Brasage des métaux réfractaires

1. Souder

Tous les types de brasures supportant une température inférieure à 3 000 °C peuvent être utilisés pour le brasage au tungstène. Les brasures à base de cuivre ou d'argent conviennent aux composants fonctionnant à des températures inférieures à 400 °C. Pour les composants utilisés entre 400 °C et 900 °C, on utilise généralement des métaux d'apport à base d'or, de manganèse, de palladium ou de forge. Au-delà de 1 000 °C, on privilégie les métaux purs tels que le niobium, le tantale, le nickel, le platine, le palladium et le molybdène. La température de service des composants brasés avec une brasure à base de platine atteint 2 150 °C. Un traitement de diffusion à 1 080 °C après brasage permet d'atteindre une température de service maximale de 3 038 °C.

La plupart des brasures utilisées pour le brasage de l'étain peuvent également convenir au brasage du molybdène. Les brasures à base de cuivre ou d'argent sont appropriées pour les composants en molybdène fonctionnant à des températures inférieures à 400 °C. Pour les dispositifs électroniques et les pièces non structurelles fonctionnant entre 400 et 650 °C, on peut utiliser des brasures Cu-Ag, Au-Ni, PdNi ou Cu-Ni. Des métaux d'apport à base de titane ou d'autres métaux purs à point de fusion élevé sont recommandés pour les composants fonctionnant à des températures plus élevées. Il est important de noter que les métaux d'apport à base de manganèse, de cobalt ou de nickel sont généralement déconseillés afin d'éviter la formation de composés intermétalliques fragiles dans les joints brasés.

Lorsque des composants contenant du titane (TA) ou du niobium (Nb) sont utilisés à des températures inférieures à 1000 °C, on peut choisir des métaux d'apport à base de cuivre, de manganèse, de cobalt, de titane, de nickel, d'or ou de palladium. Les brasures Cu-Au, Au-Ni, PdNi et Pt-Au-Ni ainsi que Cu-Sn présentent une bonne mouillabilité sur le TA et le Nb, une bonne formation du cordon de brasage et une résistance élevée de l'assemblage. Les métaux d'apport à base d'argent ayant tendance à fragiliser les métaux de brasage, il convient de les éviter autant que possible. Pour les composants utilisés entre 1000 °C et 1300 °C, il est recommandé de choisir des métaux purs (Ti, V, Zr) ou des alliages à base de ces métaux formant des phases solide et liquide infinies avec eux. À des températures de service plus élevées, un métal d'apport contenant du fluorure d'hydrogène (HF) peut être utilisé.

W. Voir le tableau 13 pour les métaux d'apport de brasage pour Mo, Ta et Nb à haute température.

Tableau 13 : Métaux d'apport pour le brasage à haute température des métaux réfractaires

2. Technologie de brasage

Avant le brasage, il est nécessaire d'éliminer soigneusement l'oxyde présent à la surface du métal réfractaire. On peut utiliser le meulage mécanique, le sablage, le nettoyage par ultrasons ou le nettoyage chimique. Le brasage doit être effectué immédiatement après le nettoyage.

En raison de la fragilité intrinsèque du tungstène (W), les pièces en W doivent être manipulées avec précaution lors de l'assemblage afin d'éviter toute rupture. Pour prévenir la formation de carbure de tungstène fragile, tout contact direct entre le W et le graphite doit être évité. Les contraintes résiduelles dues aux traitements préalables au soudage ou au soudage lui-même doivent être éliminées avant le soudage. Le W s'oxyde très facilement à haute température. Un vide poussé doit être maintenu pendant le brasage. Lorsque le brasage est effectué dans la plage de températures de 1000 à 1400 °C, le vide ne doit pas être inférieur à 8 × 10⁻³ Pa. Afin d'améliorer la température de refusion et la température de service de la jonction, le brasage peut être combiné à un traitement de diffusion après soudage. Par exemple, la brasure B-Ni68Cr20Si10FEL est utilisée pour braser le W à 1180 °C. Après trois traitements de diffusion à 1070 ℃ /4h, 1200 ℃ /3,5h et 1300 ℃ /2h après soudage, la température de service du joint brasé peut atteindre plus de 2200 ℃.

Le faible coefficient de dilatation thermique doit être pris en compte lors de l'assemblage d'un joint brasé en molybdène (Mo), et l'écart entre les pièces doit être compris entre 0,05 et 0,13 mm. Si un dispositif de fixation est utilisé, il convient de choisir un matériau à faible coefficient de dilatation thermique. La recristallisation du Mo se produit lorsque les températures de brasage (à la flamme, sous atmosphère contrôlée, sous vide, à induction ou par chauffage par résistance) dépassent la température de recristallisation ou diminuent en raison de la diffusion des éléments de brasage. Par conséquent, lorsque la température de brasage est proche de la température de recristallisation, plus la durée de brasage est courte, mieux c'est. Au-delà de la température de recristallisation du Mo, la durée de brasage et la vitesse de refroidissement doivent être contrôlées afin d'éviter les fissures dues à un refroidissement trop rapide. Pour le brasage à la flamme oxyacétylénique, l'utilisation d'un flux mixte, c'est-à-dire un flux de brasage industriel à base de borate ou d'argent associé à un flux haute température contenant du fluorure de calcium, est idéale pour une protection optimale. La méthode consiste à déposer d'abord une couche de flux de brasage à l'argent sur la surface du molybdène, puis un flux haute température. Le flux de brasage à l'argent est actif à basse température, tandis que le flux haute température peut atteindre 1427 °C.

Le brasage des composants en alumine (TA) ou en niobium (Nb) est de préférence effectué sous vide, avec un niveau de vide d'au moins 1,33 × 10⁻² Pa. Si le brasage est réalisé sous atmosphère inerte, les impuretés gazeuses telles que le monoxyde de carbone, l'ammoniac, l'azote et le dioxyde de carbone doivent être rigoureusement éliminées. Pour le brasage à l'air, y compris le brasage par résistance, un métal d'apport et un flux appropriés doivent être utilisés. Afin d'éviter le contact de l'alumine ou du niobium avec l'oxygène à haute température, une couche de cuivre ou de nickel métallique peut être déposée en surface, suivie d'un traitement de recuit par diffusion.