method of manufacturing the strips or sheets according to the invention comprises casting a plate, preferably by vertical semi-continuous casting, followed by scalping.
  • the casting may be continuous.
  • the preferred dimensions of the plates according to the invention are 200 to 600 mm, preferably 450 to 510 mm, in thickness, 1000 to 3000 mm in width and 2000 to 8000 mm in length.
  • the manufactured sheet metal is monolithic. Which is less expensive than a plated sheet metal and more suitable for recycling.
  • the plate is homogenized, typically at a homogenization temperature above the solvus temperature of the alloy, while avoiding local melting or burning, preferably for a minimum of 2 hours, preferably 3 hours, and preferably for a maximum of 7 hours, preferably 6 hours.
  • the homogenization temperature is preferably at most 550°C, preferably 540°C, preferably 530°C, and preferably at least 490°C, preferably 500°C. Too high or too low a temperature can degrade the mechanical properties of the sheet.
  • the plate is then transferred to the hot rolling mill.
  • it is directly transferred from homogenization to hot rolling, the temperature being able to decrease by 5 to 40°C naturally during this transfer.
  • the plate is cooled from the homogenization temperature to the hot rolling start temperature by forced cooling.
  • This forced cooling is preferably carried out with a direct cooling rate of at least 150°C per hour.
  • the direct cooling rate is at most 500°C/h.
  • the cooling can typically be carried out by a machine such as that described by application WO2016012691.
  • this cooling is done in two stages, one spraying and the other uniformization.
  • this cooling can be carried out in two passes in the machine such as that described by application W02016012691.
  • the homogenized plate is then hot rolled, preferably to a strip thickness of 2 to 7.3 mm.
  • the hot rolling start temperature is preferably 450 to 550°C.
  • the hot rolling start temperature is at least 460°C, or at least 470°C, or at least 480°C, or at least 490°C.
  • the hot rolling start temperature is at most 545°C, or at most 540°C, or at most 535°C or at most 530°C, or at most 525°C.
  • the temperature change between the start and the end of hot rolling results from cooling by the usual heat exchange of the strip with air at the ambient temperature of the plant, with the equipment of the hot rolling mill such as, for example, but not limited to, the conveyor cylinders or rollers as well as with the usual lubrication or cooling fluids and from the heating linked to the deformation energy.
  • the end temperature of hot rolling is from 250°C to 380°C.
  • the end temperature of hot rolling is at least 260°C, or at least 270°C, or at least 280°C, or at least 290°C.
  • the hot rolling end temperature is at most 370°C, or at most 360°C, or at most 350°C, or at most 340°C, or at most 330°C, or at most 320°C.
  • the hot rolled strip is then cold rolled, preferably to a strip thickness of 0.5 to 3.5 mm.
  • the reduction in strip thickness during cold rolling is 50 to 75%.
  • An intermediate annealing may also take place between two cold rolling steps.
  • An intermediate annealing may optionally take place, in a static furnace or in a continuous furnace, preferably at a temperature of 300 to 350°C.
  • the strip is then solution-treated, typically at a solution temperature above the solvus temperature of the alloy, while avoiding local melting or burning, and then quenched, preferably in a continuous furnace. Too cold a solution and/or too short a solution can degrade the mechanical properties of the strip or sheet by insufficient solution treatment. Too hot a solution can cause burns degrading the mechanical properties. Too long a solution can degrade productivity.
  • the solution treatment lasts from 15 to 300 seconds.
  • the solution treatment temperature is preferably at least 530°C and at most 560°C.
  • the strip is quenched, typically at a rate of more than 30°C/s and better at least 100°C/s, with water or air or a successive combination of water and/or air.
  • the strip is quenched to a temperature of 60 to 100°C.
  • An insufficient cooling rate can degrade the mechanical properties of the strip or sheet, because the solution treatment is then incomplete.
  • the strip may optionally be reheated to perform pre-tempering at a pre-tempering temperature of 50 to 120°C, preferably 50 to 110°C, or 100°C, or 90°C or 80°C, for a duration preferably of 2 to 16 hours.
  • Reheating may be useful when the strip undergoes, between quenching and pre-tempering, a surface treatment whose temperature is lower than that of the pre-tempering.
  • the surface treatment may for example be pickling followed by the application of a conversion layer.
  • the pre-tempering is performed by winding, then cooling to room temperature, preferably for at least 40 hours.
  • the pre-tempered strip is in the T4 state and can then optionally mature at room temperature for 72 hours to 6 months. This step is a constraint related to storage before shaping.
  • the strip according to the invention can be shaped despite the maturation. The maturation occurs naturally between the end of winding and the time when the coil is actually used.
  • the T4 metallurgical state thus obtained has the advantage of good formability.
  • the strip can then be subjected to additional tempering in a batch furnace, with a temperature hold for a period of 20 minutes to 24 hours and a metal temperature of 100 to 210°C.
  • the additional tempering can make it possible to obtain different metallurgical states, such as for example the metallurgical states T61, T6 or T7.
  • the metallurgical state T61 has the advantage of being harder than the metallurgical state T4, while seekingng a slightly less good formability.
  • the metallurgical state T6 has the advantage of being the hardest metallurgical state among the metallurgical states T6x and T7x.
  • the metallurgical state T7 has the advantage of better resistance to SWAAT corrosion and intergranular corrosion.
  • a stamped part 12 it is necessary to follow the method of manufacturing a strip as described above according to the present invention, and it is necessary to cut said strip into the desired dimensions and stamp it in order to form a channel 13 after assembly with a flat part 11, said channel 13 being adapted to the circulation of a cooling fluid.
  • the aforementioned cutting and stamping steps can be in one order or the other, that is to say that the strip can be first cut to obtain a sheet, then the sheet is then stamped, or the strip can be first stamped and then cut to obtain a stamped sheet.
  • the dimensions of the stamped part 12 are preferably between 100 mm x 200 mm and 2000 mm x 3500 mm.
  • the method of manufacturing a set of two sheets according to the present invention comprises the steps of:
  • the method for manufacturing a set of two sheets according to the invention may in particular involve superposition welding, as illustrated in Figure 2, otherwise called overlap welding. It has also been noted that the tendency to crack during welding was significantly less when the stamped part 12 of composition according to the invention was positioned below the flat part 11 during welding, i.e. on the side of the impact of the laser beam. This advantage is obtained in the case of superposition welding. Thus, in an advantageous embodiment, the stamped part 12 of composition according to the invention is positioned on the side of the impact of the laser beam during welding.
  • the essential advantage of the invention is the possibility of using a monolithic rolled sheet, having improved weldability, in particular during laser welding, preferably remotely without filler wire, a welding process generally known to those skilled in the art under the name of "Remote Laser Welding", as well as formability and welding properties corrosion resistance at least comparable to those of AA6xxx family alloys conventionally used for their high mechanical characteristics.
  • the targeted applications include the manufacture of heat exchangers such as electric vehicle battery coolers.
  • the invention also relates to a heat exchanger, preferably a battery cooler for an electric vehicle, made at least in part from a set of two sheets according to the present invention.
  • the invention also relates to the use of a set of two sheets according to the present invention or obtained according to the present invention, for the manufacture of a heat exchanger, preferably a battery cooler for an electric vehicle.
  • a weldability test using the laser overlap welding method (see Figure 2) of the “Remote Laser Welding” type was carried out on sheets based on three different aluminum alloys: a 6016 type alloy, a 5182 type alloy and an alloy according to the invention.
  • the chemical compositions of these alloys are given in Table 1 below.
  • the tested sheets were obtained by following the steps described below.
  • the quality of the welds obtained was determined following the criteria of EN ISO 13919-2 (January 2021).
  • the quality criteria of EN ISO 13919-2 (January 2021) are illustrated in Figure 3.
  • reference 1 corresponds to a lap weld
  • reference 2 corresponds to the first sheet to be welded
  • reference 3 corresponds to the second sheet to be welded
  • reference 4 corresponds to a channel
  • reference 5 corresponds to the channel height
  • reference 6 corresponds to the allowance of weld 1
  • reference 7 corresponds to the height of allowance 6
  • reference 8 corresponds to the penetration depth of weld
  • reference 9 corresponds to the weld width at the interface between sheets 2 and 3 (bead).
  • Example 1 of the process for manufacturing alloy sheets according to the invention carry out tempering for approximately 90 minutes at approximately 205°C in an air furnace, hot at the time of introduction of the sheet, then allow to cool in the open air to room temperature.
  • Example 1 of the process for manufacturing alloy sheets according to the invention carry out tempering for approximately 200 minutes at approximately 205°C in an air furnace, hot at the time of introduction of the sheet, then allow to cool in the open air to room temperature.
  • Example 1 The same alloy according to the invention as that used in Example 1 above was used to measure the corrosion resistance of different sheets.
  • a sheet having the metallurgical condition T61 was manufactured following the method described below. The sheets all had a thickness of approximately 1 mm +/- 0.05 mm.
  • Example 1 of the process for manufacturing alloy sheets according to the invention carry out tempering for approximately 30 minutes at approximately 205°C in an air furnace, hot at the time of introduction of the sheet, then allow to cool in the open air to room temperature.
  • a cyclic SWAAT test (“Sea Water Acidified Acetic Test") according to ASTM G85 A3 was carried out on the sheets with different metallurgical states.
  • the SWAAT test includes in particular an alternation of 30-minute salt spray phases and 1h30 wet phases at a temperature of approximately 49°C.
  • T4 and T61 intergranular corrosion, corrosion depth greater than 30% of the sheet thickness, and some perforations after 40 days of testing;

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Abstract

La présente invention concerne un ensemble de deux tôles assemblées, de préférence par soudage laser, comprenant, de préférence étant constitué de : une pièce emboutie (12), formée à partir d'un alliage d'aluminium ayant la composition suivante, en pourcentages massiques : Si : de 2,50 à 6,50 %; Fe : jusqu'à 0,50 % et au moins 0,05 %; Cu : jusqu'à 0,20 %; Mn : jusqu'à 0,40 %; Mg : de 0,05 à 0,50 %; Cr : de 0,05 à 0,35 %; Ti : de 0,02 à 0,30 %; Sr : jusqu'à 500 ppm; impuretés inévitables < 0,05 % chacune et < 0,15 % au total, reste aluminium; et une pièce plate (11), formée à partir d'un alliage d'aluminium; les deux pièces étant assemblées de manière à former un canal (13) grâce à la déformation de la pièce emboutie (12).

