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Microalliage de l'aluminium par ultrasons

Nous créons de nouveaux alliages d'aluminium aux propriétés de l'acier.

Aluminium fondu micro-allié par ultrasons

Notre nouveau traitement par ultrasons de l'aluminium fondu à une fréquence de cavitation de 20 kHz peut améliorer radicalement la microstructure des produits finis. Cependant, lorsqu'il est combiné avec le micro-alliage, les résultats sont encore plus spectaculaires. Notre projet de micro-alliage par ultrasons en cours nous a déjà permis de créer des micro-alliages d'aluminium plus résistants que l'acier.

Notre travail indique que la micro-alliage assistée par ultrasons ouvre de nouvelles voies pour le développement de la prochaine génération d'alliages automobiles.

Depuis le début du vingtième siècle, de nombreux alliages d'aluminium alternatifs ont été développés et utilisés dans diverses applications, notamment dans l'aérospatiale, l'automobile et la marine. L'abondance, le faible poids et la polyvalence de l'aluminium l'ont amené à devenir le deuxième métal le plus utilisé après l'acier. La résistance de certains alliages d'aluminium est équivalente à celle des aciers de construction.

Malgré le large éventail de propriétés des alliages d'aluminium alternatifs, des efforts constants sont déployés pour améliorer leurs performances dans les applications existantes et émergentes.

Microalliage de l'aluminium par ultrasons Dégazage par ultrasons

Ces dernières années, de nombreux progrès ont été réalisés pour améliorer la résistance, la ductilité et d'autres propriétés des alliages d'aluminium en contrôlant leur microstructure. Le durcissement par vieillissement, le conditionnement à l'état fondu, le raffinement du grain par ultrasons et le micro-alliage sont des exemples de ces approches.

Nous nous penchons ici sur le microalliage, en nous concentrant sur sa nature et ses avantages potentiels. Nous présentons ensuite le nouveau et passionnant procédé de microalliage par ultrasons et expliquons comment ce procédé a contribué à notre nouveau développement d'un micro-alliage d'aluminium dont la résistance à la traction est supérieure à celle de l'acier. 

Microalliage de l'aluminium par ultrasons Dégazage par ultrasons

Aluminium microallié

L'aluminium microallié est un type d'alliage d'aluminium qui comprend des quantités infimes d'éléments d'alliage généralement ajoutés pour affiner la structure du grain et les propriétés du produit final. En général, la concentration d'éléments de micro-alliage est inférieure à 1 % et souvent très inférieure. Ces alliages peuvent présenter une résistance exceptionnelle et d'autres propriétés améliorées, avec des applications pratiques comme pièces structurelles dans les industries aérospatiale et automobile.

Le pouvoir de la cavitation

La résistance élevée à la traction de ces micro-alliages est attribuable aux précipités à l'échelle nanométrique qui se forment dans la matrice et qui peuvent être contrôlés en ajoutant des éléments spécifiques de micro-alliage à l'échelle nanométrique. Les effets de la microalliage sont très variés et incluent :

  • Formation d'intermétalliques stables pouvant affiner la taille des grains
  • Interaction avec les joints de grains qui peut soit augmenter soit réduire la fragilité intercristalline.
  • Modification de la morphologie des phases secondaires au sein de la matrice améliorant les propriétés mécaniques et de durcissement par vieillissement.
  • Modification de la séquence de précipitation conduisant à un plus grand raffinement de la structure des grains.

Les oligo-éléments de microalliage comprennent généralement Ag, Li, Na, Ca, Cd, Zr, Ti, Sr, Sn. Bien que la métallurgie et la chimie de ces ajouts aient fait l'objet de nombreuses recherches et documentations, il reste encore beaucoup à apprendre et de nouvelles avancées apparaissent continuellement.

Ajout d'oligo-éléments

La pratique habituelle du micro-alliage consiste à introduire des oligo-éléments en ajoutant un lingot d'aluminium contenant seulement quelques pour cent de l'élément d'alliage à une grande masse fondue. La quantité de dopant requise est obtenue en contrôlant soigneusement les niveaux de dilution.

Une autre approche est la métallurgie des poudres par micro-alliage. Elle implique le pressage isostatique, le frittage et l'extrusion. Dans ce cas, le processus de microalliage est contrôlé par diffusion.

Bien que ces procédés soient largement adoptés, le processus reste difficile à optimiser et à contrôler.