COMPORTEMENT VIS-À-VIS DE LA CORROSION DE L’ALLIAGE D’ALUMNIUM PREDÉFORMÉ VIEILLI Al-Mg-Si

COMPORTEMENT VIS-À-VIS DE LA CORROSION DE L’ALLIAGE D’ALUMNIUM PREDÉFORMÉ VIEILLI Al-Mg-Si

BERDJANE ¹, F. LEMBOUB ¹, S. ACHOURI ¹, A. BOUKARI ¹

1 Centre de recherche en soudage et contrôle chéraga Alger, Unité de recherche appliquée en Sidérurgie et Métallurgie (URASM- CSC/ Annaba), El-Hadjar/Annaba, Algeria.

Division de recherche DPEM/URASM, Equipe de recherche CMM E-mail : berdjamel@yahoo.fr

Résumé :

Une grande variété de matériaux présente un comportement spécifique sous l’effet des divers facteurs environnant. Dans cette étude, nous nous sommes intéressés, au facteur électrochimique qui est étroitement lié aux conditions d’utilisation des alliages d’aluminium type Al-Mg-Si-(Cu).

Des échantillons d’alliages d’aluminium allié au magnésium et silicium pré-déformés, traités et veillis analysées mécaniquement, métallographiquement, ont été exposés dans un milieu aéré proche de l’atmosphère marine (NaCl 10^-3M) à 25°C, par les techniques stationnaires au moyen d’une chaîne de corrosion type EGG modèle 273A.

L’exploitation des ces courbes de polarisation nous a permis de ressortir que ces alliages d’aluminium présentent une amélioration de leur résistance vis-à-vis de la corrosion (icorr, Vcorr diminue et Rp

augmente).

Cette étude vise à déterminer les conditions de corroyage et de traitement de vieillissement optimales pour obtenir des propriétés mécaniques, microstructurales et électrochimiques (propriétés mécaniques et résistance à la corrosion) souhaitées pour l’alliage Al-Si-Mg .

Mots-clés : Corrosion, alliage d’aluminium Al-Mg-Si, traitement de vieillissement, électrochimie, propriétés mécaniques.

INTRODUCTION

L’étude métallurgique et électrochimique des alliages d’aluminium série 6000 nous permettra de ressortir l’évolution des propriétés intrinsèques et microstructurales en fonction des facteurs de déformations clés (taux d’écrouissage, contrainte et mode de vieillissement). La répartition de température n’est pas homogène lors du traitement thermique industriel. Cela amène un manque d’uniformité des propriétés de ces alliages et à des risques de ruptures prématurées. Ce travail vise à déterminer les conditions de traitement mécanique et thermique optimales (gamme de vieillissement) pour obtenir des propriétés mécaniques optimisées sous l’effet de déformations préliminaires et d’en trouver le bon compromis résistance à la corrosion et résistance mécanique.

I. CHOIX DU MATÉRIAU :

Il s’agit d’un alliage d’aluminium allié au magnésium et au silicium. Ces alliages de la série 6000 sont largement employés comme alliages à durcissement structural de résistance moyenne. Leurs résistances à la corrosion, et déformabilité font de ces matériaux des candidats pour diverses applications. L’échantillon prélevé est un alliage non ferreux à base d’aluminium allié au magnésium –

silicium avec addition de cuivre. Sa composition chimique relevée par spectrométrie est donnée sur le tableau 1 suivant [1] :

Tableau 1 : Composition chimique de l’alliage d’aluminium étudié.

Teneurs des éléments en % massique

Al Si Mg Mn Fe Cu Cr Ni Sn

reste 0.5 0.4 0.1 0.20 0.15 0.1 0.05 0.03

II. TECHNIQUES EXPÉRIMENTALES ET RÉSULTATS OBTENUES II.1. Essais préliminaire de corroyage à différents taux de déformation

Tableau 2 : taux de prédéformation .

Nombre d’essai 1 2 3

%ε 30 40 50

II.2. Différents traitements réalisés sue les alliages d’aluminium série 6000 :

Un traitement thermique usuel subi par les alliages d’aluminium de la série 6000 est un traitement de durcissement structural. Ce traitement est réalisé généralement après les traitements de réchauffage et de mise en forme. Le système Al-Mg-Si constitue une classe importante d’alliages industriels à caractéristiques mécaniques moyennes, qui sont obtenues par application d'un traitement thermique approprié, dit traitement de durcissement structural. Ce dit traitement comporte trois grands stades : - Mise en solution (homogénéisation), consiste en un chauffage à température élevée (400 à 550 °C) suivant les alliages considérés. Dans le cas de notre alliage cette température est choisie à partir de diagramme d’équilibre du système Al-Mg-Si. Elle est de l’ordre de 450 °C .Un maintien a permis pratiquement de dissoudre tout le Si, Mg et le Fe dans la solution solide, et d’obtenir une solution homogène (domaine monophasé) [1].

- Trempe (refroidissement rapide) afin d’obtenir à la température ambiante, une solution solide sursaturée.

-Durcissement structural, par un traitement de revenu (vieillissement artificiel) qui conduit généralement à un durcissement plus important de l’alliage, ou par maturation (vieillissement naturel).

Afin d’élucider l’effet des paramètres des traitements appliqués sur le durcissement par précipitation, nous avons procédé dans notre travail à une série de traitements thermiques, lesquels, nous présentons ci-dessous :

 Traitements de vieillissement artificiel à 170°C, pendant des différentes durées

II.3. Caractérisation mécanique à l’état traité O et T (sans corroyage) :

Tableau 3 : Résultats d’essais de traction.

