ALUMINIUM ALLOY FOR ENAMELING

ALLIAGE D'ALUMINIUM POUR EMAILLAGE

Abrégé français

PRECIS DE LA DIVULGATION:
La présente invention a pour objet un alliage d'alu-
minium destiné notamment à la fabrication d'articles émaillés.
Il se caractérise par la composition suivante:
- Si: 1 à 1.5 %;
- l'un au moins des éléments du groupe Fe-Ni-Co en quantité
totale comprise entre 0.3 et 2 %;
- l'un au moins des éléments du groupe Mo-Nb-Ta en quantité
totale comprise entre 0.05 et 1 %
- Cr: 0.05 à 0.2 %
- Cu: <0.2 %
- Mg: <0.01 %. Les articles émaillés ont de bonnes caractéris-
tiques à l'état recuit et la tenue de l'émais est excellente.

Revendications

Les réalisations de l'invention au sujet desquelles
un droit exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué,
sont définies comme il suit:
1. Alliage à base d'aluminium destiné notamment à la
fabrication d'articles émaillés, caractérisé par la composition
suivante (en poids);
- Si: 1 à 1.5 %;
- l'un au moins des éléments du groupe Fe-Ni-Co, en
quantité totale comprise entre 0.3 et 2 %;
- l'un au moins des éléments du groupe Mo-Nb-Ta en
quantité totale comprise entre 0.05 et 1 %;
- Cr: 0.05 à 0.2;
- Cu: < 0.2 %;
- Mg: < 0.01 %
- le reste étant de l'aluminium avec les impuretés
habituelles.
2. Alliage selon la revendication 1, caractérisé en
ce qu'il contient du zirconium en quantité inférieure à 0.5 %.

Description

las7s47
La présente inventiol~ est relative à un alliage d'alu-
minium destiné notamment à la fabricàtion d'articles émaillés,
par exemple des ustensiles culinaires.
Les alliages utilisés jusqu'à présent pour l'émaillage
sont essentiellement le 1050 (aluminium à 99.5 %) et le 3003
(alliage aluminium-manganèse à 1 % de Mn) selon les désignations
de l'Aluminum Association.
L'utilisation de l'aluminium 1050 assure une bonne
tenue de l'émais mise en évidence par les différents tests aux-
quels les articles émaillés sont habituellement soumis. Mais,comme il est nécessaire de recuire l'article pour l'émaillage,
sa faible résistance mécanique à l'état recuit ne permet pas la
fabrication d'articles robustes, sauf à utiliser des épaisseurs
fortes, ce qui conduit à un coût prohibitif.
L'utilisation d'un alliage aluminium-manganèse tel que
le 3003 assure une meilleure rigidité aux articles émaillés après
recuit, mais cela se fait au détriment de la tenue en service de
I'émail déposé. De plus, la transformation de cet alliage néces-
eite des traitements thermiques appropriés, en particulier, une
homogénéisation et un recuit intermédiaire qui sont compliqués et
coûteux.
Le but de la présente invention est d'éviter ces in-
convénients et de procurer un alliage ayant des caractéristiques
satisfaisantes à l'état recuit et assurant une excellent tenue
de l'émais déposé, tout en évitant l'adjonction d'éléments dange-
reux ou interdits par les normes en vigueur au contact des subs-
tances alimentaires.
L'alliage pour émaillage selon l'invention a la compo-
sition suivante (en poids):
- Si: 1 à 1.5 %
- l'un au moins des éléments du groupe Fe-Ni-Co en
quantité totale comprise entre 0.3 et 2 %
,~, .
-1-
.. . . . . . .

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~Ib
- 1'un au moins des ~léments du groupe Mo~-Ta en
quantité totale comprise entre 0.05 et 1 %
- Cr: 0.05 à 0.2 %
- Cu: ~0.2 %
- Mg: 0.01 % -
- le reste étant de l'aluminium avec les impuretés
habituelles
L'alliage peut également contenir du zirconium en
quantité inférieure à 0.5 %, soit en remplacement du chrome, soit ~;
en même temps que lui.
L'addition de silicium confère à l'alliage une bonne
rigidité à l'état recuit. Cette addition est préférable à celle ~ -
de magnésium car cet élément a un rôle défavorable pour l'accro-
chage de la couche d'émail sauf à effectuer un traitement chro-
matant qui n'est pas autorisé pour les articles culinaires. De
même le cuivre est proscrit par les normes françaises relatives
aux articles ménagers.
L'addition de silicium doit être limitée. En effet, ~ ;~
les alliages classiques aluminium-silicium dans lesquels la-
teneur en silicium varie entre 5 et 13 % ne se pr~tent pas à
l'emboutissage et ne pourraient être utilisés que pour certains
accessoires non emboutis tels que manches, pièce de jonction, `~
etc...
Les recherches entreprises par la demanderesse ont
mis en évidence le rôle favorable, quant à l'adhérence dé l'émail,
les éléments Fe, Ni et Co d'une part, et des éléments Mo, Nb et
Ta d'autre part, la combinaison entre les éléments de l'un et de
l'autre groupe étant particulièrement favorable.
La combinaison Fe-Mo est la plus intéressante tant
pour des raisons économiques que pour les caractéristiques méca-
niques des alliages à l'état recuit.
Le chrome et le zirconium n'ont pas d'effet sensible
--2--

