Thomas Scherer

Des nanoparticules pour résoudre un problème de soudage délicat

5 février 2019, 19:13
Des nanoparticules pour résoudre un problème de soudage délicat
Des nanoparticules pour résoudre un problème de soudage délicat
Il existe un alliage d’aluminium particulier – produit pour la première fois dans les années 1940 – pratiquement aussi solide que l’acier, mais trois fois moins lourd. Si ses propriétés en font un matériau idéal pour un très large éventail d’applications, il n’a malheureusement pas été possible, jusqu'ici, de réussir à souder ce matériau.

Lorsque l’alliage d’aluminium AA 7075 fond au cours d’une opération de soudage, sa structure moléculaire crée un flux irrégulier de ses éléments constitutifs (aluminium, zinc, magnésium et cuivre), puis l’apparition de fissures le long de la soudure. D’où l’intérêt du processus inédit développé par des ingénieurs de l’école Samuell School of Engineering de l’UCLA (Université de Californie à Los Angeles), qui permet d’obtenir des soudures extrêmement résistantes. La solution a consisté à introduire de petites nanoparticules de carbure de titane d'un diamètre de quelques µm dans les baguettes de soudage constituées d’alliage AA 7075.

Résultats

Grâce aux baguettes de soudage ainsi enrichies, il a été possible d’obtenir une résistance à la traction atteignant 392 MPa. À titre de comparaison, l’alliage AA 6061, couramment utilisé dans la construction de véhicules et d’avions en aluminium, est considérablement moins solide, avec des soudures offrant une résistance à la traction de seulement 186 MPa. Selon les chercheurs, un traitement thermique après soudage peut augmenter la résistance à la traction de l’alliage AA 7075 jusqu’à 551 MPa, ouvrant ainsi la voie à la construction de structures légères possédant une résistance comparable à celle de l’acier.

 
De gauche à droite : Maximilian Sokoluk (étudiant) et Travis Widick (technicien, tenant un cadre de vélo en alliage AA 7075) avec le professeur Xiaochun Li. Photo : Kenny Stadelmann/UCLA.
L’intérêt de l’alliage AA 7075 réside dans sa robustesse et sa légèreté. Il est donc idéal pour la construction de véhicules et d’avions considérablement moins gourmands en carburant. Il est déjà utilisé pour la fabrication de fuselages et d’ailes d’avions, mais il n’est possible, pour l’instant, de les assembler que par boulonnage ou rivetage. L’alliage AA 7075 sert également à fabriquer des cadres de smartphone et des mousquetons d'escalade. Ce sont les difficultés de soudage qui ont freiné ses applications, en particulier dans l’automobile.

Véhicules

Grâce à cette avancée technologique capitale, une application plus large de cet alliage hautement résistant permettrait de fabriquer des produits en grandes série, notamment des voitures et des bicyclettes. Il est possible de fabriquer des structures légères et robustes en alliage AA 7075 à l’aide des méthodes de production traditionnelles. Déjà, un prototype de cadre de vélo est en cours de développement chez un fabricant de cycles. Il reste à espérer que l'incorporation de nanoparticules dans d'autres types de baguettes de soudage pourrait produire des soudures plus stables sur d'autres métaux et alliages réfractaires au soudage.

Source : UCLA
 
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