{"id":4476,"date":"2020-09-03T10:05:18","date_gmt":"2020-09-03T10:05:18","guid":{"rendered":"http:\/\/www.alalloycasting.com\/?p=4476"},"modified":"2026-08-18T02:38:26","modified_gmt":"2026-08-18T02:38:26","slug":"degassing-molten-aluminum","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.alalloycasting.com\/fr\/degassing-molten-aluminum\/","title":{"rendered":"D\u00e9gazage de l'aluminium fondu"},"content":{"rendered":"

Le d\u00e9gazage de l'aluminium fondu permet d'\u00e9liminer l'hydrog\u00e8ne dissous et les inclusions non m\u00e9talliques, les deux principaux contaminants responsables de la porosit\u00e9, de la diminution de la r\u00e9sistance \u00e0 la traction et de la r\u00e9duction de la dur\u00e9e de vie en fatigue des pi\u00e8ces moul\u00e9es finies. Le d\u00e9gazage rotatif sous gaz inerte est la m\u00e9thode industrielle la plus r\u00e9pandue ; elle permet d\u2019atteindre des teneurs en hydrog\u00e8ne inf\u00e9rieures \u00e0 0,10 ml\/100 g d\u2019Al dans des syst\u00e8mes correctement optimis\u00e9s. Ce guide aborde les principes m\u00e9tallurgiques fondamentaux, les variables du proc\u00e9d\u00e9, le choix des \u00e9quipements et les crit\u00e8res de qualit\u00e9 qui d\u00e9terminent l\u2019efficacit\u00e9 du d\u00e9gazage dans les op\u00e9rations de fonderie et de coul\u00e9e continue.<\/p>\n

\"D\u00e9gazage
D\u00e9gazage de l'aluminium fondu<\/em><\/figcaption><\/figure>\n

Pourquoi l'hydrog\u00e8ne se dissout-il dans l'aluminium lors de la fusion ?<\/h2>\n

L'affinit\u00e9 de l'aluminium pour l'hydrog\u00e8ne augmente fortement au-del\u00e0 de sa temp\u00e9rature de liquidus (660 \u00b0C pour l'Al pur). \u00c0 750 \u00b0C, la solubilit\u00e9 \u00e0 l'\u00e9quilibre de l'hydrog\u00e8ne dans l'aluminium liquide atteint environ 0,69 ml\/100 g, contre seulement 0,036 ml\/100 g \u00e0 l'\u00e9tat solide, soit un rapport d'environ 19 pour 1. Cette chute spectaculaire lors de la solidification expulse l\u2019hydrog\u00e8ne de la solution, provoquant la formation de pores gazeux dans toute la matrice de la pi\u00e8ce moul\u00e9e.<\/p>\n

La principale source d'hydrog\u00e8ne est l'humidit\u00e9. La vapeur d'eau pr\u00e9sente dans l'atmosph\u00e8re du four, les mati\u00e8res premi\u00e8res humides, le flux humide et m\u00eame l'air ambiant humide se dissocient \u00e0 la surface de la masse fondue selon la r\u00e9action suivante :<\/p>\n

2Al + 3H\u2082O \u2192 Al\u2082O\u2083 + 6H (dissous)<\/strong><\/p>\n

Les hydrocarbures provenant des lubrifiants, des rev\u00eatements et des produits de combustion apportent un suppl\u00e9ment d'hydrog\u00e8ne. Il est important de ma\u00eetriser ces sources en amont, mais cela ne suffit pas \u00e0 lui seul : un d\u00e9gazage actif de la masse fondue reste indispensable.<\/p>\n

\n\n\n\n\n\n\n\n\n
Source d'hydrog\u00e8ne<\/strong><\/th>\nContribution type<\/strong><\/th>\nAtt\u00e9nuation<\/strong><\/th>\n<\/tr>\n<\/thead>\n
Humidit\u00e9 atmosph\u00e9rique<\/td>\n40\u201355%<\/td>\nAtmosph\u00e8re s\u00e8che du four, gaz de protection<\/td>\n<\/tr>\n
Mati\u00e8res \u00e0 imputer (retours, rebuts)<\/td>\n20\u201330%<\/td>\nPr\u00e9chauffez le four \u00e0 200\u2013250 \u00b0C<\/td>\n<\/tr>\n
Flux et agents d'affinage du grain<\/td>\n10\u201315%<\/td>\nConserver dans des r\u00e9cipients herm\u00e9tiques et chauff\u00e9s<\/td>\n<\/tr>\n
Interaction entre le mat\u00e9riau r\u00e9fractaire et le creuset<\/td>\n5\u201310%<\/td>\nUtilisez des mat\u00e9riaux r\u00e9fractaires \u00e0 faible porosit\u00e9<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n<\/div>\n

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Quels sont les effets des inclusions dans l'aluminium fondu ?<\/h2>\n

