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De nouveaux alliages HPDC pour répondre aux exigences de l’industrie automobile

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Prix ​​EUROGUSS Talent De nouveaux alliages HPDC pour répondre aux exigences de l’industrie automobile

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Auteur/
Éditeur:
Ane Jimenez Zabaleta
/ Nicole Kareta

Dans ce monde en constante évolution, la recherche et l’innovation sont essentielles pour relever les différents défis mondiaux auxquels le monde est confronté de nos jours. Les travaux présentés ici démontrent que l’amélioration des propriétés mécaniques de l’alliage est obtenue grâce à l’incorporation de particules céramiques nanométriques dans la matrice d’aluminium.

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L'incorporation de 0,1 à 0,5% en poids de nano TiC à un alliage Al-Si7Mg0,3 a montré les meilleures performances avec 30% d'amélioration de la résistance à la traction.
L’incorporation de 0,1 à 0,5% en poids de nano TiC à un alliage Al-Si7Mg0,3 a montré les meilleures performances avec 30% d’amélioration de la résistance à la traction.

Lauréat du prix EUROGUSS Talent

Avec sa thèse finale sur le sujet des alliages d’aluminium, Ane Jimenez Zabaleta a figuré parmi les lauréats de l’EUROGUSS Talent Award. Les lauréats ont été choisis le 14 janvier lors de l’EUROGUSS 2020. Le concours a pour objectif de récompenser des thèses exceptionnelles et les juniors de demain.

Voir tous les gagnants ici!

En ce qui concerne les défis mondiaux tels que le changement climatique, l’efficacité dans l’utilisation des ressources ou le transport durable, il est essentiel que l’industrie européenne développe des processus et des produits innovants afin de surmonter ces défis sociétaux et technologiques. Les processus traditionnels doivent faire partie de cette évolution, et de nouvelles technologies doivent également être appliquées pour les aider à évoluer vers une efficacité et une productivité plus élevées et à améliorer la qualité de leurs produits. L’arrière-plan du projet est le processus de moulage sous pression, qui est appliqué à la fabrication de composants métalliques depuis le 19e siècle.

Les alliages d’aluminium au cœur de la recherche

Ces dernières années, l’industrie automobile, compte tenu des exigences européennes en matière d’émission de gaz polluants, a lancé de nombreux projets dans le but de réaliser de nouveaux matériaux de meilleure qualité. En raison de la faible densité et des propriétés mécaniques élevées, les alliages d’aluminium sont largement étudiés. Un exemple de leur applicabilité est l’allègement du véhicule qui peut être obtenu en remplaçant les pièces en acier par ces nouveaux matériaux.

La plaque de base en zinc moulé pour une antenne de toit automobile a été passivée par un revêtement Föhlan de 2 µm d'épaisseur.

Tableau 1: Propriétés mécaniques de l'alliage de base par rapport à l'Al-Si7Mg0.3 obtenu.
Tableau 1: Propriétés mécaniques de l’alliage de base par rapport à l’Al-Si7Mg0.3 obtenu.

(Source: Ane Jimenez Zabaleta)

L’incorporation d’éléments d’alliage ou de phases de renforcement telles que des particules de céramique est l’un des moyens conventionnels d’améliorer les propriétés mécaniques des alliages d’aluminium. Les travaux effectués ont étudié les nano composites à matrice métallique (MMNC) obtenus grâce à la incorporation de particules céramiques nanométriques de TiC. L’importance de ces MMNC est également pertinente dans les industries de l’automobile et de l’aérospatiale en raison des propriétés isotropes fournies par les particules.

En raison de sa simplicité et de sa rentabilité, la méthode de moulage par agitation est l’une des voies liquides les plus utilisées pour produire des MMNC à base d’aluminium. Afin d’améliorer les propriétés mécaniques, certaines questions doivent être prises en compte. Premièrement, le type, la taille et la quantité des armatures. Ensuite, en raison du processus d’agitation appliqué, d’autres facteurs tels que la vitesse d’agitation, la température ou le diamètre de l’agitateur doivent également être contrôlés.

Les travaux montrent la procédure utilisée pour obtenir les MMNC, les propriétés mécaniques et les micrographies d’échantillons d’aluminium pur dans lesquelles l’introduction de nanoparticules est démontrée.

Figure 1: Incorporation et structure des particules de TiC après solidification.
Figure 1: Incorporation et structure des particules de TiC après solidification.

(Source: Institut de métallurgie et des sciences des matériaux de l’Académie polonaise des sciences.)

Procédure expérimentale

Au cours du projet, la voie de fabrication du moulage sous agitation a été utilisée dans un état semi-solide, à travers lequel les particules de céramique nanométriques ont été introduites dans les différents alliages d’aluminium. Afin de minimiser l’humidité des nanoparticules, celles-ci ont été préchauffées, pendant une heure, à 100 ° C. 2-3 kg d’alliages d’aluminium ont été utilisés pour chaque coulée. Une fois le matériau fondu, l’agitateur est introduit. La vitesse de rotation est augmentée jusqu’à ce qu’un vortex correct soit généré à une vitesse de rotation comprise entre 260-480 tr / min. Ensuite, des nanoparticules sont introduites. Après introduction de toutes les nanoparticules, la température de la masse fondue est abaissée à 630 ° C et l’agitation est maintenue pendant 15 minutes afin de réaliser une agitation correcte et homogène. Enfin, la température de la masse fondue est portée à 720 ° C et le matériau est coulé.

Couverture du livre blanc: Vogel Communications Group

Amélioration énorme de la résistance à la traction

Parmi tous les matériaux étudiés, l’incorporation de 0,1 à 0,5% en poids de nano TiC à un alliage Al-Si7Mg0,3 a montré les meilleures performances avec 30% d’amélioration de la résistance à la traction. Cet avantage a été obtenu grâce à la combinaison d’agitation mécanique et d’application ultrasonique utilisé pour obtenir une bonne dispersion des nanoparticules ajoutées évitant l’agglomération qui entrave généralement son effet positif.

Figure 2: La micrographie TEM est complétée par des diffractogrammes dans lesquels l'évaluation de l'aluminium pur et des zones de particules est évaluée.
Figure 2: La micrographie TEM est complétée par des diffractogrammes dans lesquels l’évaluation de l’aluminium pur et des zones de particules est évaluée.

(Source: Institut de métallurgie et des sciences des matériaux de l’Académie polonaise des sciences.)

Dans le tableau 1, les propriétés mécaniques de l’alliage de base en comparaison avec les propriétés obtenues de l’échantillon Al-Si7Mg0.3 sont présentées. L’incorporation et la structure des particules de TiC après solidification sont illustrées à la figure 1. La micrographie TEM est complétée par des diffractogrammes dans lesquels le l’évaluation de l’aluminium pur et des zones de particules est évaluée.

Fabrication réussie de MMNC d’Al-TiC

Dans la présente recherche, les MMNC d’Al-TiC ont été fabriqués avec succès et les résultats suivants ont été obtenus:

  • Amélioration des propriétés mécaniques grâce aux nanoparticules (0,1-0,5% en poids) introduites.
  • Une bonne répartition des particules a été vérifiée avec des micrographies MET.

Il convient de souligner qu’aucune agglomération n’a été trouvée.

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