Collage de métaux dissemblables : comment choisir le bon adhésif

Nous avons récemment publié des articles détaillés sur le collage de divers métaux, notamment l’aluminium, le cuivre et l’acier inoxydable. L’assemblage de métaux à l’aide d’adhésifs suit un schéma globalement similaire : nettoyer et préparer correctement la surface, utiliser de préférence un apprêt, puis procéder au collage. Le collage de métaux différents, tels que l’aluminium et le cuivre, suit des étapes similaires, mais présente une difficulté supplémentaire par rapport au collage de deux pièces métalliques de même nature. Dans cet article, nous allons examiner les facteurs à prendre en compte lors du collage de métaux dissemblables et comment choisir l’adhésif adapté à votre application.

Pourquoi assembler des métaux de nature différente ?

Les produits modernes sont rarement composés d’un seul matériau. En ce qui concerne les métaux, chacun apporte des propriétés différentes : certains offrent une excellente conductivité électrique, d’autres une résistance exceptionnelle à la corrosion et à la rouille, certains sont légers tandis que d’autres sont plus faciles à usiner et à façonner. L’un des principaux avantages de l’intégration d’adhésifs dans la conception de votre produit réside dans le fait que vous bénéficiez d’une liberté et d’une flexibilité bien plus grandes dans le choix des matériaux : vous pouvez ainsi choisir librement les métaux les mieux adaptés aux objectifs de votre produit.

Où assemble-t-on des métaux dissemblables ? Applications concrètes

Il existe de nombreuses applications concrètes dans lesquelles des métaux différents entrent en contact les uns avec les autres. En voici quelques exemples :

• Batteries de véhicules électriques: dans les batteries de véhicules électriques, des collecteurs de courant en cuivre sont reliés à des languettes ou à des barres omnibus en aluminium. La conductivité électrique supérieure du cuivre s’allie à la légèreté et au rapport coût-efficacité de l’aluminium.
• Châssis automobiles – une autre application dans le secteur automobile consiste à assembler des panneaux en aluminium à des châssis en acier à haute résistance. La légèreté de l’aluminium améliore le rendement énergétique, tandis que la résistance et la durabilité de l’acier renforcent la sécurité en cas de collision.
• Fuselages d’avions – Des sections de revêtement en titane sont collées ou fixées à des sous-structures en aluminium dans les avions à hautes performances afin d’assurer une résistance optimale aux contraintes et aux températures.
• Plomberie: raccordement de tuyaux d’eau en cuivre à des raccords en acier ou en laiton.

Dans tous les exemples ci-dessus, on choisit des métaux différents, car chacun d’entre eux complète l’autre et améliore les performances globales du produit fini.

Difficultés rencontrées lors de l’assemblage de métaux dissemblables

Tout comme les plastiques, les différents métaux présentent des caractéristiques variées. Contrairement au collage de pièces métalliques de même nature, le collage de métaux dissemblables soulève certains facteurs dont il convient de tenir compte lors de l’utilisation d’adhésifs. Les plus importants d’entre eux sont les suivants :

Incompatibilité en matière de dilatation thermique

Il s’agit sans doute du principal aspect à prendre en compte. Chaque matériau possède son propre coefficient de dilatation thermique, ou CTE en abrégé. Ce chiffre indique dans quelle mesure un matériau se dilate lorsqu’il est chauffé et se contracte lorsqu’il est refroidi. Une valeur de CTE élevée indique une dilatation et une contraction plus importantes lors du chauffage et du refroidissement, et inversement. Lorsqu’on assemble des métaux de même nature, par exemple de l’acier avec de l’acier, le CTE n’a pas beaucoup d’importance, car les taux de dilatation et de contraction des pièces sont identiques. En revanche, avec des métaux dissemblables, l’un peut se dilater et se contracter davantage que l’autre sous l’effet des variations de température, ce qui entraîne une contrainte accrue au niveau de la zone d’assemblage. Par exemple, le titane présente un CTE d’environ 8,6, tandis que celui de l’aluminium est d’environ 23, ce qui signifie que l’aluminium se dilate environ trois fois plus que le titane sous l’effet de la chaleur. Un écart trop important, associé à un adhésif inadapté, peut facilement entraîner une défaillance du collage au fil du temps.

Risque de corrosion galvanique

Corrosion galvanique (également appelée « corrosion entre métaux dissemblables ») est un processus au cours duquel un métal se corrode lorsqu’il est en contact électrique avec un autre, en présence d’un électrolyte. Ce phénomène nécessite la présence d’un liquide conducteur, celui-ci jouant le rôle d’électrolyte. Le métal le moins réactif des deux agit comme une anode, attirant les électrons, tandis que le plus réactif en libère et se corrode. Imaginons une application dans laquelle l’acier et l’aluminium sont en contact direct l’un avec l’autre, et où de l’humidité s’est infiltrée au niveau du joint. Dans ce cas, l’aluminium, étant le métal le plus réactif, commencerait progressivement à se corroder – et ce, bien qu’il soit réputé pour sa résistance à la corrosion !

