Les inclusions et les gaz présents dans le métal ont un impact significatif sur la résistance mécanique, la résistance à la fatigue, la résistance à la corrosion et la résistance à la fissuration par corrosion sous contrainte du matériau. Maîtriser efficacement les inclusions oxydées dans la masse fondue afin d’améliorer la qualité des barres moulées et des tôles laminées est devenu un objectif commun poursuivi par les industries métallurgiques, de la fonderie et des matériaux de tous les pays. Actuellement, le filtre en mousse céramique Cette méthode de purification est largement utilisée pour éliminer les inclusions présentes dans les bains de fusion d'alliages d'aluminium.
Formation d'inclusions dans un alliage d'aluminium
Une partie des inclusions présentes dans les alliages d'aluminium provient directement de la charge, et la plupart d'entre elles se forment au cours des processus de fusion et de coulée ; il s'agit principalement d'inclusions d'oxyde. Toutes les inclusions présentes avant la coulée sont appelées « inclusions d’oxydation primaires » ; elles peuvent être classées en deux catégories en fonction de leur taille : d’une part, les grandes inclusions, réparties de manière inégale dans la macrostructure, qui rendent la structure de l’alliage discontinue et réduisent la compacité de la pièce moulée. Elles constituent une source de corrosion et de fissures, réduisant ainsi considérablement la résistance et la plasticité de l’alliage ; l’autre type est constitué de petites
Les inclusions dispersées sont des inclusions qui ne peuvent pas être entièrement éliminées après l'affinage ; elles augmentent la viscosité du métal en fusion et réduisent la capacité d'écoulement de l'aluminium fondu lors de la solidification. Les inclusions d'oxydation secondaires se forment principalement pendant le processus de coulée. Lors de la coulée, l’aluminium fondu entre en contact avec l’air, et l’oxygène réagit avec l’aluminium pour former des inclusions d’oxyde. Au cours du processus de fusion, l’alliage d’aluminium entre en contact avec divers composants présents dans les gaz du four, ce qui génère des composés tels que l’Al₂O₃. La présence d’Al₂O₃ dans l’aluminium fondu augmente la teneur en hydrogène de ce dernier. Par conséquent, la teneur en Al₂O₃ de l’aluminium fondu a une grande influence sur la formation de pores dans la pièce moulée en aluminium.
Méthode de purification par filtration
La technologie de filtration par céramique expansée a fait son apparition dans les années 1970 et s'est rapidement généralisée aux États-Unis, au Canada, au Japon, en France, en Australie et en Suisse. Il s'agit du moyen le plus efficace pour éliminer les inclusions présentes dans la masse d'aluminium fondu.
Ces dernières années, de nouvelles technologies de purification de l’aluminium fondu ont fait l’objet de recherches tant en France qu’à l’étranger, telles que le traitement dynamique sous vide, la purification par dégazage continu par ultrasons et les filtres en céramique de corindon, qui ont donné de très bons résultats. Cependant, ces procédés sont relativement complexes et coûteux, et il est difficile de les généraliser dans la production industrielle. Quant à la filtration à l'aide de tamis métalliques et de toiles en fibres, elle ne permet d'éliminer que les grosses inclusions présentes dans la masse fondue d'alliage d'aluminium, mais ne parvient pas à éliminer les inclusions inférieures au micron ; de plus, les tamis métalliques risquent également de contaminer l'alliage d'aluminium. L’utilisation de plaques filtrantes en céramique alvéolée permet d’éliminer les inclusions fines et d’améliorer considérablement les propriétés mécaniques et l’aspect des pièces moulées.
Principe de la méthode de purification par filtration
La plaque filtrante en mousse céramique présente une structure en réseau multicouche et des trous traversants multidimensionnels, qui communiquent entre eux. Lors de la filtration, l’aluminium fondu, chargé d’inclusions, s’écoule le long des canaux sinueux et des pores, et est directement intercepté, adsorbé, déposé, etc. lorsqu’il entre en contact avec la structure alvéolaire de la plaque filtrante. Lorsque la masse fondue s'écoule dans le trou, le canal de la plaque filtrante étant courbé, la masse fondue qui le traverse change de direction d'écoulement, et les inclusions entrent en collision avec la paroi du trou et y adhèrent fermement.