~ " ` 10~7947
sur l'adhérence de l'émail mais améliorent les caractéristiques
mécaniques.
Il est assez fréquen~ dans les ustensiles culinaires
d'associer une couche d'émail à l'extérieur et une couche anti-
adhésive à l'intérieur, par exemple du PTFE. Aucun des éléments
mentionnés n'a d'effet défavorable sur l'adhérence de la couche
de PTFE. Il faut simplement éviter la titane et maintenir cet
élément à une teneur très faible, car il peut nuire à l'adhérence
du PTFE.
L'élaboration des alliages suivant l'invention ne pose
aucun problème particulier à l'inverse des alliages Al-Mn, pour
lesquels l'introduction du manganèse est toujours délicate. La
transformation, en particulier le laminage en tôles et feuillards,
est tout à fait comparable à celle d'un alliage 1050.
Exemple: On a élaboré les quatre alliages suivants
avec les compositions indiquées au tableau I suivant:
_:
ALLIAGE Si Fe ~i Mo Cr Cu Mg Ti Zr ;
1 1.18 0.74 _ _ 0.15 ~0.01 ~0.01 ~0.02 _
2 1.19 0.71 _ 0.51 0.15 ~0.01 ~0.01 ~0.02 _
3 1.18 0.73 0.75 0.20 0.15 -~0.01 ~0.01 ~0.02 _ '
4 1.26 0.75 _ 0.52 0.15 0.18 ~0.01 ~0.02 0.16
Le premier alliage ne comporte que du fer mais pas de
molybdène et il est donné à titre de comparaison. Les trois
autres alliages sont conformes à l'invention.
Les alliages étudiés ont été coulés en plaques de
70 x 380 x 1,000 mm.
La gamme de transformation a été la suivante:
- réchauffage: 8 h à 500C
- laminage à chaud jusqu'à 12 mn
- laminage à froid jusqu'~ 3 mn

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- recuit: 6 h à 450C.
On a effectué sur une face un émaillage après décapage
en bain alcalin (immersion pendant 5 mn dans du phosphate triso-
dique à 5 % à 75C), rin,cage et séchage. La fritte a été séchée
2 mn dans une étuve à 150C puis l'échantillon a été porté à
560C pendant 30 mn.
Après refroidissement des échantillons, un pliage de la
tôle sur elle-m~me a été réalisé et llaspect, après pliage, a été
comparé à des échantillons étalons.
Pour l'échantillon 1, l'émail après pliage couvre bien
le métal sauf dans quelques zones très petites de surface infé-
rieure à 1 mm2 (qualité bonne).
Pour les trois autres échantillons,le métal est encore
entièrement recouvert par de l'émail (qualité très bonne).
Les échantillons émaillés ont été également soumis aux
tests normalisés d'écaillage, en particulier le SPALL TEST selon
la spécification ASTM C 486, consistant dans une immersion pro-
longée dans une solution aqueuse à 5 % de chlorure d'ammonium ou :
1 % de chlorure d'antimoine avec des résultats excellents.
On a préparé également des échantillons revêtus d'une
couche d'émail, d'une couche de PTFE et des échantillons revêtus
d'une couche d'émail sur une face et d'une couche de PTFE sur
l'autre face. ~
On a mesuré les caractéristiques de traction: ~ ;
- après recuit
- après émaillage seul
- après revêtement de PTFE seul
- après émaillage + revêtement de PTFE.
Les résultats sont rassem~lés dans le tableau II
suivant:

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La limite élastique ~ 0.2 %, Eo 2 et la résistance à
la rupture R sont mesurées en hectob~ars. L'allongement A est
mesuré en %. Les résultats mettent en évidence l'intérêt de
l'addition de molybdène qui permet à la fois une amélioration
de caractéristiques mécaniques, en particulier après les traite- : ;
ments thermiques d'émaillage et de revêtement de PTFE, et de la
tenue de l'émail.
Enfin, on peut ajouter que les articles fabriqués à
l'aide de ces alliages présentent une bonne résistance à la dé-
formation mise en évidence par les tests d'ovalisation et desecouage selon la norme fran~caise NF D 21501. Cette résistance
à la déformation est supérieure à celle de l'alliage 3003. ..
-6-
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