La conception des assemblages revêt une importance particulière

Compte tenu des différences de CTE mentionnées ci-dessus, lors de la conception d’un assemblage entre métaux dissemblables, il est particulièrement important de maximiser les forces de cisaillement et/ou de compression et d’éviter les assemblages de type « pelage » ou « clivage ». Cela permet de minimiser les contraintes et la pression exercées sur l’assemblage adhésif après durcissement.

Comment relever ces défis ?

En cas de déséquilibre de dilatation thermique, optez pour un adhésif renforcé. De nombreuses résines époxy entrent dans cette catégorie. Un adhésif époxy renforcé présentant une bonne résistance au cisaillement et/ou au décollement disposera de la souplesse et de la résistance aux contraintes nécessaires pour absorber l’impact des variations de dilatation et de contraction thermiques. Si une résistance élevée n’est pas une priorité absolue, l’utilisation d’un adhésif époxy modifié offre également une excellente souplesse pour gérer les déséquilibres de CTE : recherchez les adhésifs Permabond portant la référence « MT- ». Une autre solution consiste à utiliser un cordon de colle plus épais entre les métaux dissemblables, car cela ajoute du « volume » permettant d’accueillir les mouvements dus aux contraintes.

Pour prévenir la corrosion galvanique, il est essentiel d’assurer une étanchéité totale de la zone d’assemblage. Ceci est particulièrement important si l’application est susceptible d’être exposée à l’eau ou à l’humidité ; l’eau de mer pose notamment un problème particulier en raison de sa forte teneur en sel (électrolyte). Heureusement, le simple fait d’utiliser des adhésifs facilite considérablement la réalisation de cette étanchéité. Les fixations mécaniques n’assurent souvent pas une étanchéité à 100 %, alors qu’un adhésif adapté, appliqué correctement, y parvient presque toujours. Une ligne de collage plus épaisse s’avère ici également utile, car elle permet de réduire la conductivité électrique entre les deux métaux et d’empêcher le frottement, un phénomène au cours duquel les molécules des deux surfaces métalliques se frottent les unes contre les autres, ce qui finit par entraîner la corrosion.

En matière de conception des assemblages, lorsque vous utilisez des adhésifs, il est préférable de concevoir des assemblages soumis à un effort de cisaillement ou de compression, et d’éviter les assemblages soumis à un effort de pelage ou de clivage. Cela permet de répartir plus uniformément les contraintes sur toute la surface d’adhérence. Veillez à prévoir un espace suffisant pour obtenir un écart optimal entre les surfaces à coller, car cela contribuera à prévenir les contraintes dues à une incompatibilité des coefficients de dilatation thermique.

Mais ne pourrais-je pas simplement souder à la place ?

Vous vous demandez peut-être si, au lieu de devoir vous préoccuper de toutes ces questions de dilatation thermique et de corrosion galvanique, vous ne pourriez pas simplement souder deux métaux dissemblables entre eux ?

La réponse est oui, mais cela s’avère souvent difficile. Plutôt que de se concentrer sur les valeurs de CTE, le soudage soulève des enjeux métallurgiques plus complexes liés aux points de fusion des différents métaux. Lorsque vous souhaitez souder de l’aluminium à de l’acier, par exemple, vous êtes confronté au fait que le point de fusion de l’aluminium (~660 °C/1 220 °F) est environ deux fois moins élevé que celui de l’acier (~1 350 °C/2 500 °F). Ainsi, avant même d’avoir atteint la température nécessaire pour souder l’acier, l’aluminium aurait déjà fondu ! Le soudage de métaux plus proches l’un de l’autre, comme l’acier au carbone et l’acier inoxydable, est plus facile, mais tout soudage entre des métaux présentant des points de fusion très différents s’avère difficile.

Des techniques de soudage plus sophistiquées, comme le soudage au laser, peuvent être utilisées à cette fin, mais alors qu’il suffit d’utiliser un simple adhésif de construction pour obtenir des résultats similaires, nous ne voyons pas vraiment pourquoi vous voudriez le faire !

Les meilleurs adhésifs pour l’assemblage de métaux dissemblables

Cela étant dit, abordons maintenant les meilleurs adhésifs pour le collage de métaux dissemblables. D’une manière générale, le choix approprié dépend ici des métaux que vous souhaitez coller, des conditions environnementales et de température, du type d’assemblage et des exigences en matière de résistance. Vous trouverez ci-dessous une liste des adhésifs les plus couramment utilisés pour le collage de métaux dissemblables.

