Les meilleurs adhésifs pour le collage de l’aluminium : guide du fabricant

Un métal incontournable dans l’ingénierie moderne

L’aluminium est l’un des matériaux les plus utilisés dans l’ingénierie moderne, juste derrière l’acier. Sa combinaison unique de résistance mécanique, de légèreté et de résistance à la corrosion en fait un matériau idéal pour une grande variété d’applications dans de nombreux secteurs d’activité. L’aluminium est plébiscité pour plusieurs raisons principales :

1. L’aluminium présente un excellent rapport résistance/poids. Pesant environ un tiers du poids de l’acier, ce métal léger est idéal pour les applications qui exigent de la résistance sans ajouter de masse excessive. Malgré sa légèreté, l’aluminium est très résistant et capable de supporter des environnements difficiles.

2. L’aluminium est naturellement résistant à la corrosion. Comme il forme une couche d’oxyde protectrice au contact de l’air (ce qui peut poser un problème pour le collage – nous y reviendrons plus en détail dans un instant !), il résiste directement à la corrosion et à la rouille. Cela le rend particulièrement adapté aux applications en extérieur où le métal est en contact avec l’air, l’eau ou des conditions météorologiques difficiles.

3. L’aluminium présente une conductivité électrique et thermique élevée. Il conduit efficacement la chaleur et l’électricité, ce qui en fait un matériau parfaitement adapté à une utilisation dans les échangeurs de chaleur, l’électronique et les systèmes de refroidissement, entre autres.

4. L’aluminium peut être recyclé à l’infini. Alors que les préoccupations liées au développement durable ne cessent de croître dans le domaine de l’ingénierie, le fait que ce métal léger et résistant puisse être recyclé indéfiniment sans aucune perte de résistance ni de qualité constitue l’un des principaux atouts de ce matériau.

L’aluminium présente d’autres avantages, notamment sa facilité d’usinage et son prix abordable par rapport à d’autres métaux tels que l’acier inoxydable ou le titane.

Alliages d’aluminium

L’aluminium peut être utilisé à l’état pur, mais il est souvent utilisé sous forme d’alliage, c’est-à-dire mélangé à un autre métal. Les différentes nuances (ou séries) d’aluminium et leurs principaux avantages sont résumés ci-dessous.

Série 1000 (pureté de 99 %)

Il s’agit d’aluminium à l’état pur, sans aucun alliage avec d’autres métaux. Il présente tous les avantages énumérés ci-dessus et est particulièrement résistant à la corrosion.

Série 2000 (cuivre)

Ils offrent une résistance mécanique et une usinabilité très élevées. Ces alliages peuvent faire l’objet d’un traitement thermique afin de leur conférer une ténacité et une dureté exceptionnelles. Ils sont souvent utilisés pour l’assemblage de composants structurels dans l’industrie aérospatiale.

Série 3000 (manganèse)

Cette série ne se prête pas au traitement thermique et offre une grande souplesse et une bonne usinabilité, au détriment d’une résistance modérée. Elle est utilisée dans les applications courantes de l’aluminium, telles que les ustensiles de cuisine.

Série 4000 (silicium)

L’ajout de silicium abaisse le point de fusion de cet alliage. Facile à travailler et dotée d’une bonne conductivité électrique et thermique, cette gamme est très prisée dans l’industrie automobile.

Série 5000 (magnésium)

Ces alliages offrent une résistance exceptionnelle à la corrosion, ce qui les rend particulièrement adaptés aux applications marines, car ils résistent à l’exposition à l’eau de mer et ne rouillent pas.

Série 6000 (magnésium et silicium)

Ces matériaux offrent une bonne résistance à la corrosion et une résistance mécanique élevée, et sont souvent utilisés dans le secteur du bâtiment.

Série 7000 (zinc)

Il s’agit de l’alliage d’aluminium le plus résistant qui soit, surpassant même de nombreux types d’acier. En raison de leur grande résistance et de leur excellent rapport résistance/poids, ils sont souvent utilisés dans l’aérospatiale et dans les véhicules hautes performances.

Difficultés rencontrées lors du collage de l’aluminium

Le collage de l’aluminium peut être simple, mais vous devez d’abord savoir comment surmonter les difficultés inhérentes à ce matériau ! Le principal problème lié à ce métal réside dans sa tendance à former une couche d’oxyde d’aluminium à sa surface lorsqu’il est exposé à l’air ambiant. Cette couche est souvent fragile et invisible, à tel point que vous risquez de ne même pas la remarquer au moment de coller votre aluminium.

