Micro coupe d'un échantillon de moulage composé constitué d'un insert en aluminium structuré (bas AlZnMgCu15) et d'un alliage d'aluminium moulé sous pression (AlSi10MnMg, haut).

Coulée de composé Al-Al haute résistance

Moulage d’aluminium à haute pression Coulée de composé Al-Al haute résistance

| Auteur / éditeur: Nane Nolte, Dr Uwe Specht, Dr Dirk Lehmhus, Dr Thomas Lukasczyk / Nicole Kareta

Une nouvelle fonctionnalisation de surface au moyen de la technologie laser a été développée, qui permet la fabrication reproductible de pièces moulées à haute résistance avec le procédé HPDC via un micro-ajustement entre l’aluminium coulé et l’insert structuré au laser.

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Micro coupe d’un échantillon de moulage composé constitué d’un insert en aluminium structuré (bas AlZnMgCu15) et d’un alliage d’aluminium moulé sous pression (AlSi10MnMg, haut).

(Source: Fraunhofer IFAM)

Les processus d’assemblage modernes sont soumis à des exigences croissantes en termes de combinaisons de matériaux, de complexité des composants et d’optimisation des processus de fabrication. Un exemple frappant est le secteur de la mobilité, dans lequel les exigences légales pour réduire le CO2 les émissions entraînent une demande croissante d’économies de carburant, par exemple via de nouveaux concepts de conception légère. Le moulage composé offre la possibilité de répondre à ces exigences dans la fabrication de composants tout en réduisant la chaîne de processus. La combinaison du processus d’assemblage avec le processus de formage original ouvre un grand potentiel technologique et économique en intégrant deux matériaux ou alliages différents dans un seul composant et en augmentant simultanément considérablement la résistance de ce joint métal-métal par rapport à ce que propose l’état de l’art. En outre, la coulée composée offre la possibilité d’une augmentation de la complexité des composants des pièces moulées ainsi que d’une intégration de fonctions telles que l’incorporation de capteurs ou de canaux de transport de médias. De plus, la complexité de la géométrie peut être augmentée, élargissant ainsi la gamme des applications possibles.

Le soudage sous pression est l'une des raisons les plus courantes de la mauvaise qualité de la coulée et des dommages au moule de coulée.

Un défi majeur dans la coulée de composés Al-Al est la couche d’oxyde naturel, qui se forme instantanément et protège le matériau de la corrosion. Il ne fond qu’à des températures supérieures à 2050 ° C et agit donc comme une couche de séparation empêchant les joints directs du matériau. Les recherches actuelles sur la coulée de composés Al-Al se concentrent sur le décapage et les revêtements à base de métal (par exemple Zn) pour remplacer l’oxyde par une couche tampon métallique. Mais à ce jour, ces méthodes sont associées à des inconvénients technologiques et n’atteignent que des résistances au cisaillement de recouvrement allant jusqu’à 67 MPa1. L’alternative est une approche innovante utilisant Prétraitement laser pulsé ns développé chez Fraunhofer IFAM. Ce traitement de l’insert métallique conduit à une structure de surface qui permet une liaison stable avec l’aluminium coulé via un ajustement de forme microscopique, indépendant de la couche d’oxyde existante. Le résultat est plus de deux fois la force d’interface des solutions concurrentes.

Galerie

Structuration laser des inserts

Le prétraitement au laser des inserts est réalisé avec un laser Nd: YAG pulsé ns commercial avec une longueur d’onde de 1064 nm. Les impulsions laser individuelles sont appliquées de telle manière que la surface est localement fondue et évaporée, l’aluminium liquide étant remodelé par le matériau en expansion avant les impulsions laser suivantes. Les résultats sont des structures de surface en contre-dépouille idéales pour établir des liaisons inter-matériaux solides lorsqu’elles sont infiltrées par l’aluminium fondu. En agençant les impulsions laser selon différents modèles, des structures régulières avec une profondeur et une largeur définies peuvent être produites. Contrairement aux structures laser pour la coulée composée précédemment rapportées dans la littérature, le procédé Fraunhofer IFAM conduit à des géométries tridimensionnelles en forme de tranchée ou de grille. Cela facilite la ventilation rapide obligatoire pendant le processus de coulée.

Expériences HPDC avec des inserts structurés au laser

La nouvelle approche a été étudiée en profondeur dans plusieurs campagnes de coulée: l’influence de la structuration de la surface de l’insert a été étudiée et le type de structure optimisé en termes d’orientation, de nombre de verrouillages et d’infiltration avec de l’aluminium fondu. Alors que des différences significatives dans la résistance du composé ont été obtenues en faisant varier le modèle de structure, le changement des paramètres de coulée, tels que la pression et la vitesse du piston, a eu une influence négligeable. Avec une structure de grille en contre-dépouille et superposée, il est possible d’obtenir une résistance au cisaillement de recouvrement de 138 MPa uniquement basée sur le verrouillage mécanique de l’insert et de la pièce moulée. Cela ne représente pas seulement un doublement par rapport aux prétraitements à base de revêtement de pointe (procédé zincate 1), mais surpasse également ceux-ci en étant hautement reproductibles.

Couverture du livre blanc: Vogel Communications Group

En raison de l’augmentation significative de la résistance du joint et de sa reproductibilité, le prétraitement au moyen de la technologie laser apparaît non seulement comme une alternative appropriée aux joints de verrouillage de matériau et présente un potentiel élevé pour différents domaines d’application – il constitue également un changement de paradigme dans Coulée composée d’Al-Al.

Références

(1) Wedler, J .; Schwanckl, M .; Körner, C.: Al-Al-Verbundguss mit höherfesten Knetlegierungen. Giesserei 7/2015

Pages 46-53

(ID: 46633660)

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