Résines époxy

Si vous recherchez le summum en matière de résistance et de solidité, un adhésif époxy constitue un excellent choix. Les adhésifs époxy offrent des valeurs élevées de résistance au cisaillement et au décollement, ce qui les rend particulièrement adaptés pour compenser les différences de dilatation et de contraction thermiques entre les métaux. Envisagez Permabond ET5428 et son produit apparenté, l’ET5429 pour les applications impliquant des métaux dissemblables où une résistance élevée est essentielle et où les différences de coefficient de dilatation thermique jouent un rôle important. Si un durcissement plus lent ne vous pose pas de problème ou si vous disposez d’un système de durcissement à chaud, Permabond ET5441 Il a été mis au point pour le collage de substrats de nature différente et présente une excellente résistance à la température. De plus, il supporte très bien les cycles thermiques, ce qui réduit au minimum les contraintes exercées sur la zone de collage.

Les résines époxy monocomposantes à durcissement thermique offrent une résistance structurelle optimale lors du collage de métaux dissemblables, avec une résistance comparable à celle du soudage. Si la résistance est votre priorité et que vous disposez d’un procédé de durcissement thermique, nous vous recommandons vivement d’envisager l’utilisation d’une résine époxy monocomposante pour votre application. Des produits tels que le Permabond ES550 et l’ES558 présentent une résistance au cisaillement exceptionnelle sur les métaux.

Adhésifs anaérobies

Les adhésifs anaérobies peuvent constituer un très bon choix pour l’assemblage de métaux dissemblables. Cela est particulièrement vrai lorsque l’un des métaux présente une surface plus réactive, comme le cuivre ou le laiton. Durcissant en présence de métal et en l’absence d’oxygène, ces adhésifs permettent un durcissement rapide dans un espace restreint. Ils sont particulièrement adaptés aux assemblages filetés et cylindriques, où l’interstice est très réduit. Bien qu’ils ne conviennent normalement qu’à l’assemblage de matériaux similaires, les adhésifs anaérobies peuvent être utilisés pour des techniques d’assemblage par glissement, par serrage et par contraction sur des métaux dissemblables.

Le Permabond F201 présente une structure « cœur-enveloppe » renforcée par du caoutchouc, ce qui le rend particulièrement adapté à la résistance aux contraintes et aux chocs. Son produit dérivé, le Permabond F201HV, offre une viscosité plus élevée tout en présentant des avantages similaires.

Adhésifs acryliques structurels

Les adhésifs acryliques structuraux constituent une autre solution très performante pour le collage de métaux dissemblables. Outre leur résistance élevée sur de nombreux métaux, nous avons mis au point plusieurs adhésifs acryliques structuraux dotés d’une technologie spéciale d’adhérence en surface. Cette technologie permet à l’adhésif de coller des surfaces métalliques non préparées, par exemple des surfaces huileuses ou recouvertes d’une couche d’oxyde. Ces produits présentent donc un intérêt particulier pour ceux qui ne peuvent pas procéder à une préparation approfondie des surfaces ou qui souhaitent optimiser leur rendement.

Les produits Permabond TA4207, TA4208 et TA4230 — ce dernier offrant par ailleurs une résistance au feu — intègrent tous cette technologie d’adhérence de surface. Le Permabond TA4550 est un autre excellent choix pour le collage de métaux dissemblables, offrant la rareté d’une résistance élevée et d’une grande souplesse. Cet adhésif acrylique structurel, initialement développé pour le collage du nylon, offre une résistance exceptionnelle sur de nombreux métaux.

Cyanoacrylates

Les cyanoacrylates (également appelés « supercolles ») comptent parmi les adhésifs à durcissement le plus rapide qui soient. Ils durcissent en réagissant avec l’humidité présente dans l’air et à la surface des matériaux. En raison de leur durcissement très rapide, ils sont généralement mieux adaptés au collage de petites pièces. Ils ne sont pas particulièrement adaptés pour compenser d’importantes différences de dilatation et de contraction thermiques, mais constituent la solution idéale lorsque vous avez besoin d’une résistance élevée sur de petites surfaces.

Envisagez le Permabond 751 – un nouvel adhésif souple idéal pour le collage de dispositifs médicaux – ainsi que les Permabond 737 et 910 pour le collage de métaux dissemblables.

L’importance de la préparation des surfaces

Lors du collage de métaux, une bonne préparation des surfaces est essentielle, et ce d’autant plus lorsqu’il s’agit de coller des métaux dissemblables. Les différences de dilatation et de contraction thermiques peuvent exercer une contrainte supplémentaire sur la liaison adhésive par rapport au collage de métaux similaires ; il est donc primordial de veiller à ce que vos surfaces soient dans un état idéal pour le collage.

