Les intermétalliques sont un mal nécessaire dans le monde de la liaison métal-métal, qui inclut sans aucun doute la soudure. Il existe deux façons fondamentales de lier "chimiquement" un métal à un autre métal : 1) la solution solide et 2) l'intermétallique. Nous nous concentrerons sur les intermétalliques pour l'instant, car c'est la plus pertinente pour le monde de la soudure.
De nombreuses personnes confondent ou intervertissent le "mouillage" et la formation intermétallique (liaison). Le mouillage n'est que du mouillage. Ce n'est pas parce qu'une soudure "mouille" une surface qu'une "liaison" intermétallique s'est formée. Par exemple, et je l'ai fait moi-même, 55,5Bi 44,5Pb peuvent être fondus sur un morceau de cuivre. Le BiPb fondu s'écoule et "mouille" la surface du cuivre. Cependant, lors de la solidification (refroidissement) de l'alliage, le BiPb peut être décollé. Pourquoi ? parce qu'aucun intermétallique ne s'est formé entre le BiPb et la surface du cuivre.
Pour qu'un intermétallique se forme, une partie de la métallisation de surface doit se dissoudre dans la brasure en fusion. C'est pourquoi l'étain est depuis longtemps un composant essentiel des alliages de soudure. L'étain fondu est un excellent solvant pour de nombreux autres métaux. Et, comme par hasard, ces "nombreux autres métaux" comprennent des éléments tels que le cuivre, l'or, l'argent et, dans une moindre mesure, le nickel. Les vitesses de dissolution de ces autres métaux dans l'étain fondu (soudure) sont différentes. L'or se dissout facilement dans la soudure, tandis que le nickel le fait lentement. Ainsi, comme la vitesse de dissolution est différente pour chaque métal, la vitesse de formation intermétallique est également différente. J'ai eu affaire à des entreprises qui ont une longue tradition de brasage sur cuivre et qui, pour une raison ou une autre, sont obligées de passer à une surface ENIG (nickel chimique / or d'immersion). (Il est important de noter que la couche d'or est très fine et n'est appliquée que pour protéger le nickel de l'oxydation. Cette couche d'or se dissout facilement dans la soudure en fusion et la "liaison" se fait en fait avec la surface du nickel). Lorsqu'ils procèdent à ce changement, ils rencontrent parfois un certain nombre de problèmes, tels qu'un mouillage incomplet, une faible force d'adhérence, etc. et ne savent pas pourquoi. Ils ne savent pas que le même profil de refusion (temps et température) qui a permis d'obtenir une bonne liaison (intermétallique) avec le cuivre n'est pas suffisant pour obtenir la même liaison intermétallique avec le nickel. Une fois qu'ils ont ajusté leur profil (plus de temps et/ou une température plus élevée) pour permettre une formation intermétallique suffisante, ils sont en mesure d'obtenir des joints de soudure acceptables. Il faut garder à l'esprit que la dissolution, phénomène par lequel un solide se dissout dans un liquide, est influencée à la fois par le temps et la température. D'une manière générale, plus le temps et la température sont longs, plus la dissolution est importante et plus la formation intermétallique est importante.
Comme je l'ai mentionné dans mon introduction, les intermétalliques sont un mal nécessaire. Pourquoi "mal" ? parce qu'ils ont tendance à être la partie la plus fragile du joint de soudure. Certains intermétalliques sont plus fragiles que d'autres (il faut en tenir compte lors du choix d'un alliage de soudure pour une métallisation particulière). Par exemple, les intermétalliques qui se forment entre Sn et Au sont souvent extrêmement fragiles, ce qui les rend susceptibles de se fracturer, etc. C'est un cas où plus n'est pas toujours mieux. Oui, il faut un intermétallique pour obtenir une "liaison". Une couche intermétallique trop fine peut être néfaste, mais une couche intermétallique trop épaisse peut être tout aussi néfaste, voire pire. Croyez-le ou non, la soudure peut ne pas bien adhérer à sa propre couche intermétallique. Les intermétalliques sont généralement des structures cristallines et chimiquement stables .... ; elles ne réagissent pas vraiment avec quoi que ce soit d'autre une fois qu'elles se sont formées. Si vous avez déjà examiné un joint de soudure fracturé, vous avez peut-être remarqué que la fracture s'est probablement produite à l'interface entre la couche intermétallique et le métal d'apport.
Une autre conséquence possible d'une couche intermétallique trop épaisse est la formation de "vides" à l'interface. Pourquoi ? Il faut d'abord examiner les produits de réaction. Il existe deux types fondamentaux de produits de réaction qui forment la couche intermétallique entre le Sn et le Cu. Il s'agit du Cu3Sn et du Cu6Sn5. Dans le cas du f
Dans le premier cas, il y a 3 atomes de Cu pour chaque atome de Sn et dans le second cas, 6 atomes de Cu pour 5 atomes de Sn. Dans les deux cas, le Cu est consommé plus rapidement que les atomes de Sn. En raison de cette disparité dans la réaction, dans un scénario exagéré, de petits trous ou vides ("voids") peuvent se former à la surface du cuivre.
La formation intermétallique ne se limite pas au processus de brasage. Les atomes métalliques peuvent diffuser même à l'état solide. Ce mouvement peut entraîner l'interaction, la réaction et la formation d'intermétalliques ou l'épaississement de la couche intermétallique existante. Des expériences de "vieillissement" sont souvent réalisées pour mesurer l'ampleur de la modification de la couche intermétallique et l'effet qu'elle aura sur la nature mécanique du joint.
L'objectif de ce billet de blog n'est pas de fournir une discussion exhaustive sur les intermétalliques. Des livres entiers pourraient être écrits sur le sujet. Je suis donc loin de rendre justice au sujet des intermétalliques. J'espère seulement apporter un peu de lumière sur le sujet.
Les commentaires et les questions sont les bienvenus.
