Les défis métallographiques associés à l’aluminium et ses alliages varient considérablement en fonction de la pureté du métal. Apprenez ici à préparer rapidement et efficacement n’importe quel produit en aluminium aux fins de l’examen métallographique.
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Fig. 1 : alliage d’aluminium 2024, coulé, présentant une précipitation eutectique au niveau des joints de grains, sans attaque, grossissement 200x
Fig. 2 : comme la Fig. 1, homogénéisé, sans attaque, grossissement 200x
Fig. 3 : comme la Fig. 2, laminé à chaud, sans attaque, grossissement 200x
Alliages d’aluminium coulés
Les coulées d’aluminium sont alliées principalement pour améliorer les propriétés mécaniques du métal, et sont différenciées en fonction de leurs principaux éléments d’alliage : silicium, magnésium et cuivre. Les teneurs en alliage supérieures à la saturation de la solution solide sont précipitées sous forme de métal pur, tel que du silicium, ou sous forme d’eutectiques et de phases intermétalliques.
Le silicium améliore l’aptitude au coulage de l’aluminium. Dans les alliages eutectiques tels que l’AlSi12, de petites quantités de sodium sont ajoutées avant la coulée, afin de raffiner l’eutectique. Pendant ce processus d’affinage, au lieu de précipiter sous forme d’aiguilles ou de plaques grossières (Fig. 4), le silicium forme un eutectique très fin avec la solution α-solide (Fig. 5). L’effet de la trempe dans ces alliages est très faible ; c’est pourquoi on y ajoute du magnésium, afin qu’ils puissent être durcis par vieillissement.
Les alliages coulés dotés de propriétés spécifiques sont utilisés dans différents groupes de produits, notamment pour la fabrication de pistons, de paliers lisses, de pièces pour la construction mécanique, de culasses et d’étriers de frein.
| Quelques exemples des plus importants alliages de fonderie et leurs propriétés | |
| AlSi10Mg | Durci par vieillissement. Résistant aux vibrations et à la corrosion |
| AlSi5Cu1 | Durci par vieillissement. Bonne aptitude au coulage pour le soudage et les sections fines |
| AlMg3 | Résistant à l’eau de mer |
| AlSi25+ CuNi | Durci par vieillissement. Alliage spécial pour les pistons ; résistant à l’usure grâce à sa teneur élevée en Si |
| AlMgSiPb | Adapté à l’usinage |
| AlSi9Cu3 | Alliage universel pour coulée, et l’alliage le plus important pour le moulage sous pression |
Fig. 4 : Aluminium-silicium coulé, non affiné, 500x
Fig. 5 : Aluminium-silicone coulé, affiné, 500x
La métallographie de l’aluminium est utilisée dans le contrôle de la qualité pour déterminer la taille des grains et identifier les défauts de microstructure sur les échantillons polis et traités par attaque. En outre, une vérification des échantillons est souvent effectuée pour déceler les impuretés, telles que les oxydes ou les aluminures de zirconium.
On évalue la forme, la répartition des phases et l’éventuelle porosité d’un alliage d’aluminium coulé. Dans les matériaux de corroyage, on examine les défauts résultant du processus de laminage et d’extrusion et les épaisseurs de placage mesurées.
Fig. 6 : oxyde dans la surface de l’aluminium coulé sous pression, 50x
| Aperçu des défis et solutions métallographiques | |
| Défi : | Solution : |
| l’aluminium pur est très tendre et sensible aux déformations mécaniques et aux rayures | prépolissage plan avec des feuilles SiC Foil ou des papiers les plus fins possibles |
| Les particules de carbure de silicium et de diamant peuvent s’enfoncer dans la surface de l’échantillon | Le polissage diamanté et/ou le polissage final doivent être suffisamment longs pour éliminer toutes les particules incrustées |
| Les alliages de corroyage fortement travaillés et déformés sont difficiles à contraster, rendant difficile l’interprétation de la structure | - Polissage final avec une suspension de silice colloïdale - Anodisation avec du réactif de Barker |
Lisez la suite pour obtenir une description détaillée de la méthode de préparation de l’aluminium et de ses alliages aux fins d’une analyse métallographique rapide et précise.
Fig. 7 : particules de diamant incorporées dans de l’aluminium pur après polissage à 3 μm, grossissement 200x
*Alternativement, MD-Dac
* Pour éviter les rayures grossières, la feuille SiC Foil ou le papier SiC peuvent être frottés avec de la cire avant le prépolissage.
** Alternativement, MD-Dac
* Pour éviter les rayures grossières, la feuille SiC Foil ou le papier SiC peuvent être frottés avec de la cire avant le prépolissage.
Fig. 9 : aluminium-silicium coulé, après polissage diamanté à 3 μm ; de petites rayures sont encore visibles, grossissement 200x
Fig. 10 : structure identique à celle de la Fig. 9, mais finement polie avec une suspension OP-U. La matrice est bien polie et l’eutectique est plus contrastée, grossissement 200x
Fig. 11 : aluminium-silicium coulé, polissage trop long avec une suspension OP-S, les précipités de silicium se détachent en relief, grossissement 100x
En anodisant l’échantillon avec du réactif de Barker après le polissage, vous obtiendrez un contraste de couleur particulièrement adapté à l’évaluation de la taille des grains. Pour obtenir l’effet de couleur, observez l’échantillon sous une lumière polarisée avec une lame teinte sensible au λ1⁄4.
Fig. 12 : tôle plaquée, anodisée, les zones des grains sont clairement visibles et adaptées à l’analyse automatique des images ; lumière polarisée avec lame teinte sensible λ1⁄4, grossissement 100x
Fig. 13 : Pièce pressée en aluminium, macro-attaque, révélation de précipités primaires et hétérogènes
Respectez toujours les précautions de sécurité standard lorsque vous travaillez avec des produits chimiques.
| Macro-attaque | |
| Pour l’aluminium pur | 90 ml d’eau |
| 15 ml d’acide chlorhydrique | |
| 10 ml d’acide hydrofluorique | |
| Attaque en profondeur pour révéler la structure dendritique primaire | |
| 100 ml d’eau | |
| 10-25 g d’hydroxyde de sodium | |
| Micro-attaque | |
| Réactif de Flick : attaque des joints de grains pour la plupart des types d’aluminium et d’alliages | |
| 90-100 ml d’eau | |
| 0,1-10 ml d’acide hydrofluorique | |
| Réactif Dix et Keller : attaque de la surface des grains pour les alliages d’aluminium et de cuivre ; convient également pour l’aluminium pur | |
| 190 ml d’eau | |
| 5 ml d’acide nitrique | |
| 10 ml d’acide chlorhydrique | |
| 2 ml d’acide hydrofluorique | |
| Réactifs d’attaque colorante : | Solution d’acide molybdique conformément à Klemm ou Weck |
Fig. 15 : alliage d’aluminium expérimental avec 6 % de Si et 10 % de cuivre, sans attaque
Fig. 16 : identique à la Fig. 15, mais traité par attaque pendant 30 secondes avec 1 g d’acide molybdique dans 200 ml d’eau + 6 g de chlorure d’ammonium. Le silicium est bleu foncé et se distingue du CuAl2grisâtre
Toutes les images ont été fournies par Xiuping Jiang, spécialiste applications et responsable de laboratoire, Chine
Pour des informations spécifiques concernant la préparation métallographique de l’aluminium, contactez nos spécialistes application.