Description

DESCRIPTION
Titre : Echangeur de chaleur à base d'un alliage d'aluminium
Domaine technique
L'invention concerne les bandes ou tôles minces (d'épaisseur généralement comprise de 0,5 à 3 mm) en alliage d'aluminium. Ces bandes ou tôles sont notamment destinées à la fabrication d'éléments, tels que des plaques d'échangeurs de chaleur assemblées par deux ou plus, notamment pour l'automobile, tels que les refroidisseurs de batteries des véhicules électriques.
Art antérieur
Avec le développement des véhicules électriques, le marché du refroidisseur de batteries est en pleine expansion. Cette pièce a pour objectif actuel de contrôler la température de fonctionnement des batteries dans une plage généralement de 20 à 100°C, de préférence de 30 à 80°C. Les pièces peuvent être de grande dimension (1 à 2 mètres).
Un exemple de design actuel de refroidisseur de batteries de véhicule électrique est représenté à la Figure 1. Il est composé de deux parties avec une couche d'âme en alliage d'aluminium de la série 3xxx 15 : une pièce plate 11 et une pièce emboutie 12, assemblées de manière à créer un canal 13. Dans la présente description, le terme « pièce plate » désigne une pièce qui n'est pas emboutie avant assemblage. D'autre part, le terme « pièce emboutie » désigne une pièce qui est emboutie avant assemblage, de manière à créer un canal après assemblage avec une pièce plate. En service, le canal 13 sert à la circulation du fluide de refroidissement dans le refroidisseur de batteries de véhicule électrique. Outre la couche d'âme en alliage d'aluminium de la série 3xxx 15, une couche sacrificielle 16, par exemple en alliage d'aluminium de la série 7xxx ou lxxx, peut être ajoutée pour garantir la résistance à la corrosion SWAAT sur la face externe de chacune des deux pièces 11 et 12. La pièce emboutie 12 comprend également une couche de brasage en alliage d'aluminium de la série 4xxx 17, de l'autre côté de la couche d'âme en alliage d'aluminium de la série 3xxx 15 par rapport à la couche sacrificielle 16, pour assurer le brasage des deux pièces 11 et 12 ensemble. Les batteries 14 sont en contact avec la pièce plate 11, mais pas avec la pièce emboutie 12.
Les propriétés requises pour les bandes ou tôles en alliage d'aluminium utilisées pour la fabrication d'échangeurs de chaleur sont notamment une formabilité suffisante pour une mise en forme aisée des plaques avant assemblage, une bonne aptitude à l'assemblage, une résistance mécanique élevée après assemblage, de manière à utiliser des épaisseurs aussi faibles que possible et à assurer une partie de la résistance de la structure complète de la boîte batterie, une bonne résistance à la sollicitation en fatigue en service, et une bonne résistance à la corrosion après assemblage. Bien entendu, il importe que l'alliage d'aluminium choisi soit facile à couler et à laminer, et que le coût de fabrication des bandes ou tôles soit compatible avec les exigences de l'industrie automobile.
Afin de favoriser la réduction d'épaisseur des plaques pour les échangeurs de chaleur (comme les refroidisseurs de batteries des véhicules électriques, qui peuvent éventuellement servir également de pièces de structure), il est notamment intéressant d’augmenter les propriétés mécaniques du matériau après assemblage, sans réduire la résistance à la corrosion.
Une autre demande actuelle du marché est d'améliorer les possibilités de recyclage des bandes ou tôles en alliage d'aluminium utilisées pour la fabrication des échangeurs de chaleur, en particulier des refroidisseurs de batteries des véhicules électriques.
Des solutions ont été proposées dans ce sens. On peut citer à titre d'exemple les brevets et demandes de brevet suivants :
- EP3790100 (Novelis): divulgue un alliage 3xxx comprenant de 0,5 à 1,15 % de Mn et jusqu'à 0,15 % de Mg ;
- EP3741876 (Novelis): divulgue un alliage 3xxx comprenant de 0,5 à 1,15 % de Mn et jusqu'à 0,06 % de Mg, qui est plaqué avec un alliage 4xxx ;
- WO2013/06853 (Novelis): divulgue un alliage Al-Si-Cu pour le soudage, mais pas dans le domaine des refroidisseurs de batteries ;
- WO2018/115638 (Constellium Neuf-Brisach) : divulgue un alliage d'aluminium comprenant de 2,5 à 14 % de Si, de 0,05 à 0,8 % de Fe, de 0,25 à 1,0 % de Cu, de 0,05 à 0,8 % de Mg, jusqu'à 0,70 % de Mn, jusqu'à 0,35 % de Cr, de 0,02 à 0,30 % de Ti, jusqu'à 500 ppm de Sr, jusqu'à 200 ppm de Na et jusqu'à 0,15 % de Sb, pour le soudage dans le domaine des tôles automobiles ;
- W02017/001790 (Constellium Neuf-Brisach) : divulgue un alliage d'aluminium comprenant de 2,5 à 14 % de Si, de 0,05 à 0,8 % de Fe, jusqu'à 0,20 % de Cu, de 0,05 à 0,80 % de Mg, jusqu'à 0,70 % de Mn, jusqu'à 0,35 % de Cr, de 0,02 à 0,30 % de Ti, jusqu'à 500 ppm de Sr, jusqu'à 200 ppm de Na et jusqu'à 0,15 % de Sb, pour le soudage dans le domaine des tôles automobiles.
Mais les solutions proposées ne permettent pas forcément de résoudre le bon compromis entre une bonne résistance mécanique après assemblage, une bonne résistance à la corrosion et une meilleure recyclabilité.
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 et permettant d'améliorer la recyclabilité. Un tel alliage d'âme pourrait permettre de répondre à la demande toujours présente de réduction d'épaisseur des produits et à la demande de développer des solutions à propriétés mécaniques élevées pour les refroidisseurs de batteries afin d'améliorer leur contribution à la résistance globale de la structure protégeant les batteries (qui inclut le refroidisseur de batteries, mais également les pièces encapsulant les batteries, intégrées ou non à la caisse du véhicule).
Exposé de l'invention
La demanderesse a déterminé un domaine de composition permettant, de manière surprenante, d'améliorer la résistance mécanique et la recyclabilité sans dégradation de la résistance à la corrosion.
La solution selon la présente invention est notamment basée sur l'utilisation :
- D'un matériau monolithique, qui peut être recyclé plus facilement qu'un matériau multicouche, car il n'est pas nécessaire de gérer les différences de composition des alliages utilisés pour les différentes couches ; et
- Du soudage laser, qui n'affecte pas les propriétés mécaniques du matériau comme le brasage pourrait le faire.
La combinaison de ces deux éléments peut permettre d'utiliser des matériaux plus résistants et d'alléger la structure finale, tout en améliorant la recyclabilité et en maintenant la résistance à la corrosion. Ainsi, la solution selon la présente invention permet de répondre aux demandes du marché : performances mécaniques, résistance à la corrosion, recyclabilité/performance environnementale et rentabilité.
La résistance à la corrosion est généralement mesurée par un test SWAAT de 40 jours selon la norme ASTM G85 (août 2003).
La performance environnementale d’un produit en alliage d'aluminium peut notamment être mesurée par son empreinte carbone au moment de sa livraison. Cette empreinte carbone peut être améliorée, c'est-à-dire réduite, en augmentant le niveau de contenu recyclé qui est inclus dans l’alliage d'aluminium. A savoir que plus un alliage est tolérant aux impuretés, plus il est adapté au recyclage.
La rentabilité peut être mesurée notamment par le coût de la matière première utilisée pour la fabrication de la bande ou tôle et par le coût du traitement de la bande ou tôle pour obtenir un échangeur de chaleur.
Dans le cas d’un échangeur de chaleur soudé au laser (sans fil d'apport), la possibilité d’utiliser un matériau monolithique améliore le coût par rapport à un matériau multicouche (âme associée à une ou des couvertures plaquées), plus coûteux à préparer. Mais pour réduire encore le coût, il est possible de réduire le gabarit des deux pièces, plate et emboutie. Pour réduire ce gabarit tout en maintenant les performances mécaniques, la résistance mécanique des plaques en service semble être le paramètre clé, et notamment la limite d'élasticité (YS ou RpO.2) et la résistance maximale en traction (UTS ou Rm). Les solutions multicouches développées actuellement visent un YS de préférence supérieur ou égal à 160 MPa, de préférence supérieur ou égal à 200 MPa. Cette cible est maintenue pour la présente invention.
D'autre part, étant donné que des longueurs importantes doivent être soudées pour préparer de grandes plaques de refroidissement, le coût du traitement laser est directement proportionnel à la vitesse de soudage : plus le soudage est rapide, plus on raccourcit le cycle de soudure (« tak time » en anglais) et plus le coût du traitement est faible. Mais il est également important d'assurer une bonne qualité de soudure. Cette qualité est généralement déterminée par la profondeur de la soudure dans la deuxième tôle, sachant que la première tôle est totalement traversée, puisqu'il s'agit d'une soudure dite par recouvrement (« overlap » en anglais - voir la Figure 2). Un objectif typique est une profondeur de pénétration de la soudure comprise de 20 à 80 % de l'épaisseur de la deuxième tôle.
