Le mécanisme technique principal est le contrôle thermodynamique de la pression partielle d'oxygène pour décomposer les oxydes de surface. En utilisant des gaz inertes comme l'argon et des composants composites de carbone, le four réduit les niveaux d'oxygène à environ 10⁻¹⁵ Pa. Cet environnement à très faible teneur en oxygène non seulement empêche la formation de nouvelles oxydations, mais provoque activement la décomposition des films d'oxyde existants sur les métaux comme l'acier inoxydable, créant une surface vierge pour que le métal d'apport puisse mouiller et s'étaler.
Le succès du brasage sous faible teneur en oxygène repose sur la manipulation de l'atmosphère pour favoriser le métal pur par rapport aux oxydes métalliques. En atteignant une pression partielle d'oxygène extrêmement faible, le processus élimine les barrières chimiques, permettant au métal d'apport de former des liaisons métallurgiques solides grâce à une mouillabilité améliorée.
Création de l'environnement réactif
Le rôle des gaz inertes
Le fondement de ce processus implique le déplacement de l'air ambiant par des gaz protecteurs. Des gaz inertes, tels que l'argon, sont introduits dans la chambre du four pour créer une barrière contre l'oxygène ambiant.
Atteindre une pression partielle ultra-faible
Le simple déplacement est souvent insuffisant pour un brasage de haute qualité ; le système doit atteindre une pression partielle d'oxygène extrêmement faible, spécifiquement autour de 10⁻¹⁵ Pa. Ce niveau de pureté est souvent assisté par des bandes transporteuses composites de carbone, qui peuvent agir comme un "piège" pour réduire davantage la présence d'oxygène dans la zone chauffée.
La science de la décomposition des oxydes
Inverser l'oxydation
Le chauffage standard provoque la formation de films d'oxyde stables qui bloquent l'adhésion. Cependant, dans cet environnement spécifique à faible teneur en oxygène, la thermodynamique change. L'atmosphère est tellement pauvre en oxygène qu'elle favorise la décomposition des oxydes de surface existants à des températures élevées.
Exposer le substrat
Au fur et à mesure que le film d'oxyde se décompose, le métal "vierge" sous-jacent est exposé. Ceci est crucial pour les matériaux comme l'acier inoxydable, où la couche d'oxyde passive est notoirement difficile à pénétrer sans flux chimiques agressifs.
Mécanismes d'assemblage
Amélioration de la mouillabilité
Pour qu'un brasage fonctionne, le métal d'apport en fusion doit pouvoir "mouiller" le métal de base. Les films d'oxyde empêchent cela, provoquant la formation de perles de métal d'apport. En décomposant les oxydes, le four améliore considérablement la capacité d'étalement du métal d'apport de brasage sur la surface du composant.
Faciliter l'action capillaire
Une fois la mouillabilité atteinte, les mécanismes physiques prennent le relais. L'action capillaire attire le métal d'apport liquide dans le jeu étroit entre les pièces. Sans la barrière d'oxyde, le métal d'apport s'écoule en douceur et se solidifie pour former une liaison métallurgique cohérente.
Comprendre les compromis
Complexité et coût de l'équipement
Atteindre une pression partielle de 10⁻¹⁵ Pa nécessite une étanchéité sophistiquée, des systèmes de contrôle de gaz et des consommables coûteux comme l'argon. C'est un processus beaucoup plus complexe et coûteux que le brasage à l'air standard ou le brasage sous atmosphère de qualité inférieure.
Spécificité des matériaux
Bien qu'idéale pour l'acier inoxydable, l'atmosphère doit être soigneusement adaptée au matériau. Une mauvaise gestion du mélange gazeux (par exemple, l'introduction de gaz réactifs comme l'hydrogène ou l'azote lorsqu'ils ne sont pas appropriés) peut entraîner des effets secondaires indésirables comme la carburisation ou la fragilisation, plutôt qu'une simple réduction d'oxyde.
Faire le bon choix pour votre objectif
Pour déterminer si ce processus correspond à vos exigences de fabrication, considérez ce qui suit :
- Si votre objectif principal est de braser l'acier inoxydable sans flux : Fiez-vous à l'atmosphère d'argon à faible teneur en oxygène pour décomposer naturellement la couche d'oxyde passive.
- Si votre objectif principal est la réduction des coûts sur des pièces non critiques : Un four à atmosphère standard utilisant de l'azote ou un gaz exothermique simple peut suffire, à condition que la tolérance du joint à l'oxydation soit plus élevée.
Maîtriser le brasage sous faible teneur en oxygène nécessite de considérer le four non seulement comme un appareil de chauffage, mais comme un réacteur chimique qui purifie la surface du métal pour une liaison parfaite.
Tableau récapitulatif :
| Composant du mécanisme | Fonction | Résultat technique |
|---|---|---|
| Gaz inerte (Argon) | Déplacement de l'air | Prévient la nouvelle oxydation pendant le chauffage |
| Pression partielle d'oxygène | Atteint 10⁻¹⁵ Pa | Force la décomposition des oxydes de surface existants |
| Composites de carbone | Agit comme un "piège" | Purifie davantage l'atmosphère locale du four |
| Amélioration de la mouillabilité | Nettoyage de surface | Permet au métal d'apport de s'étaler par action capillaire |
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Références
- Yoshio Bizen, Yasuyuki Miyazawa. Brazing of Ferritic Stainless Steel with Ni-25Cr-6P-1.5Si-0.5B-1.5Mo Amorphous Brazing Foil Having a Liquidus of 1243 K with Continuous Conveyor Belt Furnace in Low-Oxygen Atmosphere. DOI: 10.2320/matertrans.mt-m2023207
Cet article est également basé sur des informations techniques de Kintek Furnace Base de Connaissances .
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