Outre l'hydrog\u00e8ne, les inclusions non m\u00e9talliques \u2014 principalement l'alumine (Al\u2082O\u2083), les spinelles (MgAl\u2082O\u2084), les carbures (Al\u2084C\u2083) et divers borures \u2014 nuisent \u00e0 l'int\u00e9grit\u00e9 de la pi\u00e8ce moul\u00e9e. Ces particules proviennent de l\u2019oxydation de la surface de la masse fondue, de l\u2019\u00e9rosion des rev\u00eatements r\u00e9fractaires, de r\u00e9actions avec les flux de couverture et de l\u2019entra\u00eenement de scories lors du transfert.<\/p>\n

Les inclusions d'une taille aussi petite que 10 \u00e0 20 \u00b5m agissent comme des concentrateurs de contraintes et des sites d'amor\u00e7age de fissures. Dans les pi\u00e8ces moul\u00e9es destin\u00e9es \u00e0 l'a\u00e9rospatiale, la teneur en inclusions est souvent sp\u00e9cifi\u00e9e \u00e0 moins de 0,5 mm\u00b2\/kg, selon une analyse r\u00e9alis\u00e9e \u00e0 l'aide du PoDFA (Porous Disc Filtration Apparatus). Les pi\u00e8ces structurelles automobiles exigent g\u00e9n\u00e9ralement des valeurs inf\u00e9rieures \u00e0 1,0 mm\u00b2\/kg.<\/p>\n

\n\n\n\n\n\n\n\n\n
Type d'inclusion<\/strong><\/th>\nSource<\/strong><\/th>\nGamme de tailles<\/strong><\/th>\nEffet principal sur la coul\u00e9e<\/strong><\/th>\n<\/tr>\n<\/thead>\n
Films \/ particules d'Al\u2082O\u2083<\/td>\nOxydation de la surface de fusion, turbulence de transfert<\/td>\n1 \u00e0 500 \u00b5m<\/td>\nDiminution de la ductilit\u00e9, voies de fuite<\/td>\n<\/tr>\n
spinelle MgAl\u2082O\u2084<\/td>\nAlliages contenant du magn\u00e9sium (par exemple, s\u00e9rie 5xxx, A356)<\/td>\n1 \u00e0 50 \u00b5m<\/td>\nPoints durs, usure des outils d'usinage<\/td>\n<\/tr>\n
Al\u2084C\u2083<\/td>\nR\u00e9fractaires \u00e0 base de carbone, particules de SiC<\/td>\n5 \u00e0 30 \u00b5m<\/td>\nCorrosion par piq\u00fbres, d\u00e9fauts de surface<\/td>\n<\/tr>\n
agglom\u00e9rats de TiB\u2082<\/td>\nUtilisation excessive du raffinateur de grains ou mauvaise r\u00e9partition<\/td>\nagr\u00e9gats de 10 \u00e0 100 \u00b5m<\/td>\nFragilisation localis\u00e9e<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n<\/div>\n

Un aspect essentiel souvent sous-estim\u00e9 dans les environnements de production : le d\u00e9gazage et l'\u00e9limination des inclusions sont des processus indissociables. Les bulles de gaz inerte capturent les inclusions en suspension par flottation \u00e0 mesure qu'elles remontent dans la masse fondue ; ainsi, une \u00e9tape de d\u00e9gazage bien con\u00e7ue permet d'\u00e9liminer simultan\u00e9ment ces deux types de contaminants.<\/p>\n

Comment fonctionne le d\u00e9gazage rotatif de l'aluminium ?<\/h2>\n
\"rotary\/
rotary\/ onlie degassing system<\/em><\/figcaption><\/figure>\n

Le d\u00e9gazage rotatif consiste \u00e0 introduire un gaz inerte \u2014 g\u00e9n\u00e9ralement de l\u2019argon ou de l\u2019azote, parfois m\u00e9lang\u00e9 \u00e0 1\u20135% de chlore \u2014 \u00e0 l\u2019aide d\u2019une turbine tournant \u00e0 grande vitesse et immerg\u00e9e dans la masse fondue. La turbine cisaille le flux de gaz en fines bulles uniform\u00e9ment dispers\u00e9es (id\u00e9alement de 2 \u00e0 5 mm de diam\u00e8tre). L\u2019efficacit\u00e9 du d\u00e9gazage d\u00e9pend de trois m\u00e9canismes interd\u00e9pendants :<\/p>\n