En résumé, la présente invention propose un matériau :
- satisfaisant en matière de corrosion (30 % maximum de profondeur de piqûre après 40 jours de test SWAAT, par rapport à l'épaisseur de la tôle) ;
- aussi résistant que possible (YS de préférence supérieur ou égal à 160 MPa, de préférence supérieur ou égal à 200 MPa) ;
- rapide à souder (de préférence à une vitesse de soudage de l'ordre de 10 à 30 m/min) en soudage laser par recouvrement, avec une qualité de soudure acceptable (selon la norme ISO 13919-2 : profondeur de pénétration de la soudure de 20 % à 80 %, hauteur de caniveau ou « undercut » en anglais, hauteur de surépaisseur ou « overfill » en anglais, largeur de l'interface soudée (= cordon), présence de fissures et/ou soufflures, etc. - voir la Figure 3) ; La présente invention peut permettre d'obtenir des soudures de qualité classe A ou B selon la norme ISO 13919-2 ;
- Idéalement monolithique pour des raisons de coût et de performance environnementale/recyclabilité.
L'invention a ainsi pour objet un ensemble de deux tôles assemblées, de préférence par soudage laser, comprenant, de préférence étant constitué de :
- une pièce emboutie 12, formée à partir d'un alliage d'aluminium ayant la composition suivante, en pourcentages massiques : Si : de 2,50 à 6,50 % ; de préférence de 3,0 à 6,0 %, de préférence de 3,50 à 5,50 %, de préférence de 4,0 à 5,0 %, de 4,25 à 4,75 % ;
Fe : jusqu'à 0,50 %, de préférence jusqu'à 0,40 %, de préférence jusqu'à 0,30 %, de préférence jusqu'à 0,25 % ; et au moins 0,05 %, de préférence au moins 0,10 %, de préférence au moins 0,15 % ;
Cu : jusqu'à 0,20 %, de préférence jusqu'à 0,17 %, de préférence jusqu'à 0,15 %, de préférence jusqu'à 0,12 % ; et de préférence au moins 10 ppm, de préférence au moins 20 ppm, de préférence au moins 40 ppm, de préférence au moins 60 ppm ;
Mn : jusqu'à 0,40 %, de préférence jusqu'à 0,30 %, de préférence jusqu'à 0,20 % ; et de préférence au moins 0,05 %, de préférence au moins 0,08 %, de préférence au moins 0,10 % ;
Mg : de 0,05 à 0,50 %, de préférence de 0,08 à 0,45 %, de préférence de 0,10 à 0,40 %, de préférence de 0,10 à 0,35 % , -
Cr : de 0,05 à 0,35 %, de préférence de 0,06 à 0,30 %, de préférence de 0,08 à 0,25 %, de préférence de 0,10 à 0,20 %, de préférence de 0,10 à 0,15 % , -
Ti : de 0,02 à 0,30 %, de préférence de 0,04 à 0,25 %, de préférence de 0,05 à 0,25 %, de préférence de 0,07 à 0,20 %, de préférence de 0,10 à 0,20 % , -
Sr : jusqu'à 500 ppm, de préférence jusqu'à 450 ppm, de préférence jusqu'à 400 ppm, de préférence jusqu'à 350 ppm, et de préférence au moins 50 ppm, de préférence au moins 100 ppm, de préférence au moins 150 ppm, de préférence au moins 200 ppm, de préférence au moins 250 ppm ; impuretés inévitables < 0,05 % chacune et < 0,15 % au total, reste aluminium ; et
- une pièce plate 11, formée à partir d'un alliage d'aluminium, de préférence le même alliage d'aluminium que la pièce emboutie 12 ou un alliage 6xxx ou un alliage 5xxx ; les deux pièces étant assemblées de manière à former un canal 13 grâce à la déformation de la pièce emboutie 12.
L'invention selon le premier objet utilise un alliage d'aluminium permettant de maintenir une bonne résistance à la corrosion tout en améliorant simultanément :
- la performance environnementale et la recyclabilité du matériau, car il est plus tolérant aux déchets, tels que les scraps, que les alliages 6xxx habituels ou que les matériaux plaqués ;
- la résistance mécanique du matériau, de préférence en utilisant des états métallurgiques spécifiques ; la vitesse de soudage laser. L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'une bande, destinée à produire une tôle utilisée selon la présente invention, comprenant les étapes successives de : a. Coulée de l'alliage d'aluminium selon la revendication 1 en une plaque, de préférence par coulée semi continue verticale ; b. Homogénéisation de la plaque, à une température d'homogénéisation de préférence comprise de 490 à 550°C, pour une durée de maintien de préférence supérieure ou égale à 2 heures ; c. Laminage à chaud pour obtenir une bande, la température de début de laminage à chaud étant de préférence de 450 à 550°C et la température de fin de laminage à chaud étant de préférence de 250 à 380°C ; d. Laminage à froid de la bande, avec optionnellement un recuit intermédiaire, la diminution d'épaisseur de la bande pendant le laminage à froid étant de préférence de 50 à 75 % ; e. Mise en solution puis trempe, préférentiellement à l'air ; f. Optionnellement pré-revenu, à une température de pré-revenu de préférence de 50 à 120°C, pendant une durée de préférence de 2 à 16 heures, préférentiellement obtenu par bobinage puis refroidissement jusqu'à la température ambiante ; g. Revenu supplémentaire dans un four batch, avec un maintien en température pendant une durée de 20 minutes à 24 heures et une température métal de 100 à 210°C.
L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'une tôle, utilisée comme pièce plate 11 selon la présente invention, comprenant les étapes successives de :
- fabrication d'une bande selon le procédé de la présente invention ;
- découpage dans les dimensions désirées.
L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'une tôle, utilisée comme pièce emboutie 12 selon la présente invention, comprenant les étapes successives de :
- fabrication d'une bande selon le procédé de la présente invention ;
- découpage dans les dimensions désirées ;
- emboutissage de manière à créer un canal 13 après assemblage entre une pièce plate 11 et une pièce emboutie 12 ; le découpage et l'emboutissage pouvant être réalisés dans n'importe quel ordre.
L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'un ensemble de deux tôles selon la présente invention, comprenant les étapes de :
- fourniture de deux tôles, l'une des tôles formant une pièce plate 11 et l'autre tôle formant une pièce emboutie 12, fabriquées respectivement selon les procédés correspondants de la présente invention ; - assemblage des deux pièces plate 11 et emboutie 12, de préférence par soudage laser, de préférence à distance sans fil d'apport, de préférence par recouvrement, de manière à former un canal 13 grâce à la déformation de la pièce emboutie 12.
L'invention a également pour objet un échangeur de chaleur, de préférence un refroidisseur de batteries d'un véhicule électrique, réalisé au moins en partie à partir d'un ensemble de deux tôles selon la présente invention.
L'invention a également pour objet l'utilisation d'un ensemble de deux tôles selon la présente invention ou obtenu selon le procédé de la présente invention, pour la fabrication d'un échangeur de chaleur, de préférence un refroidisseur de batteries d'un véhicule électrique.
Figures
La [Figure 1] est un schéma en coupe transversale décrivant un design actuel d'un refroidisseur de batteries d'un véhicule électrique.
La [Figure 2] est un schéma en coupe transversale d’un assemblage soudé au laser par recouvrement.
La [Figure 3] est un schéma en coupe d'une soudure par recouvrement avec les critères de qualité selon la norme EN ISO 13919-2 (janvier 2021).
Description détaillée de l'invention
Dans la présente description et les revendications, sauf indication contraire :
- Tous les alliages d’aluminium sont désignés selon les règles et désignations définies par l'« Aluminum Association » dans les « Registration Record Series » qu’elle publie régulièrement.
- Les compositions sont exprimées en pourcentages massiques. L'expression 1,4 Cu signifie que la teneur en cuivre exprimée en pourcentages massiques est de 1,4 %.
- Les groupes d'alliages, également appelés séries, sont définis selon la norme européenne EN 573-1 (Février 2005).
- Les états métallurgiques sont définis selon la norme européenne EN-515 (Avril 2017).
- Les caractéristiques mécaniques statiques en traction, en d'autres termes la résistance à la rupture Rm, la limite d'élasticité conventionnelle à 0,2 % d'allongement Rp0.2 et l'allongement à la rupture A%, sont déterminées par un essai de traction selon la norme NF EN ISO 6892-1, le prélèvement et le sens de l'essai étant définis par la norme EN 485-1 (Décembre 2009), la direction ou sens L correspond au sens de la longueur par rapport au sens principal de laminage et la direction ou sens TL correspond au sens travers-long.
Les définitions de la norme EN 12258-1 (Juillet 2012) s'appliquent. Alliage d'aluminium
Les limites de composition de l'alliage d'aluminium de la pièce emboutie utilisée selon la présente invention, sont exprimées en pourcentages massiques et peuvent se justifier de la manière suivante.
Silicium :
Une teneur minimale en Si de 2,50 % peut permettre d'améliorer la soudabilité et les propriétés mécaniques, notamment par la formation de précipités durcissants contenant du magnésium et du silicium lors des traitements thermiques post-assemblage. La teneur en silicium est donc supérieure ou égale à 2,50 %, de préférence supérieure ou égale à 2,60 %, ou supérieure ou égale à 2,75 %, ou supérieure ou égale à 2,90 %, ou supérieure ou égale à 3,00 %, ou supérieure ou égale à 3,10 %, ou supérieure ou égale à 3,25 %, ou supérieure ou égale à 3,40 %, ou supérieure ou égale à 3,50 %, ou supérieure ou égale à 3,60 %, ou supérieure ou égale à 3,75 %, ou supérieure ou égale à 3,90 %, ou supérieure ou égale à 4,00 %, ou supérieure ou égale à 4,10 %, ou supérieure ou égale à 4,25 %.
Une teneur en Si trop élevée peut réduire la formabilité. Il est alors souhaitable de limiter le Si à une teneur inférieure ou égale 6,50 %, de préférence inférieure ou égale à 6,40 %, ou inférieure ou égale à 6,25 %, ou inférieure ou égale à 6,10 %, ou inférieure ou égale à 6,00 %, ou inférieure ou égale à 5,90 %, ou inférieure ou égale à 5,75 %, ou inférieure ou égale à 5,60 %, ou inférieure ou égale à 5,50 %, ou inférieure ou égale à 5,40 %, ou inférieure ou égale à 5,25 %, ou inférieure ou égale à 5,10 %, ou inférieure ou égale à 5,00 %, ou inférieure ou égale à 4,90 %, ou inférieure ou égale à 4,75 %.
