Réactivité dans les bains de prétraitement et mécanismes de croissance des couches de conversion au chrome

Réactivité dans les bains de prétraitement et
mécanismes de croissance des couches de conversion au chrome

L’aluminium et ses alliages 

 Découvert en 1807 par Humphry Davy dans le cadre de travaux sur l’Alun, l’aluminium est isolé en 1827 par Friedrich Wöhler permettant ainsi de mettre en évidence les propriétés physiques et chimiques de ce métal [1]. A l’état naturel, l’aluminium est l’élément métallique le plus abondant de la croûte terrestre. Cependant, il n’existe que sous forme d’oxyde, approximativement 270 oxydes différents, principalement sous forme de bauxite. En 1854, Henri Sainte-Claire Deville produit le premier lingot d’aluminium pur en réduisant l’oxyde d’aluminium par le sodium. Auparavant peu courant et cher, l’aluminium entre dans l’ère industrielle en 1886 grâce au développement de sa production par électrolyse de l’alumine. En 2017, la production d’aluminium s’est élevée à 63,4 millions de tonnes [2]. L’aluminium présente des propriétés physiques et chimiques permettant son usage pour de nombreuses applications. En effet, il est léger (ρ = 2700 kg.m-3), bon conducteur électrique (62-65% de la conductivité du cuivre), résistant à la corrosion et il peut être facilement mis en œuvre (Tf = 660°C) [1,3–5]. Néanmoins, les faibles propriétés mécaniques de l’aluminium pur limitent ses applications (E = 70GPa, Rm = 70-80 MPa) [4,5]. Divers procédés permettent d’améliorer les propriétés mécaniques de l’aluminium afin d’élargir sa gamme d’application comme, par exemple, l’écrouissage ou l’adjonction d’éléments d’addition pour former des alliages d’aluminium. 

Les alliages d’aluminium

 L’aluminium est peu utilisé pur ; de faibles quantités d’autres éléments (1 à 7% ) lui sont ajoutées afin de modifier certaines de ses propriétés comme la tenue à la corrosion, les propriétés mécaniques… La maîtrise de la métallurgie de l’aluminium a permis le développement de nombreux alliages permettant de répondre aux différents besoins. En 1970, l’Aluminium Association a mis en place une nomenclature pour désigner les alliages d’aluminium. Cette nomenclature repose sur une série de chiffres désignant chaque alliage. Le premier chiffre correspond à l’élément d’addition principal permettant ainsi de regrouper les alliages d’aluminium en familles ou séries. Le Tableau 1 présente les différentes familles d’alliages d’aluminium ainsi que leur élément d’addition principal. L’ajout d’éléments d’addition à l’aluminium permet d’augmenter ses propriétés mécaniques mais cela intervient au détriment d’autres propriétés. Par exemple, l’adjonction de cuivre (Série 2XXX) augmente fortement les propriétés mécaniques de l’aluminium mais le fragilise fortement vis-à-vis de la corrosion . Chapitre 1 : Bibliographie 8 Famille Principaux éléments d’addition 1XXX Aucun 2XXX Cuivre 3XXX Manganèse 4XXX Silicium 5XXX Magnésium 6XXX Magnésium et Silicium 7XXX Magnésium et Zinc 8XXX Autres Tableau 1 : Familles d’alliage d’aluminium Les séries ou familles d’alliages d’aluminium sont divisées en deux catégories : les alliages non trempants et les alliages à durcissement structural [3,4]. Les alliages d’aluminium non trempants regroupent les séries 1000, 3000 et 5000. Dans le cas de ces alliages, les propriétés mécaniques de l’aluminium sont améliorées essentiellement par écrouissage ou par addition d’éléments d’alliage en solution solide. Les alliages d’aluminium à durcissement structural regroupent les séries 2000, 6000 et 7000. L’amélioration des propriétés mécaniques de l’aluminium est dans ce cas obtenue par traitement thermique. Les propriétés obtenues sont alors dépendantes de l’état métallurgique (écroui, revenu ou brut de trempe) et offrent un large domaine d’application. Les différents états sont désignés par des symboles normés composés d’une lettre et de chiffres ; le Tableau 2 présente différents états métallurgiques des alliages d’aluminium. F : Etat brut de fabrication O : Etat écroui et recristallisé H : Etat écroui H1X : écrouissage seulement (le dernier chiffre indique le degré d’écrouissage H11 : nuance la moins dure H19 : nuance extra-dure H2X : écrouissage suivi d’un recuit de restauration H3X : écrouissage suivi d’une stabilisation T : Etat durci par trempe et vieillissement (durcissement structural) T1 : trempe après mise en forme à chaud et vieillissement naturel (à température ambiante) T3 : mise en solution, trempe, écrouissage et vieillissement naturel T4 : identique T3 sans écrouissage T8 : identique T3 avec vieillissement accéléré Tableau 2 : Désignation des états métallurgiques des alliages d’aluminium.