Vous vous demandez peut-être : « Et alors ? » Une couche d’oxyde est inoffensive et n’endommage en rien le métal ; pourquoi ne pas simplement la laisser en place et procéder au collage telle quelle ? Le problème, lorsque vous collez de l’aluminium recouvert d’une couche d’oxyde, c’est que vous collez la couche d’oxyde, et non la surface de l’aluminium ! Comme la couche d’oxyde n’est pas solidement fixée à l’aluminium, elle peut se décoller par la suite, notamment lorsqu’elle est soumise à des contraintes de collage, et elle emportera l’adhésif avec elle. Comme la couche d’oxyde est invisible à l’œil nu, on aura simplement l’impression que l’adhésif n’a pas réussi à adhérer à la surface de l’aluminium.

Les autres problèmes rencontrés lors de l’assemblage de l’aluminium surviennent principalement lors de son assemblage avec d’autres métaux, tels que l’acier inoxydable. Parmi les facteurs à prendre en compte, citons le coefficient de dilatation thermique nettement plus élevé de l’aluminium (qui peut entraîner des contraintes d’assemblage et des ruptures) ainsi que le risque de corrosion galvanique dans certaines conditions. Nous aborderons ces questions plus en détail ultérieurement.

Préparation de la surface : la clé d’un collage réussi de l’aluminium

Une bonne préparation de la surface de l’aluminium constitue sans doute l’étape la plus importante pour obtenir une adhérence solide sur ce support. La préparation de la surface permet non seulement d’éliminer la couche d’oxyde mentionnée précédemment, mais également toute trace d’huile et d’autres contaminants susceptibles d’empêcher une adhérence solide. Veuillez suivre les étapes décrites ci-dessous pour préparer votre aluminium en vue du collage :

1. 1. Éliminez les impuretés.

    

   Utilisez un solvant pour nettoyer la surface de l’aluminium et éliminer la graisse, la poussière, les agents de démoulage, les traces de doigts, etc. L’isopropanol, l’acétone ou le Permabond Cleaner A conviennent tous à cet usage. Remarque : cette étape à elle seule ne suffit PAS à éliminer la couche d’oxyde.

1. 2. Éliminez la couche d’oxyde.

    

   Maintenant que votre surface est propre, il est temps d’éliminer la fine couche d’oxyde présente sur votre aluminium. La meilleure façon d’y parvenir est de procéder à un léger ponçage ou à un sablage. Du papier abrasif ou des tampons abrasifs conviennent parfaitement à cet usage. Il n’est pas nécessaire d’appuyer trop fort sur l’aluminium : un geste léger suffit amplement. Certaines personnes utilisent des meuleuses d’angle pour rendre la surface de l’aluminium rugueuse, ce que nous ne recommandons pas. Bien que les rayures et les rainures ainsi créées puissent augmenter la surface de contact pour l’adhérence, la chaleur générée par ce processus provoque une réoxydation immédiate de l’aluminium et peut entraîner l’incrustation de particules et de débris plus profondément dans la surface.

    

   3. Appliquez une couche d’apprêt (facultatif).

    

   Une fois la couche d’oxyde éliminée, vous pouvez désormais appliquer un apprêt de surface sur votre aluminium. Des produits tels que l’apprêt Permabond 2K, appliqués après ponçage, contribuent à empêcher la réoxydation de la surface en aluminium. Ils agissent également comme promoteurs d’adhérence et améliorent la durabilité à long terme du collage.

1. 4. Nettoyez à nouveau.

    

   Après le ponçage ou le sablage, nettoyez à nouveau la surface avec un solvant afin d’éliminer tout résidu.

1. 5. Obligation.

    

   Votre aluminium est désormais prêt à être collé. N’oubliez pas qu’une nouvelle couche d’oxyde commencera à se former à la surface de l’aluminium après ce processus ; par conséquent, plus vous procéderez au collage rapidement, meilleurs seront vos résultats.

Le procédé décrit ci-dessus vous garantira systématiquement les meilleurs résultats lors du collage de l’aluminium. Si vous recherchez les liaisons les plus solides et les plus durables dans le temps, c’est la méthode que nous vous recommandons. Toutefois, si votre application est moins exigeante ou ne nécessite pas de répondre à des exigences de résistance extrêmes, il peut suffire de simplement nettoyer la surface avec un solvant avant le collage. Ou bien, comme vous le découvrirez sous peu, vous pouvez utiliser un adhésif Permabond très spécial, capable de coller à travers les couches d’oxyde !

