Dégazage de l'aluminium : la science derrière l'élimination de l'hydrogène et des inclusions

En fonderie sous pression de précision, un contrôle qualité efficace commence par une fusion pure et stable. La porosité des gaz et les inclusions d'oxydes sont des défauts majeurs qui compromettent la densité et les propriétés mécaniques d'une pièce. Ce guide propose une analyse approfondie de la source des gaz dans les alliages d'aluminium et des principes fondamentaux du dégazage de l'aluminium, étape fondamentale d'une production de qualité.

I. La source du problème : découvrir le "Gas" dans les alliages d'aluminium

1. L'hydrogène est le seul coupablePlus de 85 % du gaz dissous dans l'aluminium fondu est de l'hydrogène, provenant principalement de la réaction avec la vapeur d'eau (H₂O) présente dans l'environnement. Par conséquent, en moulage sous pression, la teneur en gaz est synonyme de la teneur en hydrogène.

2. La baisse drastique de la solubilitéLe danger de l'hydrogène vient de sa chute drastique de solubilité lorsque l'aluminium refroidit. Sa solubilité chute d'environ0,68 mL/100 gà l'état liquide à juste0,036 mL/100 gÀ l'état solide. Lors de la solidification rapide du moulage sous pression, cet excès d'hydrogène est piégé et précipite, formant des défauts de porosité d'hydrogène (trous d'épingle).

II. La menace synergique : inclusions d'oxydes et hydrogène

Outre l'hydrogène, les inclusions d'oxydes dans l'aluminium, principalement l'alumine (Al₂O₃), constituent une autre source majeure de défauts. Pire encore, ces deux défauts agissent en synergie : les films d'oxyde rugueux et poreux agissent comme des éponges, emprisonnant davantage d'humidité et d'hydrogène, ce qui augmente la teneur en gaz du métal fondu. Une stratégie complète de traitement du métal en fusion doit donc permettre d'éliminer à la fois les inclusions d'hydrogène et d'oxydes.

III. Le principe fondamental du processus de dégazage

Le dégazage moderne de l'aluminium est une forme cruciale de traitement du métal en fusion qui fonctionne sur des principes physico-chimiques, en introduisant un gaz inerte (généralement de l'argon ou de l'azote) dans la masse fondue.

1. La loi des pressions partiellesD'après cette loi physique, les atomes d'hydrogène diffusent naturellement d'une zone de pression partielle élevée (le métal en fusion) vers une zone de pression partielle nulle (les bulles de gaz inerte). À mesure que les bulles s'élèvent, elles emportent continuellement l'hydrogène du métal en fusion.

2. L'effet de flottaisonÀ mesure que les bulles de gaz inerte montent, elles entrent en collision avec les inclusions d'oxydes solides présentes dans l'aluminium et s'y fixent. Ces inclusions sont ensuite transportées à la surface par la force de flottabilité des bulles, où elles peuvent être écumées sous forme de scories.

Conclusion

En résumé, contrôler la qualité de la fusion est une lutte contre l'hydrogène et les oxydes. Un procédé de dégazage de l'aluminium réussi combine efficacement l'élimination chimique de l'hydrogène et l'élimination physique des inclusions, constituant ainsi la première étape cruciale du contrôle qualité de la fonderie sous pression.

Cet article a exploré les principes fondamentaux du dégazage. Dans les prochaines mises à jour, nous continuerons d'analyser d'autres processus clés de la fusion. Restez connectés.