Fer :
Une teneur en Fe minimale de 0,05 % peut permettre de manière inattendue d’améliorer la soudabilité, tandis que pour une teneur supérieure à 0,50 % la formabilité peut être significativement dégradée.
Une teneur maximale en Fe est ainsi de 0,50 %, ou de préférence de 0,49 %, ou de 0,48 %, ou de 0,47 % ou de 0,46 %, ou de 0,45 %, ou de 0,44 %, ou de 0,43 %, ou de 0,42 %, ou de 0,41 %, ou de 0,40 %, ou de 0,39 %, ou de 0,38 %, ou de 0,37 % ou de 0,36 %, ou de 0,35 %, ou de 0,34 %, ou de 0,33 %, ou de 0,32 %, ou de 0,31 %, ou de 0,30 %, ou de 0,29 %, ou de 0,28 %, ou de 0,27 %, ou de 0,26 % ou de 0,25 %. Cependant, il n'est pas nécessaire de descendre à des teneurs très faibles, par exemple inférieures à 0,05 %, qui conduiraient à des prix de revient élevés. Par conséquent, la teneur minimale en Fe est de 0,05 %, ou de préférence de 0,06 %, ou de 0,07 %, ou de 0,08 %, ou de 0,09 %, ou de 0,10 %, ou de 0,11 %, ou de 0,12 %, ou de 0,13 %, ou de 0,14 %, ou de 0,15 %. Cuivre :
Le Cu est un élément durcissant qui contribue à la résistance mécanique. Mais au-delà d'une certaine teneur, le risque de former des criques à la coulée est plus élevé. Il peut aussi se former des composés intermétalliques grossiers à la coulée qui nuisent à l'homogénéité du métal et peuvent constituer des sites d'initiation de la corrosion. De manière surprenante, les inventeurs ont constaté qu'une addition de Cu jusqu'à 0,20 % en masse peut permettre d'améliorer les caractéristiques mécaniques, tout en ne dégradant significativement ni la soudabilité ni la résistance à la corrosion. La teneur en Cu est donc inférieure ou égale à 0,20 %, ou inférieure ou égale à 0,19 %, ou inférieure ou égale à 0,18 %, ou inférieure ou égale à 0,17 %, ou inférieure ou égale à 0,16 %, ou inférieure ou égale à 0,15 %, ou inférieure ou égale à 0,14 %, ou inférieure ou égale à 0,13 %, ou inférieure ou égale à 0,12 %. De préférence, la teneur en Cu est supérieure ou égale à 10 ppm, ou supérieure ou égale 15 ppm, ou supérieure ou égale à 20 ppm, ou supérieure ou égale à 25 ppm, ou supérieure ou égale à 30 ppm, ou supérieure ou égale à 35 ppm, ou supérieure ou égale à 40 ppm, ou supérieure ou égale à 45 ppm, ou supérieure ou égale à 50 ppm, ou supérieure ou égale à 55 ppm, ou supérieure ou égale à 60 ppm.
Manganèse :
Une addition de manganèse au-delà de 0,05 % peut permettre d'augmenter les caractéristiques mécaniques par effet de solution solide, mais au-delà de 0,50 %, elle peut faire décroître la formabilité.
Aussi, selon la présente invention, la teneur en Mn est de préférence supérieure ou égale à 0,05 %, ou supérieure ou égale à 0,06 %, ou supérieure ou égale à 0,07 %, ou supérieure ou égale à 0,08 %, ou supérieure ou égale à 0,09 %, ou supérieure ou égale à 0,10 %. Pour éviter de former un nombre important de phases grossières à la coulée qui peuvent réduire la formabilité, il est recommandé selon la présente invention de limiter le Mn à une teneur inférieure ou égale à 0,40 %, ou inférieure ou égale à 0,39 %, ou inférieure ou égale à 0,38 %, ou inférieure ou égale à 0,37 %, ou inférieure ou égale à 0,36 %, ou inférieure ou égale à 0,35 %, ou inférieure ou égale à 0,34 %, ou inférieure ou égale à 0,33 %, ou inférieure ou égale à 0,32 %, ou inférieure ou égale à 0,31 %, ou inférieure ou égale à 0,30 %, ou inférieure ou égale à 0,29 %, ou inférieure ou égale à 0,28 %, ou inférieure ou égale à 0,27 %, ou inférieure ou égale à 0,26 %, ou inférieure ou égale à 0,25 %, ou inférieure ou égale à 0,24 %, ou inférieure ou égale à 0,23 %, ou inférieure ou égale à 0,22 %, ou inférieure ou égale à 0,21 %, ou inférieure ou égale à 0,20 %.
Magnésium :
Une teneur minimale en Mg de 0,05% peut permettre la formation de précipités Mg2Si afin d’obtenir des caractéristiques mécaniques suffisantes. Son influence négative sur le soudage impose une limitation à une teneur maximale de 0,50 %. Aussi, la teneur minimale en Mg selon la présente invention est supérieure ou égale à 0,05 %, ou supérieure ou égale à 0,06 %, ou supérieure ou égale à 0,07 %, ou supérieure ou égale à 0,08 %, ou supérieure ou égale à 0,09 %, ou supérieure ou égale à 0,10 %. En outre, la teneur maximale en Mg selon la présente invention est inférieure ou égale à 0,50 % ou inférieure ou égale à 0,49 %, ou inférieure ou égale à 0,48 %, ou inférieure ou égale à 0,47 %, ou inférieure ou égale à 0,46 %, ou inférieure ou égale à 0,45 %, ou inférieure ou égale à 0,44 %, ou inférieure ou égale à 0,43 %, ou inférieure ou égale à 0,42 %, ou inférieure ou égale à 0,41 %, ou inférieure ou égale à 0,40 % ou inférieure ou égale à 0,39 %, ou inférieure ou égale à 0,38 %, ou inférieure ou égale à 0,37 %, ou inférieure ou égale à 0,36 %, ou inférieure ou égale à 0,35 %.
Chrome :
L'ajout de Cr peut permettre d'améliorer la soudabilité. En outre, une addition de Cr de 0,05 % ou plus peut avoir un effet durcissant, mais au-delà de 0,35 %, le chrome peut former des phases intermétalliques néfastes.
La teneur en Cr selon la présente invention est ainsi inférieure ou égale à 0,35 %, ou inférieure ou égale à 0,34 %, ou inférieure ou égale à 0,33 %, ou inférieure ou égale à 0,32 %, ou inférieure ou égale à 0,31 %, ou inférieure ou égale à 0,30 %, ou inférieure ou égale à 0,29 %, ou inférieure ou égale à 0,28 %, ou inférieure ou égale à 0,27 %, ou inférieure ou égale à 0,26 %, ou inférieure ou égale à 0,25 %, ou inférieure ou égale à 0,24 %, ou inférieure ou égale à 0,23 %, ou inférieure ou égale à 0,22 %, ou inférieure ou égale à 0,21 %, ou inférieure ou égale à 0,20 %, ou inférieure ou égale à 0,19 %, ou inférieure ou égale à 0,18 %, ou inférieure ou égale à 0,17 %, ou inférieure ou égale à 0,16 %, ou inférieure ou égale à 0,15 %. En outre, la teneur minimale en Cr selon la présente invention est supérieure ou égale à 0,05 %, ou supérieure ou égale à 0,06 %, ou supérieure ou égale à 0,07 %, ou supérieure ou égale à 0,08 %, ou supérieure ou égale à 0,09 %, ou supérieure ou égale à 0,10 %.
Titane :
Il a été noté que le Ti avait pour effet d'affiner la structure de solidification et donc de diminuer la sensibilité à la fissuration. Une teneur minimale en Ti de 0,02 % est ainsi préconisée selon la présente invention. Par ailleurs, une teneur maximale en Ti de 0,30 % semble permettre d'éviter la formation de phases primaires lors de la coulée (verticale), qui ont un effet néfaste sur les caractéristiques mécaniques et la formabilité.
La teneur en Ti selon la présente invention est ainsi inférieure ou égale à 0,30 %, ou inférieure ou égale à 0,29 %, ou inférieure ou égale à 0,28 %, ou inférieure ou égale à 0,27 %, ou inférieure ou égale à 0,26 %, ou inférieure ou égale à 0,25 %, ou inférieure ou égale à 0,24 %, ou inférieure ou égale à 0,23 %, ou inférieure ou égale à 0,22 %, ou inférieure ou égale à 0,21 %, ou inférieure ou égale à 0,20 %. En outre, la teneur minimale en Ti selon la présente invention est supérieure ou égale à 0,02 %, ou supérieure ou égale à 0,03 %, ou supérieure ou égale à 0,04 %, ou supérieure ou égale à 0,05 %, ou supérieure ou égale à 0,06 %, ou supérieure ou égale à 0,07 %, ou supérieure ou égale à 0,08 %, ou supérieure ou égale à 0,09 %, ou supérieure ou égale à 0,10 %.