Remarque concernant la gravure à l’acide

Il existe une autre méthode de préparation des surfaces en aluminium en vue du collage, qui était très répandue par le passé, notamment dans l’industrie aérospatiale : le décapage à l’acide. Ce procédé consiste à exposer la surface de l’aluminium à un acide (le « décapant ») afin de modifier les propriétés de la surface et de la rendre apte au collage avec des adhésifs.

Cette méthode élimine la couche d’oxyde et permet d’obtenir une adhérence très solide avec les adhésifs. Cependant, la gravure chimique est aujourd’hui beaucoup moins répandue en raison de la nature des acides utilisés dans ce procédé : il a récemment été démontré que bon nombre d’entre eux sont nocifs pour la santé et ont donc été interdits ou soumis à une réglementation stricte. Travailler avec des acides implique également que les opérateurs doivent redoubler de prudence et porter des vêtements de protection afin d’éviter toute exposition. De plus, la technologie des adhésifs ne cessant de s’améliorer d’année en année, de nombreux fabricants ne voient plus la nécessité de s’exposer aux risques potentiels en matière de santé et de sécurité, ni aux risques législatifs liés à l’utilisation de la gravure à l’acide pour le collage de l’aluminium.

Les meilleurs adhésifs pour le collage de l’aluminium

De nombreuses formules d’adhésifs conviennent au collage de l’aluminium, ce dont nous parlerons ci-dessous. En fin de compte, le choix de la meilleure formule dépend des spécificités de votre application, telles que l’environnement dans lequel elle sera utilisée, le fait que vous colliez de l’aluminium sur de l’aluminium ou sur un autre matériau, la rapidité de durcissement requise pour l’adhésif, etc.

Résines époxy

Les adhésifs époxy – qu’ils soient monocomposants ou bicomposants – constituent un excellent choix pour le collage de ce support. Ils offrent la résistance structurelle la plus élevée de tous les adhésifs utilisés sur l’aluminium ; par conséquent, si la résistance du collage est votre priorité absolue, un adhésif époxy est probablement la solution à privilégier en premier lieu. Ils présentent également une bonne résistance chimique, et bon nombre d’entre eux conviennent aux applications nécessitant une résistance aux températures élevées.

Par exemple, les adhésifs Permabond ET5422 et ET5424 sont des époxydes bicomposants qui adhèrent très bien à l’aluminium. L’ET5422 offre l’une des résistances au pelage les plus élevées du marché, à savoir 320 N/25 mm (70 PIW), tandis que l’ET5424 présente une résistance thermique exceptionnelle. Ces deux adhésifs sont parfaitement adaptés aux applications aérospatiales, notamment pour le collage de panneaux sandwich alvéolaires destinés à l’aéronautique, qui font largement appel à l’aluminium.

Les produits Permabond ET5428 et ET5429 sont des résines époxy bicomposantes qui offrent une résistance d’adhérence élevée sur l’aluminium, ainsi qu’une excellente résistance aux chocs et aux vibrations. Ces produits sont également parfaits pour le collage de matériaux dissemblables, par exemple l’aluminium et les composites.

Adhésifs acryliques structurels

Vous vous souvenez de cet adhésif spécial dont nous avons parlé, capable de coller à travers les couches d’oxyde de l’aluminium ? Il s’agit d’un adhésif acrylique structurel, et l’un des meilleurs adhésifs de notre gamme pour le collage de l’aluminium, ainsi que d’autres matériaux.

Le Permabond TA4208 Black a été développé pour assurer un collage efficace d’une grande variété de supports et offre d’excellentes performances sur les métaux, les plastiques et les matériaux composites. Sa technologie d’activation de surface lui permet de coller à travers les couches d’oxyde ainsi que sur des surfaces huileuses. Cela signifie que vous pouvez coller de l’aluminium sur un autre métal en vous contentant simplement de l’essuyer au préalable avec de l’acétone, tout en obtenant une résistance optimale.

Le tableau ci-dessous compare les valeurs de résistance au cisaillement de différents types d’aluminium à l’aide du TA4208 Black :

Comme vous pouvez le constater, les valeurs de résistance restent très élevées, même sur de l’aluminium non préparé. Lors des essais, nous avons constaté que l’utilisation d’une technologie d’adhérence de surface permettait de multiplier par quatre la résistance au cisaillement par chevauchement sur de l’aluminium non préparé.

