L'influence de l'hydrogène sur l'aluminium est évidente. L'hydrogène est le seul gaz qui soit sensiblement soluble dans l'aluminium et ses alliages. Sa solubilité varie proportionnellement à la température et à la racine carrée de la pression. Lors du refroidissement et de la solidification de l'aluminium fondu, l'hydrogène dissous, dont la solubilité dans l'état solide est extrêmement faible, peut précipiter sous forme moléculaire, entraînant la formation de vides primaires et/ou secondaires.
Sources d'hydrogène
Il existe de nombreuses sources d'hydrogène dans l'aluminium. L'humidité atmosphérique se dissocie à la surface du métal en fusion, générant une concentration d'hydrogène atomique capable de se diffuser dans la masse fondue. La couche d'oxyde protectrice de l'aluminium empêche la dissolution de l'hydrogène par ce mécanisme, mais toute perturbation de la surface de la masse fondue qui brise cette barrière d'oxyde entraîne une dissolution rapide de l'hydrogène. Les éléments d'alliage, en particulier le magnésium, peuvent également influencer l'absorption d'hydrogène en formant des produits de réaction d'oxydation qui réduisent la résistance à la diffusion de l'hydrogène dans la masse fondue et en modifiant la solubilité dans le liquide.
Influence de l'hydrogène sur l'aluminium
Deux types ou formes de porosité due à l'hydrogène peuvent apparaître dans l'aluminium moulé. La plus importante est la porosité interdendritique, qui se produit lorsque la teneur en hydrogène est suffisamment élevée pour que l'hydrogène rejeté au niveau du front de solidification entraîne des pressions de solution supérieures à la pression atmosphérique. La porosité secondaire (de l'ordre du micron) se produit lorsque la teneur en hydrogène dissous est faible et que la formation de vides est, par nature, sous-critique.
Une porosité due à l'hydrogène finement répartie n'est pas toujours indésirable. La précipitation d'hydrogène peut modifier la forme et la répartition de la porosité de retrait dans les pièces ou les sections de pièces mal alimentées. Le retrait est généralement plus néfaste pour les propriétés de la pièce moulée. Dans certains cas isolés, l'hydrogène peut en réalité être introduit intentionnellement et contrôlé à des concentrations spécifiques compatibles avec les exigences d'application de la pièce moulée, afin de favoriser l'intégrité superficielle.
L'hydrogène en solution solide
La répartition de l'hydrogène dans une structure solidifiée dépend du taux d'hydrogène dissous et des conditions dans lesquelles la solidification a lieu. La porosité due à l'hydrogène résultant d'une nucléation et d'une croissance contrôlées par diffusion, la réduction de la concentration en hydrogène et l'augmentation de la vitesse de solidification permettent de limiter la formation et la croissance des vides. C'est pourquoi les pièces moulées obtenues par des procédés à moules perdus sont plus sensibles aux défauts liés à l'hydrogène que celles produites par moulage en moule permanent ou par moulage sous pression.
Unité de dégazage pour l'élimination de l'hydrogène
Il existe plusieurs méthodes permettant de réduire les teneurs en hydrogène dissous, dont la plus importante consiste à effectuer un fluxage à l'aide d'azote sec et chimiquement pur, d'argon, de chlore et de fréon. Le fluxage au gaz réduit la teneur en hydrogène dissous de l'aluminium fondu par diffusion sous pression partielle. AdTech unité de dégazage en ligne peut être dégazé à l'aide d'un gaz inerte, tel que l'azote ou l'argon.
On injecte un gaz inerte dans la chambre de dégazage, tandis que le rotor tourne à grande vitesse. Les grosses bulles de gaz inerte sont ainsi fragmentées en très fines bulles, qui se dispersent uniformément dans le métal en fusion. La réduction du diamètre des bulles entraîne une augmentation spectaculaire de leur surface totale. Cela permet à une plus grande surface de ces bulles inertes d’entrer en contact avec l’hydrogène et les impuretés présents dans le métal liquide. À mesure que les bulles remontent, l’hydrogène et les impuretés sont amenés à la surface du liquide pour être éliminés.
Le débit du gaz inerte est réglé en fonction du volume du métal en fusion. La vitesse de rotation de la tige et du rotor peut également être ajustée afin de produire des bulles de taille appropriée pour faciliter la diffusion du gaz inerte.