Acier inoxydable et aluminium pour le collage métal-métal aérospatial
Dans les années 1890, l'aluminium fait ses débuts dans le domaine aérospatial en plein essor. Le dirigeable rigide éponyme du comte Ferdinand von Zeppelin comportait une structure interne en aluminium. Même les frères Wright, intrigués par le rapport force / poids de l'aluminium, ont utilisé l'alliage à plus faible densité. Aujourd'hui, les applications aérospatiales utilisent l'acier inoxydable et l'aluminium pour le collage métal-métal aérospatial.
Le collage métal-métal utilise des adhésifs ou des soudures pour assembler des métaux lors de la création de pièces structurelles aérospatiales. Dans l'aviation et les vols spatiaux, les véhicules subissent de fortes fluctuations de température, des pressions et des forces extrêmes. Votre choix d'acier inoxydable et d'aluminium pour le collage métal-métal aérospatial doit tenir compte de ces facteurs.
L'aluminium se combine facilement avec d'autres éléments, ce qui donne un composé appelé alliage. L'aluminium léger pur est très résistant et ses alliages améliorent certaines qualités de base. Par exemple, le mélange d'aluminium fondu avec du magnésium, du zinc, du silicium ou du cuivre peut augmenter la résistance, la conductivité électrique ou la flexibilité du matériau.
En 1954, l’Association de l'aluminium a établi une méthode pour nommer les alliages, ou nuances, à l'aide d'un code à quatre chiffres. Le premier chiffre représente l'élément principal utilisé dans l'alliage. Par exemple, les nuances d'aluminium commençant par 2 font référence à un alliage cuivre-aluminium. Le chiffre 6 indique une combinaison de magnésium et de silicium, magnésium-siliciure. Et 7 fait référence au zinc.
Les alliages d'aluminium commençant par 2, 6 et 7 présentent les caractéristiques nécessaires aux applications aérospatiales.
Alliage d'aluminium 2024: La combinaison d'une résistance élevée et d'une résistance à la fatigue le rend idéal pour les applications nécessitant un rapport force / poids élevé, comme les ailes ou le fuselage.
Alliage d'aluminium 6061: Un aluminium aéronautique courant, le 6061 présente une usinabilité et un soudage faciles pour les applications de collage métal-métal, ainsi qu'une gamme de propriétés mécaniques et une bonne résistance à la corrosion.
Alliage d'aluminium 7050: La résistance élevée à la corrosion et la résistance créent une résistance élevée aux fractures, bonne pour les revêtements d'ailes et le fuselage.
Alliage d'aluminium 7075: L'un des alliages d'aluminium les plus résistants, il contient des niveaux élevés de zinc, ce qui lui confère une résistance comparable à celle de l'acier. La résistance à la fatigue et l'usinabilité en font un bon choix pour les applications de collage métal-métal mécanique ou adhésive.
L'acier inoxydable est une nuance d'acier à base de fer qui contient entre 10,5 et 30 % de chrome. Le chrome interagit avec l'oxygène pour former une couche passive d'oxyde de chrome qui résiste à la rouille.
Comme les alliages d'aluminium, les alliages d'acier inoxydable ont des désignations numériques mais avec deux systèmes différents. Le nouveau système de numérotation unifiée a été codéveloppé par la Société des ingénieurs de l'automobile et la Société américaine d'essais et de matériaux. Cinq chiffres indiquent la composition d'un alliage. La lettre préfixe S désigne un alliage d'acier inoxydable.
La société des ingénieurs de l'automobile a également créé le système de dénomination traditionnel à trois chiffres.
La série 300 d'acier inoxydable est la plus courante dans les applications aérospatiales et comprend des nuances austénitiques. Les alliages austénitiques contiennent un minimum de 16 % de chrome.
Certains alliages d'acier inoxydable à haute teneur en chrome contiennent au moins 8 % de nickel pour améliorer la prévention de la corrosion. La couche passive de ces alliages augmente également la résistance à la chaleur.
Les aciers inoxydables contiennent moins de 1,2 % de carbone et les nuances désignées L en contiennent encore moins. Une faible teneur en carbone améliore la soudabilité, préférable pour les méthodes de collage qui impliquent de la chaleur, comme le soudage. Une teneur en carbone plus élevée dans l'acier inoxydable entraîne une plus grande propension à la corrosion et aux soudures cassantes.
Entre 426 et 750 degrés Celsius, les éléments de chrome et de carbone se combinent pour former des carbures de chrome. Ce phénomène est connu sous le nom de précipitation de carbure et il transforme le métal en noir, bleu foncé ou violet. De plus, le métal devient gravement affaibli.
De toute évidence, il existe un large éventail de choix en acier inoxydable et en aluminium pour le collage métal-métal aérospatial. Votre projet déterminera quel métal fonctionnera le mieux. Les métaux à base de fer tels que l'acier inoxydable ont tendance à être plus polyvalents.
Certains alliages d'aluminium peuvent perdre des propriétés mécaniques telles que la résistance et la dureté lors du soudage au chalumeau, qui utilise une flamme nue pour fondre et unir les métaux. En revanche, les aciers inoxydables à faible teneur en carbone (ceux portant la désignation L) possèdent généralement une bonne soudabilité.
Les alliages d'aluminium de la série 6000 fonctionnent bien avec le soudage par faisceau laser, en particulier lorsqu'ils sont combinés avec un métal d'apport pour aider à la sensibilité à la fissuration. Le soudage par faisceau laser utilise un faisceau pour concentrer la chaleur.
Le soudage à l'arc électrique utilise un arc électrique pour concentrer la chaleur, fondre et joindre les métaux. Technique couramment utilisée dans l'industrie aérospatiale, le soudage à l'arc électrique fonctionne pour de nombreux alliages d'acier inoxydable et d'aluminium. Cependant, les alliages d'aluminium à haute résistance tels que le 7050 peuvent se fissurer lors du soudage à l'arc.
Le soudage par friction génère de la chaleur en frottant les surfaces à assembler à grande vitesse. Le soudage par friction se produit en dessous des points de fusion des matériaux. Ainsi, il peut assembler toutes les séries d'alliages d'aluminium, d'acier inoxydable et de métaux dissemblables.
Les adhésifs structuraux relient les surfaces métalliques avec des liaisons chimiques fortes et flexibles qui servent également de scellants. Les adhésifs fonctionnent bien pour les métaux différents, et les adhésifs aérospatiaux modernes rivalisent avec le soudage en termes de résistance.
Cependant, l'adhésif structurel prend du temps à sécher ou à durcir. Cela peut entraîner des retards dans le processus de fabrication. De plus, l'utilisation d'un adhésif métallique peut nécessiter une préparation de surface supplémentaire pour votre choix d'alliage.
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