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ALLIAGE D'ALUMINIUM POUR BOITIER D'AÉROSOL
DOMAINE DE L' INVENTION
L'invention concerne le domaine des alliages d'aluminium, et plus
particulièrement ceux
destinés à la fabrication de boîtiers d'aérosol.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE
On connaît déjà, notamment par la demande japonaise 1-149939/89, des alliages
lo d'aluminium comprenant de 0,05 à 0,8 % en poids de Cu et de 0,05 à 0,8 % en
poids de
Mn. Ces alliages sont adaptés à la fabrication de boîtiers d'aérosol filés par
choc {impact
extrusion) à partir de pions, et qui présentent une tenue améliorée à la
corrosion par
piqûres.
Selon cet état de la technique, les pions sont obtenus à partir de bande par
laminage â
chaud, puis laminage à froid.
De manière connue en soi, les boîtiers filés par choc sont ensuite typiquement
dégraissés,
vernis intérieurement et/ou imprimés extérieurement, traités dans un four de
manière à
cuire les encres et sécher les vernis, et finalement conifiés.
2o PROBLEMES POSES
La demanderesse a recherché des alliages d'aluminium qui présentent une
amélioration
des propriétés mécaniques , en vue de réduire l'épaisseur de paroi des
boîtiers d'aérosols.
Par ailleurs, elle a recherché des alliages, de préférence, adaptés à la
fabrication de pions
par coulée continue, et non plus par seul laminage, et, de préférence, adaptés
à la
fabrication de boîtiers d'aérosols filés et étirés, et non pas seulement
filés.
DESCRIPTION DE L'INVENTION
Selon un premier objet de l'invention, l'alliage d'aluminium, destiné à la
fabrication de
3o boîtiers d'aérosols obtenus par filage par choc de pions dudit alliage ou
par filage par
choc de ces pions suivi d'un étirage, comprend du cuivre et du manganèse, dont
la
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composition en Cu et Mn est située à l'intérieur du polygone ABCD défini, dans
un
système d'axes de coordonnées avec la teneur en Mn (% en poids) en abscisse et
celle de
Cu (% en poids) en ordonnée, par les coordonnées des points A, B, C et D
abscisse (Mn%) ordonnée (Cu %)
A 0,075 0,65
B 0,50 0,65
C 0, 3 5 0,4
D 0,25 0,4
le reste étant constitué par AI et les impuretés inévitables.
1U Cette composition d'alliage a été trouvée particulièrement adaptée à la
fabrication de
pions à partir de bande coulée en continu.
En ce qui concerne les teneurs en Mn, elles visent surtout à diminuer
l'adoucissement du
métal lors du recuit des Taques et vernis des boîtiers aérosols. Les essais
conduits par la
demanderesse ont montré qu'une teneur en Mn se situant en-deça de la limite
imposée
ls par la droite AD conduirait à un pion à grain trop gros, entraînant in fine
la formation de
plis lors de la conification de l'aérosol tinal. Par ailleurs, une teneur en
Mn se situant en-
deça de la limite imposée par la droite AD conduirait en plus à un aérosol de
caractéristiques mécaniques insuffisantes compte tenu notamment de la
nécessité de
diminuer l'épaisseur des parois de boîtiers d'aérosols pour diminuer
notablement les
2U coûts de métal.
En particulier quand la teneur en Mn est comprise entre 0,2 et 0,4% en poids,
il a été
observé un fort etiet anti-adoucissant du 1Mn qui entraîne une augmentation
très marquée
des caractéristiques mécaniques. Cet effEa est particulièrement remarquable
dans le cas
d'alliages contenant aussi du Cu ; en etiet ces alliages d'aluminium avec Cu
25 s'adoucissent très vite : on peut ainsi considérer que l'ajout de 0,3% de
Mn à un alliage
d'aluminium 1050 (désignation de l'Aluminum Association) fait gagner 15 MPa,
alors
que le même ajout à un alliage 1050 contenant 0,5% de Cu fait gagner 30 MPa.
Ainsi, il
a été observé une forte synergie entre les éléments Cu et Mn.
Pour de fortes teneurs en Mn, typiduement supérieures à 0,5%, l'ajout
supplémentaire de
3o Mn n'apporte rien car l'alliage ne s'adoucit quasiment plus lors des
recuits des laques ou
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vernis des boîtiers d'aérosols, et généralement d'ailleurs, un ajout de Mn au-
dessus de
0,5 % en poids ne fait que dégrader la structure du métal.