Strontium :
L'ajout de Sr est optionnel. A une teneur inférieure à 500 ppm, il peut permettre d'agir sur la forme de l'eutectique Al-Si lors de la solidification et de favoriser l'obtention de particules de Si d'aspect circulaire et réparties de manière homogène après réchauffage et avant laminage à chaud. Au-delà de cette teneur, son effet sur le gazage de la plaque coulée peut devenir significatif. La teneur maximale en strontium est inférieure ou égale à 500 ppm, ou inférieure ou égale à 490 ppm, ou inférieure ou égale à 480 ppm, ou inférieure ou égale à 470 ppm, ou inférieure ou égale à 460 ppm, ou inférieure ou égale à 450 ppm, ou inférieure ou égale à
440 ppm, ou inférieure ou égale à 430 ppm, inférieure ou égale à 420 ppm, ou inférieure ou égale à 410 ppm, ou inférieure ou égale à 400 ppm, ou inférieure ou égale à 390 ppm, ou inférieure ou égale à 380 ppm, ou inférieure ou égale à 370 ppm, ou inférieure ou égale à
360 ppm, ou inférieure ou égale à 350 ppm. En outre, la teneur minimale en strontium est de préférence supérieure ou égale à 50 ppm, ou supérieure ou égale à 60 ppm, ou supérieure ou égale 70 ppm, ou supérieure ou égale à 80 ppm, ou supérieure ou égale à 90 ppm, ou supérieure ou égale à 100 ppm, ou supérieure ou égale à 110 ppm, ou supérieure ou égale à 120 ppm, ou supérieure ou égale à 130 ppm, ou supérieure ou égale à 140 ppm, ou supérieure ou égale à 150 ppm, ou supérieure ou égale à 160 ppm, ou supérieure ou égale 170 ppm, ou supérieure ou égale à 180 ppm, ou supérieure ou égale à 190 ppm, ou supérieure ou égale à 200 ppm, ou supérieure ou égale à 210 ppm, ou supérieure ou égale à 220 ppm, ou supérieure ou égale à 230 ppm, ou supérieure ou égale à 240 ppm, ou supérieure ou égale à 250 ppm.
L'utilisation d'autres éléments dits « modificateurs », tels que le sodium (Na) à des teneurs jusqu'à 200 ppm ou l'antimoine (Sb) à des teneurs jusqu'à 0,15 %, est également possible en option. Une teneur préférentielle en Na est de 20 à 200 ppm. Une teneur préférentielle en Sb est de 0,04 à 0,15%. Dans un mode de réalisation avantageux, l'addition de Sr seul est choisie.
Les autres éléments ne sont pas ajoutés intentionnellement. Il s'agit d'impuretés inévitables dont la teneur est inférieure à 0,05 % chacune et inférieure à 0,15 % au total. Le reste est de l'aluminium.
Il est à noter que l'alliage d'aluminium des pièces plate 11 et emboutie 12 peut être le même alliage ou deux alliages différents. Selon une variante, il s'agit du même alliage. Selon une autre variante, il s'agit de deux alliages différents, l'alliage de la pièce plate 11 étant de préférence un alliage de type 5xxx ou 6xxx, de préférence de type AA5083, ou AA 5754, ou AA6005, ou AA6016.
Selon une variante, l'alliage de type 5xxx utilisé pour la pièce emboutie est un alliage de type AA5083, qui a de préférence la composition suivante, en pourcentages massiques : jusqu'à 0,40 % de Si ; jusqu'à 0,40 % de Fe ; jusqu'à 0,10 % de Cu ; de 0,40 à 1,0 % de Mn ; de 4,0 à 4,9 % de Mg ; de 0,05 à 0,25 % de Cr jusqu'à 0,25 % de Zn usqu'à 0,15 % de Ti ; impuretés inévitables dont la teneur est inférieure à 0,05 % chacune et inférieure à 0,15 % au total ; le reste étant de l’aluminium.
Selon une variante, l'alliage de type 5xxx utilisé pour la pièce emboutie est un alliage de type AA5754, qui a de préférence la composition suivante, en pourcentages massiques : jusqu'à 0,40 % de Si ; jusqu'à 0,40 % de Fe ; jusqu'à 0,10 % de Cu ; jusqu'à 0,50 % de Mn ; de 2,6 à 3,6 % de Mg ; jusqu'à 0,30 % de Cr ; jusqu'à 0,20 % de Zn ; jusqu'à 0,15 % de Ti ; de 0,10 à 0,6 % de Mn+Cr ; impuretés inévitables dont la teneur est inférieure à 0,05 % chacune et inférieure à 0,15 % au total ; le reste étant de l’aluminium.
Selon une variante, l'alliage de type 6xxx utilisé pour la pièce emboutie est un alliage de type AA6005, qui a de préférence la composition suivante, en pourcentages massiques : de 0,6 à 0,9 % de Si ; jusqu'à 0,35 % de Fe ; jusqu'à 0,10 % de Cu ; jusqu'à 0,10 % de Mn ; de 0,40 à 0,6 % de Mg ; jusqu'à 0,10 % de Cr ; jusqu'à 0,10 % de Zn ; jusqu'à 0,10 % de Ti ; impuretés inévitables dont la teneur est inférieure à 0,05 % chacune et inférieure à 0,15 % au total ; le reste étant de l’aluminium.
Selon une variante, l'alliage de type 6xxx utilisé pour la pièce emboutie est un alliage de type AA6016, qui a de préférence la composition suivante, en pourcentages massiques : de 1,0 à 1,5 % de Si ; jusqu'à 0,50 % de Fe ; jusqu'à 0,20 % de Cu ; jusqu'à 0,20 % de Mn ; de 0,25 à 0,6 % de Mg ; jusqu'à 0,10 % de Cr ; jusqu'à 0,20 % de Zn ; jusqu'à 0,15 % de Ti ; impuretés inévitables dont la teneur est inférieure à 0,05 % chacune et inférieure à 0,15 % au total ; le reste étant de l’aluminium.
Bande ou tôle :
De manière connue de la personne du métier, le terme « plaque » correspond à l'alliage d'aluminium depuis la coulée et jusqu'au début du laminage. Le terme « bande » correspond à l'alliage d'aluminium depuis le début du laminage et jusqu'à la fin du bobinage. Le terme « tôle » correspond à l'alliage d'aluminium après découpage de la bande. Selon une première variante où la bande ou tôle selon la présente invention est destinée à la fabrication d'une pièce plate 11, l'épaisseur totale minimale de la bande ou tôle est de 0,60 mm, ou de 0,65 mm, ou de 0,70 mm, ou de 0,75 mm, ou de 0,80 mm. Selon cette première variante, l'épaisseur totale maximale de la bande ou tôle est de préférence de 3,50 mm, ou de 3,40 mm, ou de 3,30 mm, ou de 3,20 mm, ou de 3,10 mm, ou de 3,00 mm, ou de 2,90 mm, ou de 2,80 mm, ou de 2,70 mm.
Selon une deuxième variante où la bande ou tôle selon la présente invention est destinée à la fabrication d'une pièce emboutie 12, l'épaisseur totale minimale de la bande ou tôle est de 0,50 mm, ou de 0,55 mm, ou de 0,60 mm, ou de 0,65 mm, ou de 0,70 mm. Selon cette deuxième variante, l'épaisseur totale maximale de la bande ou tôle est de préférence de 1,50 mm, ou de 1,45 mm, ou de 1,40 mm, ou de 1,35 mm, ou de 1,30 mm.
Ensemble de deux tôles :
Les tôles selon la présente invention peuvent être combinées entre elles, après mise en forme éventuelle, pour former un échangeur de chaleur avec des canaux.
Selon la présente invention, l'ensemble de deux tôles comprend, de préférence est constitué de :
- une pièce emboutie 12, formée à partir d'un alliage d'aluminium ayant la composition suivante, en pourcentages massiques :
Si : de 2,50 à 6,50 % ; de préférence de 3,0 à 6,0 %, de préférence de 3,50 à 5,50 %, de préférence de 4,0 à 5,0 %, de 4,25 à 4,75 % ;
Fe : jusqu'à 0,50 %, de préférence jusqu'à 0,40 %, de préférence jusqu'à 0,30 %, de préférence jusqu'à 0,25 % ; et au moins 0,05 %, de préférence au moins 0,10 %, de préférence au moins 0,15 % ;
Cu : jusqu'à 0,20 %, de préférence jusqu'à 0,17 %, de préférence jusqu'à 0,15 %, de préférence jusqu'à 0,12 % ; et de préférence au moins 10 ppm, de préférence au moins 20 ppm, de préférence au moins 40 ppm, de préférence au moins 60 ppm ;
Mn : jusqu'à 0,40 %, de préférence jusqu'à 0,30 %, de préférence jusqu'à 0,20 % ; et de préférence au moins 0,05 %, de préférence au moins 0,08 %, de préférence au moins 0,10 % ;
Mg : de 0,05 à 0,50 %, de préférence de 0,08 à 0,45 %, de préférence de 0,10 à 0,40 %, de préférence de 0,10 à 0,35 % , -
Cr : de 0,05 à 0,35 %, de préférence de 0,06 à 0,30 %, de préférence de 0,08 à 0,25 %, de préférence de 0,10 à 0,20 %, de préférence de 0,10 à 0,15 % , -
Ti : de 0,02 à 0,30 %, de préférence de 0,04 à 0,25 %, de préférence de 0,05 à 0,25 %, de préférence de 0,07 à 0,20 %, de préférence de 0,10 à 0,20 % ;
Sr : jusqu'à 500 ppm, de préférence jusqu'à 450 ppm, de préférence jusqu'à 400 ppm, de préférence jusqu'à 350 ppm, et de préférence au moins 50 ppm, de préférence au moins 100 ppm, de préférence au moins 150 ppm, de préférence au moins 200 ppm, de préférence au moins 250 ppm ; impuretés inévitables < 0,05 % chacune et < 0,15 % au total, reste aluminium ; et
- une pièce plate 11, formée à partir d'un alliage d'aluminium, de préférence le même alliage d'aluminium que la pièce emboutie 12 ou un alliage 6xxx ou un alliage 5xxx ; les deux pièces étant destinées à être assemblées par soudage, de préférence à distance sans fil d'apport, de préférence par soudage laser, de préférence de type « Remote Laser Welding », de manière à former un canal 13 grâce à la déformation de la pièce emboutie 12.
Le soudage laser de type « Remote Laser Welding » est un soudage qui est réalisé à distance et ce n'est pas l'effecteur (ou tête de soudage) laser lui-même qui bouge pour souder aux différents endroits, mais un miroir qui bouge pour réfléchir le faisceau laser auxdits différents endroits. Les normes ISO 15609-4 (Mai 2009) et ISO 4063 (Août 2009) décrivent le mode opératoire de cette technique. La norme ISO 13919-2 (Janvier 2021) donne des recommandations de qualité des soudures obtenues.