À moins que vous n’optiez pour l’un de nos adhésifs acryliques structurels à activation en surface (tels que le TA4207 ou le TA4208) mentionnés ci-dessus, veuillez suivre les étapes suivantes pour préparer vos métaux au collage :

• Nettoyage et dégraissage. Essuyez vos pièces métalliques avec de l’acétone, de l’isopropanol ou du Permabond Cleaner A afin d’éliminer la poussière, les traces de graisse, les empreintes digitales et les agents de démoulage. Nous vous recommandons de procéder ainsi même si vous utilisez un acrylique structurel à activation de surface, afin d’obtenir les meilleurs résultats possibles.

• Poncer. Le ponçage à l’aide de papier de verre (ou, à défaut, le sablage) permet d’éliminer la couche d’oxyde présente sur de nombreux métaux. Il permet également de « rainer » la surface et d’offrir une meilleure adhérence à la colle. L’application de l’apprêt Permabond 2K sur la surface après le ponçage permet d’éviter que la surface métallique ne recommence à s’oxyder. Il agit également comme promoteur d’adhérence et garantit une adhérence plus durable.

• Nettoyez à nouveau. Après le ponçage, nettoyez à nouveau la surface pour éliminer tout résidu.

• Collage. Vos métaux sont désormais prêts à être collés. Si vous avez utilisé un apprêt 2K, vous n’avez pas à vous presser : les surfaces métalliques ne se réoxideront pas après le ponçage. Si vous n’avez pas utilisé d’apprêt, plus vous procédez rapidement au collage, mieux c’est ; sinon, les métaux se réoxideront et vous devrez répéter le processus de ponçage.

Foire aux questions (FAQ) sur le collage de métaux dissemblables

• Quel est le meilleur adhésif pour assembler des métaux de nature différente ?
  

  Il n’existe pas d’adhésif unique qui convienne à toutes les combinaisons de métaux. Les époxydes structurels et les acryliques constituent des choix courants, tandis que les cyanoacrylates et les adhésifs anaérobies peuvent convenir à certains types d’assemblages et à certaines applications particulières. Il convient de prendre en compte la température, la taille de l’assemblage, la souplesse requise et les métaux à assembler.

• Peut-on assembler l’aluminium et l’acier à l’aide d’adhésifs ?
  

  Oui. Les adhésifs permettent de coller efficacement l’aluminium à l’acier et peuvent présenter des avantages par rapport à la fixation mécanique ou au soudage. Lors de la conception de l’assemblage, il convient d’accorder une attention particulière aux différences de dilatation thermique et d’éviter la corrosion galvanique.

• Comment prévenir la corrosion galvanique lors de l’assemblage de métaux dissemblables ?
  

  La corrosion galvanique nécessite un contact électrique entre des métaux dissemblables et un électrolyte, tel que l’eau. Une couche adhésive peut isoler électriquement les deux métaux tout en contribuant à étanchéifier le joint contre l’humidité, ce qui réduit le risque de corrosion galvanique.

• La dilatation thermique a-t-elle une incidence sur les liaisons adhésives entre différents métaux ?
  

  Oui. Les métaux présentent des coefficients de dilatation thermique (CDT) différents, ce qui signifie qu’ils se dilatent et se contractent dans des proportions différentes lorsque la température varie. Des adhésifs renforcés ou plus souples peuvent aider à compenser ce mouvement différentiel et à réduire les contraintes au sein du joint.

• Les métaux de nature différente nécessitent-ils une préparation de surface avant le collage ?
  

  En règle générale, oui. L’élimination des huiles, des impuretés et des couches superficielles fragiles améliore généralement la fiabilité du collage. La préparation optimale dépend des métaux et de l’adhésif utilisés ; certains adhésifs acryliques structurels (tels que les Permabond TA4207, TA4208 et TA4230) tolèrent mieux les surfaces peu préparées ou légèrement contaminées que de nombreux adhésifs époxy.

• Dans quel délai après le ponçage dois-je assembler les pièces métalliques ?

  Cela dépend du métal. Pour les métaux très sensibles à l’oxydation, comme l’aluminium, les pièces doivent être assemblées dès que possible après le ponçage afin d’éviter toute réoxydation. Par ailleurs, si vous utilisez l’apprêt Permabond 2K pendant le ponçage, vous disposez d’un délai bien plus long !

• Le collage est-il plus efficace que le soudage ou la fixation pour assembler des métaux dissemblables ?

  
  Cela peut être le cas. Les adhésifs répartissent les contraintes sur une plus grande surface, évitent la chaleur générée par le soudage, permettent d’assembler des métaux difficiles à souder entre eux (comme l’acier et l’aluminium) et peuvent isoler électriquement des métaux dissemblables. Les adhésifs peuvent offrir une résistance similaire à celle du soudage et des fixations, et sont plus efficaces pour prévenir la corrosion galvanique entre les métaux.

Si vous avez des questions concernant l’assemblage de métaux dissemblables ou si vous souhaitez discuter de votre projet, n’hésitez pas à nous contacter.