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Mar 02, 2024

Liaison par diffusion pour assembler des métaux différents

Dans l'aérospatiale, la liaison par diffusion de métaux est une méthode d'assemblage essentielle pour obtenir une interface de haute pureté lorsque deux métaux similaires nécessitent une intégrité structurelle supérieure. Le processus consiste à appliquer

Dans l'aérospatiale, la liaison par diffusion de métaux est une méthode d'assemblage essentielle pour obtenir une interface de haute pureté lorsque deux métaux similaires nécessitent une intégrité structurelle supérieure. Le processus consiste à appliquer une température et une pression élevées aux métaux assemblés dans une presse à chaud, ce qui provoque l'intercalation et la liaison des atomes présents sur les surfaces métalliques solides.

Le collage par diffusion par presse à chaud produit des résultats constamment uniformes dans l’assemblage de matériaux pour une gamme d’applications aérospatiales. La pression appliquée induite par l'équipement de presse à chaud, combinée à un logiciel et à des capteurs de bouclage pour un contrôle précis avec une précision micrométrique, peut produire une pression constante sur plusieurs pieds carrés pour l'assemblage des composants. Cela a rendu cette technologie intéressante pour les ingénieurs concepteurs des secteurs de l’aérospatiale, des semi-conducteurs et de l’énergie.

Grâce à son degré élevé de contrôle des processus, la liaison par diffusion est de plus en plus utilisée commercialement pour assembler le titane aux alliages fer-nickel, les alliages de titane à l'acier inoxydable et même certains aluminium à d'autres applications métalliques. Le processus permet également le couplage entre différents alliages dans le même groupe de matériaux, tels que l'acier doux, l'acier à outils et les composites à matrice métallique.

Une compréhension des complexités de l’interface et de ses effets sur les propriétés chimiques et thermomécaniques de la liaison est nécessaire pour utiliser avec succès la liaison par diffusion. Cependant, l'industrie étant traditionnellement axée sur le soudage et le brasage, il existe une formation formelle minimale sur le collage par diffusion, selon Thomas Palamides, directeur principal des produits et des ventes – fours industriels chez PVA TePla AG, un fabricant mondial de fours industriels et de systèmes de nitruration PulsPlasma.

« La combinaison des propriétés bénéfiques de différents métaux est la principale raison d’explorer la liaison par diffusion. Cependant, lorsque les fabricants de l'aérospatiale nous contactent, il arrive souvent que les concepteurs ne connaissent pas les meilleures méthodes de conception de composants pour optimiser l'uniformité de la liaison ou ne connaissent pas la meilleure finition de surface pour les matériaux », explique Palamides.

L’importance de concevoir un joint métallique différent réside souvent dans le désir d’exposer la surface métallique correcte à des conditions environnementales spécifiques dans lesquelles un seul alliage peut ne pas fonctionner aussi bien. Une autre raison est d'introduire des systèmes de matériaux plus légers ou d'offrir un niveau de résistance à la corrosion uniquement obtenu en emballant des métaux différents.

La liaison par diffusion est désormais un processus viable pour fabriquer du matériel structurel aérospatial ou des dispositifs d'écoulement de fluides et de gaz, notamment des dispositifs de gestion thermique pour les armes de défense, des moteurs de fusée à combustible liquide et des cornes d'antenne hybrides à ondes millimétriques pour la surveillance terrestre et spatiale.

La géométrie des antennes destinées à détecter les ondes radio électroniques polarisées est au cœur de cette technologie, et la liaison par diffusion permet des conceptions plus complexes pour des performances améliorées.

De plus, la liaison par diffusion des alliages de titane, d'acier et de cuivre permet de fabriquer des composants aérospatiaux avec des configurations complexes. Le procédé peut être utilisé avec succès avec le formage par soufflage pour fabriquer des composants aérospatiaux de forme presque nette, notamment des réservoirs haute pression pour le contrôle d'attitude des engins spatiaux, une chambre de combustion avec des canaux de refroidissement en cuivre et des panneaux structurels légers.

Le collage par diffusion présente également d'énormes applications potentielles pour le refroidissement conforme ou pour le collage de couches de tôle contenant des structures de canaux/microcanaux usinés. Lorsqu'ils sont combinés, les canaux peuvent assurer le refroidissement ou la dissipation de la chaleur. Les couches peuvent être liées jusqu'à une hauteur de pile de 600 mm dans la presse de liaison par diffusion MOV [four à paroi froide avec], conservant la même résistance que les matériaux de base.

Une autre application liée au refroidissement conforme concerne les moules d'injection plastique fabriqués dans des conceptions à 2 couches d'acier à outils faiblement allié avec de l'acier inoxydable tel que STAVAX.

Bien qu'il existe de nombreuses recherches sur le sujet, les ingénieurs de conception peuvent encore avoir du mal à convertir les informations en fabrication réelle d'une pièce spécifique. Lorsque tel est le cas, il peut être utile de s'associer à des experts disposant d'une base de données étendue de paramètres de traitement réussis issus d'applications précédentes et d'un accès à des équipements à l'échelle industrielle.