Le Permabond TA4246 est un autre adhésif acrylique structurel qui adhère bien à l’aluminium. Il s’agit d’un adhésif en deux composants, sans mélange, qui durcit à température ambiante. Bien qu’il ne dispose pas de la technologie d’adhérence de surface du TA4208, il offre une résistance au pelage et une résistance aux chocs très élevées et constitue une solution idéale pour remplacer le soudage ou les fixations.

Les acryliques structurels présentent non seulement l’avantage de nécessiter moins de préparation de surface, mais offrent également une excellente résistance aux chocs et aux vibrations, un durcissement rapide et s’intègrent facilement dans un processus de production.

Cyanoacrylates

Les cyanoacrylates, également appelés « superglue » ou « adhésifs instantanés », collent bien l’aluminium. Ces adhésifs sont parfaits si vous avez besoin d’un durcissement instantané : ils atteignent leur résistance de fixation en quelques secondes. Ils sont toutefois moins adaptés au collage de pièces de grande taille, car l’adhésif peut commencer à durcir avant que vous n’ayez pu assembler les pièces avec précision. Si vous collez de petites pièces qui s’emboîtent parfaitement, comme c’est le cas en électronique, ils peuvent constituer un choix idéal.

Si vous souhaitez utiliser un cyanoacrylate pour coller de l’aluminium, pensez au Permabond 910. Cet adhésif assure une adhérence solide sur de nombreux métaux, notamment l’aluminium et l’acier.

Autres types de colles

Les adhésifs et mastics anaérobies peuvent être utilisés pour coller l’aluminium, mais ils peuvent nécessiter l’utilisation préalable d’un activateur si un durcissement plus rapide est requis. L’aluminium étant un métal passif, sans activateur tel que le Permabond A905, le processus de durcissement prendra beaucoup plus de temps que pour les métaux actifs comme le cuivre et le laiton. Il existe des formulations d’adhésifs anaérobies plus réactives adaptées à l’aluminium.

Les adhésifs UV fonctionnent également sur l’aluminium, à condition que la lumière UV puisse atteindre l’ensemble de la zone de collage. L’aluminium bloquant lui-même la lumière UV, l’autre support à coller doit être transparent, par exemple du verre ou un plastique transparent.

Assemblage de l’aluminium à d’autres matériaux

L’aluminium peut être assemblé à toute une gamme d’autres matériaux, qu’il s’agisse d’autres métaux, de plastiques, de verre ou de matériaux composites. Toutefois, deux problèmes majeurs doivent être pris en compte lors de ces assemblages : la dilatation thermique et la corrosion galvanique.

La dilatation thermique d’un matériau, exprimée par son coefficient de dilatation thermique (CTE), indique dans quelle mesure ce matériau se dilate sous l’effet de la chaleur et se contracte sous l’effet du froid. Un CTE élevé implique une dilatation et une contraction plus importantes, tandis qu’un CTE faible indique l’inverse. Ce paramètre est important pour les adhésifs car, si une application est soumise à des températures élevées ou basses, ou à des cycles thermiques, les substrats collés se dilateront et se contracteront. Si le taux de dilatation et de contraction des substrats est très différent, cela peut entraîner des contraintes au niveau du point de collage.

Par exemple, l’aluminium présente un CTE de 23, tandis que celui de l’acier doux ou au carbone se situe aux alentours de 11, soit moins de la moitié de celui de l’aluminium. Par conséquent, dans un assemblage aluminium-acier, l’aluminium se dilaterait beaucoup plus que l’acier s’il était soumis à une chaleur intense, et se contracterait par la suite beaucoup plus fortement lors du refroidissement.

Pour contrer les effets négatifs que ces différences de dilatation et de contraction pourraient avoir sur la zone de collage, il est important de choisir un adhésif renforcé capable de s’adapter aux variations d’état des deux substrats en fonction de la température. Le Permabond ET5422, mentionné ci-dessus, est idéal à cet effet. Sa résistance au pelage extrêmement élevée et son excellente résistance à la température lui permettent de résister aux contraintes. L’application d’un cordon de colle légèrement plus épais peut également contribuer à absorber les différences de coefficients de dilatation et à réduire les contraintes exercées sur les composants.

Si vous devez coller des supports de nature différente, une préparation minutieuse des surfaces est d’autant plus importante pour garantir une adhérence optimale et durable.

Prévention de la corrosion galvanique

La corrosion galvanique est un processus électrochimique au cours duquel un métal commence à se corroder en présence d’un métal différent (et de certains composites tels que la fibre de carbone). Ce phénomène résulte du passage de faibles courants électriques entre les deux métaux en présence d’un électrolyte, tel que l’eau de mer ou l’eau de pluie. Si un métal moins noble, comme l’aluminium, entre en contact avec un métal plus noble, tel que l’acier, il peut commencer à se corroder en présence dudit électrolyte.

