Dans l'eutectique de l'alliage aluminium-silicium, la phase de silicium se développe sous forme de lamelles dans des conditions de croissance spontanée, et il arrive même que des phases de silicium épaisses, de forme polygonale et semblables à des plaques, apparaissent. Ces formes de phase de silicium clivent fortement la matrice d'aluminium, provoquant une concentration de contraintes aux extrémités et sur les bords de la phase de silicium ; l'alliage est alors susceptible de se fissurer le long des joints de grains. Il peut également arriver que la phase de silicium en forme de plaque se fissure elle-même, ce qui rend l'alliage fragile ; les propriétés mécaniques, en particulier l'allongement, s'en trouvent considérablement réduites, et la capacité d'usinage est médiocre. Afin de modifier l'état actuel du silicium et d'améliorer les propriétés mécaniques de l'alliage, on recourt depuis longtemps à des techniques de traitement de modification.
Technologie de traitement par modification
Les éléments qui ont un effet modificateur sur le silicium eutectique sont : le sodium (Na), le strontium (Sr), le soufre (S), le lanthane (La), le cérium (Ce), l'antimoine (Sb), le tellure (Te), etc. Les recherches actuelles se concentrent sur plusieurs modificateurs tels que le sodium, le strontium et les terres rares.
Détérioration due au sodium (Na)
Le sodium est l'élément métamorphique eutectique du silicium le plus ancien et le plus efficace. Il existe trois méthodes pour ajouter du sodium : le sodium métallique, les sels de sodium et le carbonate de sodium.
L'agent de modification initial utilisé pour le sodium métallique est le sodium métallique. Le sodium présente le meilleur effet de modification et permet d’affiner efficacement la structure eutectique. L’ajout d’une petite quantité (environ 0,005% à 0,01%) permet d’éliminer la phase eutectique de silicium de la structure en aiguilles, qui se transforme alors en une structure fibreuse parfaitement uniforme. Cependant, l’utilisation du métamorphisme au sodium métallique présente certains inconvénients. Premièrement, la température de métamorphisme est de 740 °C, ce qui est proche du point d’ébullition du sodium (892 °C). Par conséquent, l’aluminium liquide a tendance à bouillir, ce qui entraîne des projections, favorise l’oxydation de l’aluminium liquide et rend l’opération dangereuse. Deuxièmement, la densité du sodium est faible (0,97) et celui-ci s’enrichit dans la couche superficielle de l’aluminium liquide pendant le métamorphisme, de sorte que la partie supérieure de l’aluminium liquide est surmodifiée et la partie inférieure est sous-modifiée, ce qui rend l’effet métamorphique extrêmement instable. Par ailleurs, le sodium réagit facilement avec la vapeur d’eau pour générer de l’hydrogène, ce qui augmente la teneur en gaz de l’aluminium liquide. Le sodium est un élément très réactif qui réagit facilement avec l’oxygène de l’air. En règle générale, il convient de le faire tremper dans du kérosène pour le conserver, et ce kérosène doit être éliminé avant utilisation. C’est également une opération très délicate, mais si le kérosène n’est pas éliminé, il introduira du gaz et des inclusions dans l’aluminium fondu.
Sel de sodium. L'agent de modification généralement utilisé en production est un mélange contenant des sels halogénés tels que le NaF, qui exploite la réaction entre le sel de sodium et l'aluminium pour générer du sodium et jouer ainsi un rôle de modification. Cependant, ces sels de sodium se diffusent facilement dans la vapeur d'eau, ce qui augmente la tendance de l'alliage à l'oxydation par getter. Par ailleurs, ces sels de sodium ont un effet corrosif sur l'environnement et nuisent à la santé.
Carbonate de sodium. L'agent de modification à base de carbonate de sodium est un agent non polluant qui devrait être mis au point pour pallier les problèmes environnementaux liés à l'utilisation de la modification par sel de sodium. En d'autres termes, le carbonate de sodium est utilisé pour réagir avec l'aluminium et le magnésium à haute température afin de générer du sodium et de jouer un rôle métamorphique. Le processus de réaction et les produits de réaction sont non toxiques. De même, ce type de modificateur non polluant présente également le problème d'absorber l'eau et d'accroître la tendance de l'alliage d'aluminium à l'oxydation par getter.
Il existe un autre inconvénient qu'il ne faut pas négliger lors de l'utilisation de la modification au sodium : en effet, la durée de modification est courte et il s'agit d'un agent de modification non durable. La durée d'efficacité du modificateur à base de sel de sodium n'est que de 30 à 60 minutes. Passé ce délai, l'effet de modification disparaît de lui-même. Plus la température est élevée, plus la perte d'efficacité est rapide. Par conséquent, l'aluminium fondu modifié doit être utilisé rapidement et doit être remodifié lors de sa refusion. De plus, il est difficile de contrôler avec précision le processus de modification au sodium, ce qui explique que cette technique soit progressivement remplacée par des méthodes de modification à effet durable.
Métamorphisme au strontium (Sr)
Le strontium (Sr) est un modificateur à action prolongée, le Modification Sr Son effet est équivalent à celui du sodium, et il ne présente aucun des inconvénients de la modification au sodium ; il s'agit donc d'un modificateur prometteur. La Grande-Bretagne, les Pays-Bas et d'autres pays ont commencé à promouvoir l'application de la technologie de traitement par modification au strontium (Sr) au début des années 1980. À l'heure actuelle, de nombreuses recherches ont été menées, tant en Chine qu'à l'étranger, sur la dégradation du strontium. L'utilisation du strontium (Sr) en remplacement du sodium ou des sels de sodium prend également de l'ampleur en Chine.
Le métamorphisme au strontium présente les avantages suivants :
- L'effet de détérioration est satisfaisant et la durée de validité est longue ;
- Le processus de dégradation ne dégage pas de fumée, est non toxique, ne pollue pas l'environnement, ne provoque pas de corrosion des équipements et des outils, ne nuit pas à la santé et est facile à mettre en œuvre ;
- Il est facile d'obtenir des propriétés mécaniques satisfaisantes ;
- Le matériau rechargé subit un certain degré de refusion et de métamorphisme ;
- Un rendement élevé en matière de pièces moulées et des avantages économiques globaux remarquables.