De préférence, la soudure entre la pièce plate 11 et la pièce emboutie 12 est continue.
Procédé de fabrication d'une bande
L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'une bande, destinée à produire une tôle selon la présente invention, comprenant les étapes successives de : a. Coulée de l'alliage d'aluminium selon la présente invention en une plaque, de préférence par coulée semi continue verticale ; b. Homogénéisation de la plaque, à une température d'homogénéisation de préférence comprise de 490 à 550°C, pour une durée de maintien de préférence supérieure ou égale à 2 heures ; c. Laminage à chaud, la température de début de laminage à chaud étant de préférence de 450 à 550°C et la température de fin de laminage à chaud étant de préférence de 250 à 380°C ; d. Laminage à froid de la bande, avec optionnellement avec un recuit intermédiaire, la diminution d'épaisseur de la bande pendant le laminage à froid étant de préférence de 50 à 75 % ; e. Mise en solution puis trempe, préférentiellement à l'air ; f. Optionnellement pré-revenu, à une température de pré-revenu de préférence de 50 à 120°C, pendant une durée de préférence de 2 à 16 heures, préférentiellement obtenu par bobinage puis refroidissement jusqu'à la température ambiante ; g. Revenu supplémentaire dans un four batch, avec un maintien en température pendant une durée de 20 minutes à 24 heures et une température métal de 100 à 210°C.
Le procédé de fabrication des bandes ou tôles monolithiques selon la présente invention comporte typiquement la coulée, le réchauffage/homogénéisation, le laminage à chaud, le laminage à froid, la mise en solution et la trempe.
Le procédé de fabrication des bandes ou tôles selon l'invention comporte la coulée d'une plaque, préférentiellement par coulée semi-continue verticale, suivie d'un scalpage. Dans un mode de réalisation, la coulée peut être continue.
Les dimensions préférentielles des plaques selon l'invention sont de 200 à 600 mm, de préférence de 450 à 510 mm, d'épaisseur, de 1000 à 3000 mm de largeur et de 2000 à 8000 mm de longueur.
Avantageusement, la tôle fabriquée est monolithique. Ce qui est moins coûteux qu'une tôle plaquée et plus adapté au recyclage.
La plaque est homogénéisée, typiquement à une température d'homogénéisation au-delà de la température de solvus de l'alliage, tout en évitant une fusion locale ou la brûlure, de préférence pendant une durée minimale de 2 heures, préférentiellement de 3 heures, et de préférence pendant une durée maximale de 7 heures, préférentiellement de 6 heures. La température d'homogénéisation est préférentiellement au maximum de 550°C, préférentiellement de 540°C, préférentiellement de 530°C, et de préférence au minimum de 490°C, préférentiellement de 500°C. Une température trop forte ou trop faible peut dégrader les propriétés mécaniques de la tôle.
La plaque est ensuite transférée au laminoir à chaud. Optionnellement, elle est directement transférée de l'homogénéisation au laminage à chaud, la température pouvant diminuer de 5 à 40°C naturellement pendant ce transfert. Optionnellement, la plaque est refroidie de la température d'homogénéisation jusqu'à la température de début de laminage à chaud par un refroidissement forcé. Ce refroidissement forcé est préférentiellement réalisé avec une vitesse de refroidissement directe d'au moins 150°C par heure. Avantageusement la vitesse de refroidissement directe est d'au maximum 500°C/h. Le refroidissement peut typiquement être effectué par une machine telle que celle décrite par la demande W02016012691. Préférentiellement, ce refroidissement est fait en deux étapes, l'une d'aspersion et l'autre d'uniformisation. Optionnellement, ce refroidissement peut être effectué en deux passages dans la machine telle que celle décrite par la demande W02016012691.
La plaque homogénéisée est ensuite laminée à chaud, de préférence jusqu'à une épaisseur de bande de 2 à 7,3 mm. La température de début de laminage à chaud est de préférence de 450 à 550°C. De préférence, la température de début de laminage à chaud est d'au moins 460°C, ou d'au moins 470°C, ou d'au moins 480°C, ou d'au moins 490°C. De préférence, la température de début de laminage à chaud est d'au plus 545°C, ou d'au plus 540°C, ou d'au plus 535°C ou d'au plus 530°C, ou d'au plus 525°C.
L'évolution de la température entre le début et la fin du laminage à chaud découle du refroidissement par l'échange thermique usuel de la bande avec l'air à la température ambiante de l'usine, avec les équipements du laminoir à chaud tels que par exemple, non limitatif, les cylindres ou les rouleaux de convoyage ainsi qu'avec les fluides de lubrification ou de refroidissement usuels et du réchauffement liés à l'énergie de déformation. Préférentiellement, la température de fin de laminage à chaud est de 250°C à 380°C. De préférence, la température de fin de laminage à chaud est d'au moins 260°C, ou d'au moins 270°C, ou d'au moins 280°C, ou d'au moins 290°C. De préférence, la température de fin de laminage à chaud est d'au plus 370°C, ou d'au plus 360°C, ou d'au plus 350°C, ou d'au plus 340°C, ou d'au plus 330°C, ou d'au plus 320°C.
La bande laminée à chaud est ensuite laminée à froid, de préférence jusqu'à une épaisseur de bande de 0,5 à 3,5 mm. De préférence, la réduction d'épaisseur de la bande pendant le laminage à froid est de 50 à 75 %. Un recuit intermédiaire peut aussi avoir lieu entre deux étapes de laminage à froid. Un recuit intermédiaire peut optionnellement avoir lieu, dans un four statique ou dans un four continu, de préférence à une température de 300 à 350°C.
La bande est ensuite mise en solution, typiquement à une température de mise en solution au- delà de la température de solvus de l'alliage, tout en évitant une fusion locale ou la brûlure, puis trempée, préférentiellement dans un four continu. Une mise en solution trop froide et/ou une mise en solution trop courte peut dégrader les propriétés mécaniques de la bande ou tôle par une mise en solution insuffisante. Une mise en solution trop chaude peut provoquer des brûlures dégradant les propriétés mécaniques. Une mise en solution trop longue peut dégrader la productivité. De préférence, la mise en solution dure de 15 à 300 secondes. La température de mise en solution est préférentiellement au minimum de 530°C et au maximum de 560°C.
Ensuite, la bande est trempée, typiquement à une vitesse de plus de 30°C/s et mieux d'au moins 100°C/s, avec de l'eau ou de l'air ou une combinaison successive d'eau et/ou d'air. Préférentiellement, la bande est trempée jusqu'à une température de 60 à 100°C. Une vitesse de refroidissement insuffisante peut dégrader les propriétés mécaniques de la bande ou tôle, car la mise en solution est alors incomplète.
La bande peut optionnellement être réchauffée pour réaliser un pré-revenu à une température de pré-revenu de 50 à 120°C, de préférence de 50 à 110°C, ou 100°C, ou 90°C ou 80°C, pendant une durée de préférence de 2 à 16 heures. Le réchauffage peut être utile lorsque la bande subit, entre la trempe et le pré-revenu, un traitement de surface dont la température est inférieure à celle du pré-revenu. Le traitement de surface peut par exemple être un décapage suivi par l'application d'une couche de conversion. Préférentiellement, le pré-revenu est réalisé par bobinage, puis refroidissement jusqu'à la température ambiante, préférentiellement pendant au moins 40 heures.
La bande pré-revenue est à l'état T4 et peut ensuite optionnellement maturer à la température ambiante pendant 72 heures à 6 mois. Cette étape est une contrainte liée au stockage avant la mise en forme. La bande selon l'invention peut être mise en forme malgré la maturation. La maturation se produit naturellement entre la fin du bobinage et le moment où la bobine est effectivement utilisée.
L'état métallurgique T4 ainsi obtenu présente l'avantage d'une bonne formabilité.
La bande peut ensuite être soumise à un revenu supplémentaire dans un four batch, avec un maintien en température pendant une durée de 20 minutes à 24 heures et une température métal de 100 à 210°C. Le revenu supplémentaire peut permettre d'obtenir différents états métallurgiques, comme par exemple les états métallurgiques T61, T6 ou T7. L'état métallurgique T61 présente notamment l'avantage d'être plus dur que l'état métallurgique T4, tout en concédant une formabilité un peu moins bonne. L'état métallurgique T6 présente notamment l'avantage d'être l'état métallurgique le plus dur parmi les états métallurgiques T6x et T7x. L'état métallurgique T7 présente notamment l'avantage d'une meilleure résistance à la corrosion SWAAT et à la corrosion intergranulaire.
Procédé de fabrication d'une pièce plate :
Pour obtenir une pièce plate 11 selon la présente invention, il suffit de couper la bande obtenue précédemment selon la présente invention, dans les dimensions souhaitées, qui peuvent être de préférence comprises de 100 mm x 200 mm à 2000 mm x 3500 mm. Procédé de fabrication d'une pièce emboutie :
Pour obtenir une pièce emboutie 12, il faut suivre le procédé de fabrication d'une bande tel que décrit précédemment selon la présente invention, et il faut couper ladite bande dans les dimensions souhaitées et l'emboutir afin de former un canal 13 après assemblage avec un pièce plate 11, ledit canal 13 étant adapté à la circulation d'un fluide de refroidissement. Les étapes de coupage et d'emboutissage précitées peuvent être dans un ordre ou dans l'autre, c'est-à-dire que la bande peut être d'abord coupée pour obtenir une tôle, puis la tôle est ensuite emboutie, ou alors la bande peut être d'abord emboutie puis ensuite coupée pour obtenir une tôle emboutie.
Les dimensions de la pièce emboutie 12 sont de préférence comprises de 100 mm x 200 mm à 2000 mm x 3500 mm.
Procédé de fabrication d'un ensemble de deux tôles :
Le procédé de fabrication d'un ensemble de deux tôles selon la présente invention, comprend les étapes de :
- Fourniture de deux tôles, l'une des tôles formant une pièce plate 11 et l'autre tôle formant une pièce emboutie 12, fabriquées respectivement selon les procédés correspondants de la présente invention ;
- Assemblage des deux pièces plate 11 et emboutie 12, de préférence par soudage laser, de préférence à distance sans fil d'apport, de préférence par recouvrement, de manière à former un canal 13 grâce à la déformation de la pièce emboutie 12.