En ce qui concerne la teneurs en cuivre, les essais ont montré qu'il y avait
intérêt, pour
obtenir une tenue élevée à la corrosion, à ce que la teneur en Cu soit
inférieure à 0,65
(ordonnée de la droite AB), mais qu'elle soit supérieure à 0,4% {ordonnée de
la droite
CD) pour obtenir un aérosol final de caractéristiques mécaniques élevées pour
pouvoir
réduire l'épaisseur des parois de boîtiers d'aérosols.
DESCRIPTION DES FIGURES
m
La figure 1 représente le diagramme des compositions dans le plan Ox,y, où
l'abscisse
Ox représente le pourcentage pondéral en Mn de l'alliage d'Al, et où
l'ordonnée Oy
représente le pourcentage pondéral en Cu de l'alliage d'Al.
Le polygone ABCD délimite le domaine; des compositions en Mn et Cu des
alliages
d'aluminium selon l'invention.
Le polygone EFGH délimite le domaine: préféré des compositions en Mn et Cu des
alliages d'aluminium selon l'invention.
La figure 2 est une illustration qualitative de la variation des
caractéristiques
2o mécaniques Rm (en ordonnée), en fonction de la hauteur H (en abscisse) du
boîtier
d'aérosol obtenue pour un mëme pion de départ, sur la partie gauche A du
diagramme,
en fonction du temps de traitement thermique de cuisson des vernis et encres
(en
abscisse), sur la partie droite B.
La courbe I correspond au procédé de filage par choc, alors que la courbe II
correspond
à une première étape F" de filage par choc., suivie d'une seconde étape
d'étirage EB.
La figure 3 est une vue en coupe d'un dispositif de coulée continue " 4R" (1),
alimenté
en métal liquide (?), pour ia fabricatiorv de bande (3) destinée à la
fabrication, par
estampage, de pions (4) ayant sensiblement la mëme épaisseur que ladite bande
(3).
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Les figures 4a à 4c sont une illustration schématique du procédé préféré selon
l'invention. comprenant ia transformation d'un pion de départ (4) (figure 4a)
en ébauche
filée (>) (figure 4b), et la transformation de cette ébauche (5) en boîtier
(6) d'aérosol par
étirage avec réduction d'épaisseur de la paroi (7) de l'ébauche (5).
DESC1ZIPTION DETAILLEE DE L' INVENT14N
De préférence, l'alliage d'aluminium selon l'invention présente une
composition en Cu et
tu Mn qui est située à l'intérieur du polygone EFGH défini par les coordonnées
des points
E,F,G et H (°~ô pondéral)
abscisse (%Mn) ordonnée (%Cu)
E 0,25 0,6
F 0,45 0,6
ts G 0,4 0,5
H 0,3 0,5
comme représenté sur la figure 1.
Les compositions d'alliage selon l'invention sont particulièrement
avantageuses quand,
d'une part, les pions (4) sont obtenus à partir de bande coulée en continu (3)
comme
2U illustré à la tigure ~, et quand, d'autre part, les pions sont transformés
en boîtiers
d'aérosols par une premiére étape de tilage par choc, suivie d'une seconde
étape
d'étirage, comme schématisé aux figures 4a à 4c.
La figure ? illustre les avanta~~es de ce procédé sur les caractéristiques
mécaniques (Rm).
Il est à noter aussi que les alliages selon l'invention sont moins sensibles
que les alliages
25 standards ou les alliages hors invention, aux effets du traitement
thermique (partie B de
la figure 2) et à la diminution des caractéristiques mécaniques qui résulte de
ce
traitement.
Ainsi, l'invention permet d~obtenir des boîtiers d'aérosols présentant, au
choix, soit de
meilleures caractéristiques mécaniques et donc une tenue à la pression interne
supérieure,
3o soit une épaisseur de paroi moindre, ce qui correspond à une économie de
métal.
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L'alliage selon l'invention peut, outre les éléments Cu et Mn, comprendre
d'autres
éléments : 0,005 à 0,05 % en poids de Ti, de 0,2 à 0,5 % en poids de Fe, et
moins de 0,2
en poids de Si.
L'emploi de titane vise à obtenir de la bande (3) de coulée à grains
relativement fins.
Quant aux éléments Fe et Si, ce sont le plus souvent des impuretés de
l'aluminium. La
teneur en Fe résulte du fait que cet élément, à une teneur supérieure à 0,2%
en poids,
joue un rôle pour faire baisser la taille des grains, alors qu'au-delà d'une
teneur de 0,5%
en poids, son effet est négatif car il annihile l'effet du manganèse en
piégeant cet
élément.
tU Le silicium est une simple impureté dont la teneur doit être tenue
inférieure à 0,2% en
poids sous peine de faire baisser la solubilité du manganèse, ce qui conduit
notamment à
des ~:rains plus gros.
