Constellation, le dépôt institutionnel de l'Université du Québec à Chicoutimi

Résumé

L'alliage AA5657 est l'un des plus importants alliages de la série 5xxx. Ces applications sont essentiellement tournées vers de nombreux domaines, comme l'électricité, l'emballage l'architecture, et l'impression. Par ailleurs, les différents domaines d'applications nécessitent une finition de surface de qualité supérieure, et une micro structure homogène des lingots d'alliages. Dans l'industrie de la coulée semi-continue verticale (Direct Chili) des lingots d'alliages d'aluminium des série lxxx et 5xxx, il existe différents taux de refroidissement entre la surface de coulée et le centre des lingots. C'est ainsi que plusieurs phases intermétalliques de Fer, tel que, AlmFe, Al6Fe, a-AlFeSi et Al3Fe se forment préférentiellement dans différentes positions du lingot. La transition de la phase intermétallique de Fer dans le lingot issu de la coulée semi-continue verticale peut causer des inhomogénéités microstructurales, qui a leur tour provoqueraient ce qu'on appelle, la structure en sapin (FTZs) dans les lingots, ainsi que des stries et des bandes sur les feuilles d'aluminium.

De nos jours, avec l'augmentation des impuretés dans les matières premières (coke, alumine, etc.), la quantité des éléments de trace présent dans le métal primaire croit progressivement. Cependant, l'impact de cette croissance sur le processus de transformation de l'aluminium et sur le produit final n'est pas encore élucidé. En conséquence, il y a un besoin évident de comprendre cet effet, et permettre ainsi de proposer des solutions afin d'atténuer les effets négatifs de ces impuretés.

L'étude présentée dans ce mémoire a été réalisée sur l'alliage AA5657 dans le but d'examiné l'effet des éléments de trace V et Ni sur la formation et la distribution des phases intermétalliques de Fer. Une tranche d'un lingot d'alliage AA1050 avec une structure en sapin visible a également été étudiée fin de caractériser la transition des phases intermétalliques à travers la structure en sapin. Un simulateur de coulée semi continue, capable de reproduire les conditions de solidification dan les régions des lingots a été construit dans le laboratoire du CURAL.

Les méthodes utilisées pour caractériser les particules intermétalliques de Fer ont été développés dans ce travail de recherche. Les phases intermétalliques AlmFe, Al6Fe, a-AlFeSi et Al3Fe ont été identifie avec succès sur des échantillons ayant subits une attaque chimique et en utilisant ensuite une combinaison de deux techniques, spectroscopie de dispersion d'énergie et l'imagerie en diffraction d'électron rétrodififusé. Une analyse quantitative des particules intermétalliques de Fer a été aussi réalisée en utilisant la technique d'analyse d'image.

Les résultants montrent la présence de quatre types de phases intermétalliques de Fer dans le lingot AA5657. Ces phases sont AlmFe, Al6Fe, Al3Fe et Al7Fe2Si (a-AlFeSi). Par ailleurs, il a été constaté que les taux de refroidissement locaux ont un effet considérable sur le type de phase formée. De plus, les phases AlmFe et Al7Fe2Si paraissent dominantes dans la zone prés de la surface du lingot où le taux de refroidissement est élève, pendant que la phase Al3Fe devient majoritaire dans le centre du lingot où le taux de refroidissement est bas.

Il a été observé dans l'alliage AA1050 que AlmFe, Al6Fe, Al3Fe, Al7Fe2Si et les phases intermétalliques contenant l'élément Ni sont distribuées le long des structure en sapin, et la transition de la phase AlmFe vers la phase Al6Fe est le facteur principale qui rends les structure en sapin visibles.

Il a été constaté que l'élément de trace V favorise fortement la formation de la phase AlmFe et la suppression des phases Al6Fe, Al3Fe, Al7Fe2Si dans l'alliage AA5657. L'élément Ni favorise la formation de la phase Al3Fe et supprime les phases AlmFe et Al6Fe. Dans les échantillons d'alliage AA5657 issus de la coulée semi-continue avec une teneur élevée en Ni (plus de 390 ppm), la formation de la phase contenant l'élément Ni est plus favorable. Le mécanisme expliquant l'effet des éléments V and Ni sur les phases intermétalliques de Fer a été discuté en se basant sur la théorie de l'effet des éléments de trace sur la compétitivité dans la germination et la croissance des phases.