Le procédé de fabrication d'un ensemble de deux tôles selon l’invention peut notamment faire intervenir du soudage par superposition, tel qu’illustré sur la Figure 2, autrement appelé soudage par recouvrement. Il a par ailleurs été noté que la tendance à la fissuration lors du soudage était nettement moindre lorsque la pièce emboutie 12 de composition selon l’invention était positionnée en-dessous de la pièce plate 11 lors du soudage, soit du côté de l’impact du faisceau laser. Cet avantage est obtenu dans le cas du soudage par superposition. Ainsi, dans un mode de réalisation avantageux, la pièce emboutie 12 de composition selon l’invention est positionnée du côté de l’impact du faisceau laser lors du soudage.
L’avantage essentiel de l’invention est la possibilité d’utiliser une tôle laminée monolithique, présentant une soudabilité améliorée, en particulier lors du soudage par laser, de préférence à distance sans fil d’apport, procédé de soudage généralement connu par la personne du métier sous l’appellation de « Remote Laser Welding », ainsi que des propriétés de formabilité et de résistance à la corrosion au moins comparables à celles des alliages de la famille AA6xxx classiquement utilisés pour leurs caractéristiques mécaniques élevées.
Les techniques de soudage, en particulier de soudage laser, des alliages d'aluminium sont décrites par exemple dans les normes ISO 15609-4 (Mai 2009), ISO 4063 (Août 2009) et ISO 13919-2 (Janvier 2021).
Les applications visées couvrent notamment la fabrication d'échangeurs de chaleur comme des refroidisseurs de batteries de véhicules électriques.
Utilisation
L'invention a également pour objet un échangeur de chaleur, de préférence un refroidisseur de batteries d'un véhicule électrique, réalisé au moins en partie à partir d'un ensemble de deux tôles selon la présente invention.
L'invention a également pour objet l'utilisation d'un ensemble de deux tôles selon la présente invention ou obtenu selon la présente invention, pour la fabrication d'un échangeur de chaleur, de préférence un refroidisseur de batteries d'un véhicule électrique.
Exemples
Exemple 1 : Soudabilité
Un test de soudabilité par la méthode de soudage laser par recouvrement (voir Figure 2) de type « Remote Laser Welding » a été réalisé sur des tôles à base de trois alliages d'aluminium différents : un alliage de type 6016, un alliage de type 5182 et un alliage selon l'invention. Les compositions chimiques de ces alliages sont données dans le Tableau 1 ci-après.
[Tableau 1]
Figure imgf000020_0001
Les tôles testées ont été obtenues en suivant les étapes décrites ci-après.
Procédé de fabrication des tôles en alliage de type 6016 :
- coulée puis scalpage pour obtenir une tôle d'environ 582 mm d'épaisseur ; - réchauffage à environ 560°C pendant environ 2 heures, puis à environ 530°C pendant environ 1 heure ;
- refroidissement jusqu'à environ 415°C ;
- laminage à chaud jusqu'à une épaisseur d'environ 7,3 mm, avec une température de début de laminage à chaud d'environ 415°C et une température de fin de laminage à chaud d'environ 300°C ;
- laminage à froid jusqu'à une épaisseur intermédiaire d'environ 4 mm (Taux de réduction 45%) ;
- recuit intermédiaire à environ 350°C pendant environ 4 heures de maintien ;
- laminage à froid jusqu'à une épaisseur finale d'environ sortie 1,01 mm (Taux de réduction 75%) ;
- mise en solution à environ 555°c, avec un temps de maintien d'environ 5 secondes au-dessus de 550°C, puis trempe.
Procédé de fabrication des tôles en alliage de type 5182 :
- coulée puis scalpage pour obtenir une tôle d'environ 582 mm d'épaisseur ;
- réchauffage à environ 490°C ;
- laminage à chaud jusqu'à une épaisseur de 2,5 mm, avec une température de début de laminage à chaud d'environ 470°C et une température de fin de laminage à chaud d'environ 330°C ;
- laminage à froid jusqu'à une épaisseur d'environ 0,9 mm (Taux de réduction 64%) ;
- mise en solution à environ 385°C, puis trempe.
Procédé de fabrication des tôles en alliage selon l'invention :
- coulée puis scalpage pour obtenir une tôle d'environ 582 mm d'épaisseur ;
- homogénéisation à environ 500°C pendant une durée totale d'environ 18 heures ;
- laminage à chaud jusqu'à une épaisseur d'environ 3,5 mm, avec une température de début de laminage à chaud d'environ 500°C et une température de fin de laminage à chaud d'environ 340°C ;
- laminage à froid jusqu'à une épaisseur d'environ 1,04 mm ;
- mise en solution à environ 550°C, avec un temps de maintien d'environ 30 secondes au- dessus de 530°C, puis trempe.
Deux tôles du même alliage ont été soudées l'une sur l'autre par recouvrement (voir Figure 2), pour chacun des trois alliages décrits ci-avant. Dans la Figure 2, la référence 1 correspond à une soudure par recouvrement, la référence 2 correspond à la première tôle à souder, et la référence 3 correspond à la deuxième tôle à souder. Le terme « recouvrement » signifie que la soudure traverse complètement la première tôle à souder 2 et qu'elle traverse au moins en partie la deuxième tôle à souder 3.
La qualité des soudures obtenues a été déterminée en suivant les critères de la norme EN ISO 13919-2 (janvier 2021). Les critères de qualité de la norme EN ISO 13919-2 (janvier 2021) sont illustrés dans la Figure 3. Dans la Figure 3, la référence 1 correspond à une soudure par recouvrement, la référence 2 correspond à la première tôle à souder, et la référence 3 correspond à la deuxième tôle à souder, la référence 4 correspond à un caniveau, la référence 5 correspond à la hauteur de caniveau, la référence 6 correspond à la surépaisseur de la soudure 1, la référence 7 correspond à la hauteur de la surépaisseur 6, la référence 8 correspond à la profondeur de pénétration de la soudure 1, et la référence 9 correspond à la largeur de soudure à l'interface entre les tôles 2 et 3 (cordon).
Les résultats obtenus sont donnés dans le Tableau 2 ci-après.
[Tableau 2]
Figure imgf000022_0001
D'après le Tableau 2 ci-avant, les meilleurs résultats ont été obtenus avec les tôles à base de l'alliage selon l'invention, notamment en termes d'aspect visuel et de fissuration.
Plusieurs vitesses de soudage ont été testées (pas toutes illustrées dans le Tableau 2) : 10 m/min (3250 W), 15 m/min (4500 W), 20 m/min (5500 W), 25 m/min (6500 W) et 30 m/min (7500 W), et pour toutes ces vitesses, les meilleurs résultats ont été obtenus avec les tôles à base de l'alliage selon l'invention, notamment en termes d'aspect visuel et de fissuration.
Il est à noter qu'il a été possible de souder à des vitesses aussi élevées que 10 m/min, 15 m/min, 20 m/min, 25 m/min ou 30 m/min, alors que la vitesse de soudage est habituellement d'environ 4 à 5 m/min.
Exemple 2 : Performances mécaniques
Le même alliage selon l'invention que celui utilisé dans l'Exemple 1 ci-avant a été utilisé pour mesurer les performances mécaniques selon la norme NF EN ISO 6892-1. En plus d'une tôle à l'état métallurgique T4 obtenue en suivant le procédé décrit dans l'Exemple 1 ci-avant, des tôles ayant les états métallurgiques T6 et T7 ont été fabriquées en suivant les procédés décrits ci- après.
Procédé de fabrication d'une tôle en alliage selon l'invention à l'état métallurgique T6 :
En plus des étapes décrites ci-avant dans l'Exemple 1 du procédé de fabrication des tôles en alliage selon l'invention, réaliser un revenu pendant environ 90 minutes à environ 205°C dans un four à air, chaud au moment de l'introduction de la tôle, puis laisser refroidir à l'air libre jusqu'à la température ambiante.
Procédé de fabrication d'une tôle en alliage selon l'invention à l'état métallurgique T7 :
En plus des étapes décrites ci-avant dans l'Exemple 1 du procédé de fabrication des tôles en alliage selon l'invention, réaliser un revenu pendant environ 200 minutes à environ 205°C dans un four à air, chaud au moment de l'introduction de la tôle, puis laisser refroidir à l'air libre jusqu'à la température ambiante.
Les performances mécaniques obtenues sont données dans le Tableau 3 ci-après.
[Tableau 3]
Figure imgf000023_0001
D'après le Tableau 3 ci-avant, les performances mécaniques obtenues sont satisfaisantes pour une utilisation dans le domaine des échangeurs de chaleur, et en particulier des refroidisseurs de batteries de véhicules électriques, avec notamment un Rp0.2 qui peut être supérieur ou égal à 200 MPa. Il est à noter par ailleurs, que les propriétés mécaniques d'une tôle selon la présente invention ayant l'état métallurgique T61 (valeurs non illustrées ici) permettent de proposer une tôle présentant un bon compromis entre la formabilité et les résistances mécaniques.
Exemple 3 : Résistance à la corrosion
Le même alliage selon l'invention que celui utilisé dans l'Exemple 1 ci-avant a été utilisé pour mesurer la résistance à la corrosion de différentes tôles. En plus des tôles ayant les états métallurgiques T4, T6 et T7 décrits dans les Exemples 1 et 2 ci-avant, une tôle ayant l'état métallurgique T61 a été fabriquée en suivant le procédé décrit ci-après. Les tôles avaient toutes une épaisseur d'environ 1 mm +/- 0,05 mm.
Procédé de fabrication d'une tôle en alliage selon l'invention à l'état métallurgique T61 :
En plus des étapes décrites ci-avant dans l'Exemple 1 du procédé de fabrication des tôles en alliage selon l'invention, réaliser un revenu pendant environ 30 minutes à environ 205°C dans un four à air, chaud au moment de l'introduction de la tôle, puis laisser refroidir à l'air libre jusqu'à la température ambiante.