Notez que la corrosion galvanique ne peut se produire qu’en présence d’humidité. Si la zone d’assemblage de métaux dissemblables reste parfaitement sèche en permanence, vous n’avez pas à vous soucier de ce problème. Toutefois, s’il existe le moindre risque d’infiltration d’humidité au niveau de la zone d’assemblage, il convient de prendre des mesures pour empêcher toute corrosion galvanique. Le simple fait de choisir un adhésif pour assembler vos métaux plutôt que des fixations mécaniques constitue déjà un excellent choix !

En effet, un adhésif appliqué à l’endroit approprié (c’est-à-dire là où l’humidité est la plus susceptible de s’infiltrer) offre à lui seul une protection considérable contre la corrosion galvanique. Veillez à l’appliquer uniformément sur toute la surface de collage et à assurer une bonne étanchéité. En ce qui concerne la conception du joint, il est également important d’éviter de créer un chemin électriquement conducteur entre les deux métaux à assembler.

Toutes les surfaces en aluminium exposées susceptibles de subir une corrosion galvanique peuvent être protégées par anodisation, cuisson de peinture ou revêtement par poudrage.

Foire aux questions sur le collage de l’aluminium

• L’utilisation d’adhésifs est-elle préférable au soudage pour l’aluminium ?

Les deux solutions sont possibles, mais les adhésifs constituent une option moins coûteuse, nécessitant moins de compétences et plus adaptée au lieu de travail, qui n’endommage que très peu l’aluminium. Les adhésifs ne nécessitent ni perçage ni trou, permettent d’assembler des matériaux dissemblables et répartissent uniformément les contraintes sur l’ensemble du joint. Ils offrent également une finition plus propre et plus esthétique.

• Quelle est la colle la plus résistante pour l’aluminium ?

Les résines époxy ont tendance à offrir les liaisons les plus solides sur l’aluminium, en particulier les résines époxy structurelles ou renforcées telles que les modèles Permabond ET5428 et ET5422.

• Faut-il poncer l’aluminium avant de le coller ?

Dans l’idéal, oui. Le ponçage ou l’abrasion permet d’éliminer la fine couche d’oxyde présente à la surface de l’aluminium, ce qui améliore l’adhérence de l’apprêt. Il est recommandé d’utiliser du papier abrasif à base de carborundum plutôt que du papier de verre.

• Faut-il appliquer une couche d’apprêt sur l’aluminium avant d’appliquer la colle ?

L’application d’un apprêt est une étape supplémentaire que vous pouvez effectuer pour préparer l’aluminium au collage après le ponçage ou l’abrasion. Elle n’est pas strictement nécessaire, mais peut s’avérer utile pour empêcher l’apparition d’une nouvelle oxydation après l’abrasion du métal. L’apprêt Permabond 2K est idéal à cet effet.

• Le cyanoacrylate permet-il de coller l’aluminium ?

Oui, les cyanoacrylates adhèrent très bien à l’aluminium. Ils sont parfaits pour coller de petites pièces qui s’emboîtent parfaitement et qui peuvent être assemblées immédiatement après l’application de la colle. Nous vous recommandons le Permabond 910 comme cyanoacrylate pour le collage de l’aluminium.

• Quelle colle est la plus adaptée à l’aluminium en extérieur ?

Les adhésifs époxy et acryliques structurels conviennent parfaitement aux applications en aluminium destinées à un usage extérieur. Ces deux types d’adhésifs offrent une bonne résistance aux agents chimiques et aux intempéries.

• Peut-on assembler l’aluminium et l’acier ?

Il est tout à fait possible de coller de l’aluminium sur de l’acier. Cependant, il est important de garder à l’esprit que le coefficient de dilatation thermique de l’aluminium est deux fois supérieur à celui de l’acier. Cela ne pose pas de problème majeur si vous ne collez que de petits composants, mais sur des panneaux d’un mètre de long, par exemple, vous le remarquerez. Il est donc important de choisir un adhésif offrant une certaine souplesse si votre application est exposée à des températures élevées ou à des cycles thermiques. Un époxy renforcé ou un acrylique structurel conviendra parfaitement dans ce cas.

Si vous avez des questions concernant le collage de l’aluminium ou si vous souhaitez discuter de votre projet avec nous, n’hésitez pas à nous contacter.