Un second objet de E'invention concerne l'utilisation des alliages selon
l'invention pour
l'obtention de boîtiers d'aérosols fabriqués par filage par choc de pions (4)
dudit alliage,
lesdits pions étant obtenus à partir de bande coulée en continu.
De préférence, ce second objet concerne l'utilisation des alliages selon
l'invention pour
l'obtention de boïtiers d'aérosols fabriqués par filage par choc de pions (4)
dudit alliage
et étirage subséquent de l'ébauche (5) obtenue, lesdits pions étant obtenus à
partir de
bande coulée en continu.
Comme déjà indiqué, la sélection d'alliages selon la présente invention est
particulièrement adaptée dans le cas de pions obtenus à partir de bande coulée
en
continu, et plus particulièrement avantageuse quand ces pions sont transformés
en
boîtiers d'aérosol par filage par choc suivi d'une étape d'étirage.
Un troisième objet de l'invention est constitué par les boîtiers d'aérosols en
alliage selon
l'invention, obtenus par filage par choc de pions (4) dudit alliage, lesdits
pions étant
obtenus à partir de bande coulée en continu.
De préférence, ce troisième: objet est constitué par des boîtiers d'aérosols
en alliage selon
l'invention, obtenus par tila~e par choc de pions dudit alliage suivi d'au
moins une étape
d'étirage, lesdits pions étant obtenus à partir de bande coulée en continu.
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G
EXEMPLES DE REALISATION
On a fabriqué des pions en différents 111iages d'aluminium, ainsi que les
boîtiers filés
étirés correspondant. Les boîtiers obtenus ont les dimensions suivantes
- diamètre : 45 mm
- hauteur : ?90 mm
- épaisseur de paroi : 0,28 mm
Ref. Composition Rsistance Rsistance
pondrale mcanique mcanique
~
brut de aprs recuit
filage des laques
Fe Mn Cu Si Rm ~(MPa)R0,2 MPa Rm (MPa) R0,2 MPa
~o % ,' ~~o
1 0,24 0,5 0 0,1 I 88 175 184 172
~
2 0,23 0 0 0,16 165 150 148 136
3 0, 0 0, 0,12 20 t 186 180 167
26 5
5
4 0,3 0 0,25 0,14 i90 175 168 149
5 0,35 0 0,1 0, 173 161 157 142
I8
6 0,28 0,3 0 0,12 178 164 172 160
7 0,26 0 0,7 0,1 2 I0 196 188 172
3
8 0,3 0, 0, 0, 208 194 204 190
8 5 5 !
R
9 0,4 0, 0.54 0,16 207 193 200 187
I I
8
0, 0,36 0,54 0,17 209 196 206 191
3.5
11 0.26 0,35 0,45 0,1 206 194 203 190
S
12 0,29 0. 0.45 0,17 204 t92 201 190
3
10
Seuls les essais 9 à 12 sont conformes n l'invention.
La comparaison des essais 8 et 10 montre bien un plafonnement des
caractéristiques
mécaniques : une augmentation de la teneur en Mn, au-delà des teneurs
correspondant
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aux compositions en Cu et Mn situées à l'intérieur du polygone ABCD,
n'améliore pas
les caractéristiques mécaniques.
Rf. Rsistance la corrosionlNlise en forme
(filage + tirage)
Taille des grainsAptitude la
pm conification
1 comme A1 1050 300 Plis
2 Idem SO Pas de plis
3 Idem 30 Pas de plis
4 Idem 40 Pas de plis
idem 40 Pas de plis
6 idem 220 Dbut de plis
7 Piqres 30 Pas de plis
8 comme Al lOSO 300 Plis
9 comme Al 1050 70 Pas de plis
comme A1 1050 120 Pas de plis
11 comme A1 lOSO 135 Pas de plis
12 comme A1 1050 120 Pas de plis
5 Ces essais comparatifs montrent bien l'intérêt de la sélection selon
l'invention puisque le
domaine d'alliage permet seul d'obtenir à la fois des caractéristiques
mécaniques élevées
pour le boîtier aérosol après recuit des laques et vernis, une absence de plis
à la
conification, et une bonne tenue à la corrosion, analogue à celle d'un boîtier
en alliage
d'aluminium peu chargé en éléments autres que Al, l'alliage 1050 (désignation
1o normalisée selon l'Aluminum Association), alliage de référence pour ce type
d' application.
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