    \n
  1. Transfert d'hydrog\u00e8ne par diffusion.<\/strong>\u00a0L'hydrog\u00e8ne dissous migre \u00e0 travers la couche limite de diffusion vers l'int\u00e9rieur de chaque bulle inerte, o\u00f9 la pression partielle est faible. Les bulles plus petites offrent une surface totale plus importante par unit\u00e9 de volume de gaz, ce qui augmente le coefficient de transfert de masse.<\/li>\n
  2. Temps de s\u00e9jour des bulles.<\/strong>\u00a0Les bulles plus fines montent plus lentement, ce qui prolonge leur temps de contact avec la masse fondue. Une bulle de 3 mm monte \u00e0 environ 0,25 m\/s, contre 0,45 m\/s pour une bulle de 8 mm \u2014 soit un temps de s\u00e9jour presque deux fois plus long dans un creuset standard de 600 mm de profondeur.<\/li>\n
  3. Circulation de la masse fondue.<\/strong>\u00a0Le rotor g\u00e9n\u00e8re un \u00e9coulement tourbillonnaire contr\u00f4l\u00e9 qui met en permanence le m\u00e9tal non trait\u00e9 en contact avec l'essaim de bulles, \u00e9vitant ainsi la formation de zones de stagnation.<\/li>\n<\/ol>\n

    Pour l'\u00e9limination des impuret\u00e9s, les petites bulles adh\u00e8rent physiquement aux films d'oxyde et aux particules sous l'effet des forces de tension superficielle et les transportent vers la surface, o\u00f9 elles rejoignent la couche de scories.<\/p>\n

    Quels param\u00e8tres de proc\u00e9d\u00e9 d\u00e9terminent l'efficacit\u00e9 du d\u00e9gazage ?<\/h3>\n

    Pour obtenir des r\u00e9sultats reproductibles, il est n\u00e9cessaire de contr\u00f4ler rigoureusement plusieurs variables interd\u00e9pendantes :<\/p>\n

    \n\n\n\n\n\n\n\n\n\n
    Param\u00e8tre<\/strong><\/th>\nPlage recommand\u00e9e<\/strong><\/th>\nEffet de la d\u00e9viation<\/strong><\/th>\n<\/tr>\n<\/thead>\n
    Vitesse du rotor<\/td>\n350 \u00e0 500 tr\/min (en fonction du diam\u00e8tre du rotor)<\/td>\nTrop faible : bulles grossi\u00e8res, mauvaise dispersion. Trop \u00e9lev\u00e9e : vortex excessif, la turbulence en surface r\u00e9entra\u00eene l'oxyde<\/td>\n<\/tr>\n
    D\u00e9bit de gaz<\/td>\n5 \u00e0 15 L\/min (poire), 15 \u00e0 40 L\/min (en ligne)<\/td>\nL'exc\u00e8s de gaz endommage les supports de purge et augmente la turbulence sans entra\u00eener une \u00e9limination proportionnelle de l'H\u2082<\/td>\n<\/tr>\n
    Dur\u00e9e du traitement<\/td>\n8 \u00e0 15 min par 500 kg (lot)<\/td>\nUn traitement insuffisant entra\u00eene une concentration r\u00e9siduelle en H\u2082 sup\u00e9rieure \u00e0 la norme ; un traitement excessif engendre des co\u00fbts suppl\u00e9mentaires et une perte de temp\u00e9rature<\/td>\n<\/tr>\n
    Temp\u00e9rature de fusion<\/td>\n700\u2013740 \u00b0C (en fonction de l'alliage)<\/td>\nDes temp\u00e9ratures plus \u00e9lev\u00e9es augmentent la solubilit\u00e9 de l'H\u2082 et le risque de r\u00e9absorption<\/td>\n<\/tr>\n
    Profondeur d'immersion du rotor<\/td>\n50 \u00e0 100 mm au-dessus du fond du creuset<\/td>\nUn enfouissement peu profond permet au gaz de remonter \u00e0 la surface par court-circuit<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n<\/div>\n

    Une erreur op\u00e9rationnelle courante consiste \u00e0 compenser l'usure d'un rotor en augmentant le d\u00e9bit de gaz. Cela entra\u00eene la formation de bulles plus grosses, aggrave la turbulence en surface et, souvent,\u00a0augmentations<\/em>\u00a0teneur en oxyde, bien que le d\u00e9bit de gaz semble rester stable. L'\u00e9tat du rotor doit \u00eatre contr\u00f4l\u00e9 selon un calendrier fixe : les rotors en graphite doivent g\u00e9n\u00e9ralement \u00eatre remplac\u00e9s apr\u00e8s 60 \u00e0 80 heures de fonctionnement avec des alliages d'aluminium standard.<\/p>\n

    \"Oxydation
    Oxydation pr\u00e9liminaire du rotor en graphite<\/em><\/figcaption><\/figure>\n

    Comment mesurer la teneur en hydrog\u00e8ne apr\u00e8s le d\u00e9gazage ?<\/h2>\n

    La v\u00e9rification quantitative est incontournable. Les deux m\u00e9thodes les plus couramment utilis\u00e9es dans les environnements de production sont les suivantes :<\/p>\n