Pour déterminer la résistance à la corrosion, un test cyclique SWAAT (« Sea Water Acidified Acetic Test ») selon la norme ASTM G85 A3 a été réalisé sur les tôles ayant différents états métallurgiques. Le test SWAAT comprend notamment une alternance de phases de brouillard salin de 30 minutes et de phases humides de lh30 à une température d'environ 49°C.
Les résultats obtenus sont les suivants :
- T4 et T61 : corrosion intergranulaire, profondeur de corrosion supérieure à 30 % de l'épaisseur de la tôle, et quelques perforations après 40 jours de test ;
- T6 : corrosion intergranulaire et profondeur de corrosion supérieure à 30 % de l'épaisseur de la tôle, mais pas de perforation après 40 jours de test ;
- T7 : pas de corrosion intergranulaire, profondeur de corrosion inférieure à 30 % de l'épaisseur de la tôle, et pas de perforation après 40 jours de test.
Les résultats montrent donc que la tôle ayant l'état métallurgique T7 a une meilleure résistance à la corrosion que les tôles ayant les états métallurgiques T4, T6 et T61.
Exemple 4 : Performance environnementale/Recyclabilité
Aucune analyse détaillée des déchets (« scraps ») pouvant être intégrés dans l'alliage selon la présente invention n’a été effectuée, mais il semble au moins théoriquement possible d'intégrer dans le présent alliage tous les déchets intégrables dans les alliages de la série AA6xxx pour les tôles de carrosserie automobile monolithiques. D'autre part, le présent alliage semble pouvoir absorber certains alliages de moulage primaire, comme par exemple A365.1. Il est à noter par ailleurs, que la tôle selon la présente invention, qui est monolithique, c'est-à- dire composée d'un seul alliage, permet de recycler sur elle-même tous les déchets issus de son cycle de vie, de sa fabrication jusqu'à son recyclage en fin de vie. Ceci est un avantage notable par rapport aux tôles multi-plaquées, courantes dans le domaine des échangeurs de chaleur.
Exemple 5 : Performances mécaniques
Plusieurs alliages selon l'invention ont été utilisés pour mesurer les performances mécaniques selon la norme NF EN ISO 6892-1. Les compositions chimiques de ces alliages sont données dans le Tableau 4 ci-après.
[Tableau 4]
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Procédé de fabrication de la tôle en alliage lnv-1 :
- coulée puis scalpage pour obtenir une plaque d'environ 1820 x 510 x 3900 mm ;
- homogénéisation à environ 500°C pendant une durée totale d'environ 10 heures ;
- laminage à chaud jusqu'à une épaisseur d'environ 2,6 mm, avec une température de début de laminage à chaud d'environ 480°C ;
- laminage à froid jusqu'à une épaisseur d'environ 0,8 mm ;
- mise en solution à environ 550°C, avec un temps de maintien d'environ 30 secondes au- dessus de 530°C, puis trempe et bobinage à environ 65°C.
Procédé de fabrication des tôles en alliages lnv-2 à lnv-6 :
- coulée puis scalpage pour obtenir une plaque d'environ 55 mm d'épaisseur ;
- homogénéisation à environ 545°C pendant une durée totale d'environ 12 heures ;
- laminage à chaud jusqu'à une épaisseur d'environ 3,5 mm, avec une température de début de laminage à chaud d'environ 545°C ;
- laminage à froid jusqu'à une épaisseur d'environ 0,8 mm ;
- mise en solution à environ 545°C, avec un temps de maintien d'environ 2 minutes, puis trempe ; - pré-revenu pendant environ 8 heures à environ 60°C, puis refroidissement à l'air libre jusqu'à la température ambiante.
Les performances mécaniques obtenues sont données dans le Tableau 5 ci-après.
[Tableau 5]
Figure imgf000026_0001
D'après le Tableau 5 ci-avant, Il est possible de jouer sur la composition de l'alliage afin de faire varier les propriétés mécaniques en fonction des caractéristiques souhaitées (ici un compromis entre Rm et allongement).

Claims

REVENDICATIONS
1. Ensemble de deux tôles assemblées, de préférence par soudage laser, comprenant, de préférence étant constitué de :
- une pièce emboutie (12), formée à partir d'un alliage d'aluminium ayant la composition suivante, en pourcentages massiques :
Si : de 2,50 à 6,50 % , - de préférence de 3,0 à 6,0 %, de préférence de 3,50 à 5,50 %, de préférence de 4,0 à 5,0 %, de 4,25 à 4,75 % , -
Fe : jusqu'à 0,50 %, de préférence jusqu'à 0,40 %, de préférence jusqu'à 0,30 %, de préférence jusqu'à 0,25 % ; et au moins 0,05 %, de préférence au moins 0,10 %, de préférence au moins 0,15 % ;
Cu : jusqu'à 0,20 %, de préférence jusqu'à 0,17 %, de préférence jusqu'à 0,15 %, de préférence jusqu'à 0,12 % ; et de préférence au moins 10 ppm, de préférence au moins 20 ppm, de préférence au moins 40 ppm, de préférence au moins 60 ppm ;
Mn : jusqu'à 0,40 %, de préférence jusqu'à 0,30 %, de préférence jusqu'à 0,20 % ; et de préférence au moins 0,05 %, de préférence au moins 0,08 %, de préférence au moins 0,10 % ;
Mg : de 0,05 à 0,50 %, de préférence de 0,08 à 0,45 %, de préférence de 0,10 à 0,40 %, de préférence de 0,10 à 0,35 % , -
Cr : de 0,05 à 0,35 %, de préférence de 0,06 à 0,30 %, de préférence de 0,08 à 0,25 %, de préférence de 0,10 à 0,20 %, de préférence de 0,10 à 0,15 % , -
Ti : de 0,02 à 0,30 %, de préférence de 0,04 à 0,25 %, de préférence de 0,05 à 0,25 %, de préférence de 0,07 à 0,20 %, de préférence de 0,10 à 0,20 % , -
Sr : jusqu'à 500 ppm, de préférence jusqu'à 450 ppm, de préférence jusqu'à 400 ppm, de préférence jusqu'à 350 ppm, et de préférence au moins 50 ppm, de préférence au moins 100 ppm, de préférence au moins 150 ppm, de préférence au moins 200 ppm, de préférence au moins 250 ppm ; impuretés inévitables < 0,05 % chacune et < 0,15 % au total, reste aluminium ; et
- une pièce plate (11), formée à partir d'un alliage d'aluminium, de préférence le même alliage d'aluminium que la pièce emboutie (12) ou un alliage 6xxx ou un alliage 5xxx ; les deux pièces étant assemblées de manière à former un canal (13) grâce à la déformation de la pièce emboutie (12).
2. Ensemble de deux tôles selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est soudé et que la soudure entre la pièce plate (11) et la pièce emboutie (12) est continue. Tl
3. Procédé de fabrication d'une bande, destinée à produire une tôle utilisée selon l'une des revendications précédentes, comprenant les étapes successives de : a. Coulée de l'alliage d'aluminium selon la revendication 1 en une plaque, de préférence par coulée semi continue verticale ; b. Homogénéisation de la plaque, à une température d'homogénéisation de préférence comprise de 490 à 550°C, pour une durée de maintien de préférence supérieure ou égale à 2 heures ; c. Laminage à chaud pour obtenir une bande, la température de début de laminage à chaud étant de préférence de 450 à 550°C et la température de fin de laminage à chaud étant de préférence de 250 à 380°C ; d. Laminage à froid de la bande, avec optionnellement un recuit intermédiaire, la diminution d'épaisseur de la bande pendant le laminage à froid étant de préférence de 50 à 75 % ; e. Mise en solution puis trempe, préférentiellement à l'air ; f. Optionnellement pré-revenu, à une température de pré-revenu de préférence de 50 à 120°C, pendant une durée de préférence de 2 à 16 heures, préférentiellement obtenu par bobinage puis refroidissement jusqu'à la température ambiante ; g. Revenu supplémentaire dans un four batch, avec un maintien en température pendant une durée de 20 minutes à 24 heures et une température métal de 100 à 210°C.
4. Procédé de fabrication d'une tôle utilisée comme pièce plate (11) selon la revendication 1 ou 2, comprenant les étapes successives de :
- fabrication d'une bande selon le procédé de la revendication 3 ;
- découpage dans les dimensions désirées.
5. Procédé de fabrication d'une tôle utilisée comme pièce emboutie (12) selon la revendication 1 ou 2, comprenant les étapes successives de :
- fabrication d'une bande selon le procédé de la revendication 3 ;
- découpage dans les dimensions désirées ;
- emboutissage de manière à créer un canal (13) après assemblage entre une pièce plate (11) et une pièce emboutie (12) ; le découpage et l'emboutissage pouvant être réalisés dans n'importe quel ordre.
6. Procédé de fabrication d'un ensemble de deux tôles selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, comprenant les étapes de :
- fourniture de deux tôles, l'une des tôles formant une pièce plate (11) et l'autre tôle formant une pièce emboutie (12), fabriquées respectivement l'une selon le procédé de la revendication 4 et l'autre selon le procédé de la revendication 5 ;
- Assemblage des deux pièces plate (11) et emboutie (12), de préférence par soudage laser, de préférence à distance sans fil d'apport, de préférence par recouvrement, de manière à former un canal (13) grâce à la déformation de la pièce emboutie (12).
7. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le soudage des deux pièces est continu.
8. Echangeur de chaleur, de préférence refroidisseur de batteries d'un véhicule électrique, réalisé au moins en partie à partir d'un ensemble de deux tôles selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2.
9. Utilisation d'au moins un ensemble de deux tôles selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, ou obtenu selon le procédé la revendication 6 ou 7, pour la fabrication d'un échangeur de chaleur, de préférence d'un refroidisseur de batteries d'un véhicule électrique.
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