Comment mesurer les oxydes ?

22 septembre 2008

La mesure des oxydes (aluminium) s'avère relativement délicate. Si des systèmes ont été développés pour la mesure sur l'alliage liquide ou lingotin (Qualiflash de CTIF, Kmold), la mesure des oxydes sur pièce est beaucoup moins aisée.

Les alliages d'aluminium s'oxydent:
- A l'état liquide (en contact avec l'oxygène de l'air)
- A l'état solide (sur pièce).

Alliage d'aluminium - versement dans une poche de transfert

A l'état solide
Les pièces sont recouvertes d'une couche d'oxyde (alumine) sur quelques microns qui les protège d'une oxydation plus profonde. L'oxydation peut cependant continuer en milieu salin en particulier pour l'Al Si9Cu3 à cause du cuivre (3 %). Pour certaines utilisations, des alliages à bas cuivre de type Al Si12 ou des protections de surface (peinture) sont conseillés.

A l'état liquide
A l'état liquide, l'aluminium s'oxyde. En particulier, il convient d'éviter de surchauffer le bain à la fusion.
L'opération de dégazage/désoxydation au rotor élimine une très grande partie des oxydes.

Impact des oxydes
Une trop forte quantité d'oxydes peut dégrader les propriétés mécaniques des pièces :
- Tenue en fatigue plus réduite
- Allongement (et Rp0.2) plus limité
- Manque d'étanchéité (micro-retassures liés à des oxydes)

Mesure des oxydes
Il y a essentiellement deux méthodes de mesure des oxydes en fonderie.

Le Kmold est un test dont le principe est le suivant :
- On coule un lingotin
- Ce lingotin est cassé et met en évidence les gros oxydes
- Ces oxydes sont alors comptés.

La mesure de la quantité d'oxydes dans les bains peut être mesuré également par l'appareil QUALIFLASH (CTIF).
Le principe du Qualiflash est le suivant :
- On prélève une certaine quantité d'alliage (louche calibrée) à température donnée
- Cet alliage est versé dans une coquille thermorégulé qui contient un filtre dans sa partie basse
- Plus l'alliage est oxydé et plus il obstrue rapidement le filtre
- On mesure la quantité passée à travers le filtre et qui remplit une lingotière graduée.

Qualiflash (CTIF) Mesure des oxydes dans le métal

Appareil Qualiflash

Des abaques (en fonction du type d'alliage) permettent de déterminer un indice d'oxydation de l'alliage.

Mesure des oxydes dans les pièces.
La mesure des oxydes dans les pièces est très délicate et peut se faire que sur coupe micrographique. Il s'agit alors plus d'une mesure qualitative (et destructive) que d'une réelle quantification.
La mesure des oxydes peut se faire également par ressuage (non destructif), mais cette mesure touche alors uniquement la surface de la pièce.

Caractérisation mécanique
On peut également couler des éprouvettes à part, qui feront ensuite l'objet d'une caractérisation mécanique (essai de traction). Il faut s'assurer (par CND) que les éprouvettes sont saines et ne vont pas avoir des caractéristiques limitées par des défauts autres que des oxydes.

Les autres alliages
Les alliages de zinc ne s'oxydent pas (ou très peu)

Les alliages de magnésium s'oxydent encore davantage que les alliages d'aluminium. A l'état liquide, ils font d'ailleurs l'objet d'une protection spécifique par des flux ou de manière plus industrielle par des gazs de protection (CO2 + SF6). Malgré ces protections, la quantité d'oxyde dans les pièces (films d'oxyde) est plus importante que celle que l'on rencontre dans les pièces en aluminium.