Etat de traitement

Rp0.2 (MPa)

Rm (MPa)

A%

Al-Mg-SiO T

95± 30 175 ± 40

150 240

21 15

II.4. Evolution des propriétés mécaniques en fonction de la température de vieillissement :

Les résultats de la variation des caractéristiques mécaniques en fonction de la température de vieillissement sont indiqués sur le tableau 4 [1, 2].

Tableau 4 : Evolution des propriétés mécaniques en fonction de la température de vieillissement Température de

vieillissement

Re (MPa) Rm (MPa) A%

140 160 220 20

170 220 250 17

190 219 246 15

200 200 225 12

220 150 191 13

250 100 154 14

II.5 Evolution de la propriété de résistance Hv (microdureté) en fonction du taux de réduction et temps de vieillissement à la température de vieillissement 170°C

Elle permet la mesure de la dureté des matériaux sans les endommager. La dureté d’un métal est définie comme la résistance qu’il oppose à la pénétration d’un autre corps plus dur que lui. Pour des conditions expérimentales données, la dureté du métal est d’autant plus grande que la pénétration du corps est plus faible. L’appareil utilisé est un microduromètre semi-automatique du type ZWICK à pénétration Vickers sous une charge de mesure de HV5 lié à un micro-ordinateur qui permet la mesure automatique de microdureté grâce à un logiciel approprié (tableau 5) [1, 2, 3].

Tableau 5 : Evolution de la dureté vickers en fonction du taux de prédéformation imposé.

T° Vieillissement 170°C Dureté HV

Durée de vieillissement (heures) Taux de prédéformation

(%)

0 1 2 4 8

0 80 92 120 140 138

30 105 120 140 130 120

40 110 125 146 135 125

50 125 132 152 146 132

II.6 Observations métallographiques

L’évolution de l’état structural des échantillons, ayant subi divers traitements thermiques, a été suivie à l’aide d’un microscope optique à grand champ 500 équipé d’une caméra photographique qui permet l’obtention des micrographies de différentes microstructures en utilisant différents grossissements.

L’examen des microstructures, nous a permis la mesure de la taille des grains des échantillons [3].

II.6.1 Etat brut

La microstructure à l'état brut des échantillons prélevés à partir de la tôle à l’état de réception est présentée sur la figure 1. Cette microstructure révèle une répartition plus ou mois irrégulière de la taille des grains. En effet, cette micrographie montre l’existence de certains précipités à l’intérieur des grains.

Figure 1 : Micrographie d’un échantillon à l’état brut

II.6.2 Etat homogénéisé et vieilli

La mise en solution des différents échantillons portés à 530°C et maintenus pendant (01) une heure a conduit à une microstructure caractéristique du domaine monophasé qui semble pratiquement homogène, caractérisée par une distribution plus ou mois uniforme des tâches sombres qui peuvent être attribuées à la formation des précipités [α-AlFeSi, α-AlFe(Mn)Si] stables à haute température .

μm , on peut constater que notre alliage est caractérisé par des grains assez fins car notre alliage Al- Mg-Si contient des éléments d’addition qui affinent la taille et forment des dispersoides ( Cu , Mn, etc.. ). L'observation par microscope optique des échantillons traités thermiquement, n'a révélée aucune différence en microstructure en fonction du temps de vieillissement. La taille et la distribution de particules change en fonction du taux de déformation imposés.

Les proprités mécaniques augmentent en fonction du taux de déformation influencé par la finesse de microstrcuture etla formation de ces particules est principalement due à la présence du Fe et Mn, en plus de l’excès de Si [3, 4].

Figure 2 : Microstructures des échantillons vieillis à 170 °C à différents taux de déformation (50, 40 et 30%)

II.7. Evolution électrochimique de l’alliage Al-Mg-Si prédéformé vieilli à 170°C (milieu

II.7.1. Comportement électrochimiques

Les essais de corrosion ont été réalisés grâce à un système de mesure du courant et vitesse de corrosion, ce système comprend :

-Un potentiostat- galvanostat modèle 273A, couplé à un micro-ordinateur modèle DELL logiciel M352 soft corr3.

-Electrodes : une électrode de référence au calomel Sature (ECS), une électrode en platine, et une électrode de travail constituée d’un échantillon en aluminium nettoyé et polie.

-Milieux étudie: milieu marin.

- Technique utilisée: les densités du courant de corrosion ont été déterminées par extrapolation des droites de Tafel (figure.3).

log(I)(log(A))

E(mV) -4

-5 -6 -7 -8 -9 -10 -11 -12 -13 -3

-200 -400 -600 -800

-1000 0 200 400

Figure 3 : Courbe E= f(I) et Potentiel en fonction du temps

Après essai de corrosion, nos échantillons présentent dans le cas des grandes déformation des altérations sous forme de cratères (figure.4).

Fig.4 : Aspect de corrosion sous forme de cratéres

II.7.2. Paramètres électrochimiques

Les paramètress électrochimiques en fonction du taux de prédéformation de l’alliage vieilli à 170°C sont mentionnés sur le tableau 6 [5, 6].

Tableau 6 : Evolution des paramètres de corrosion en fonction du taux de prédéformation imposé.

Taux de prédéformation

Ic µA/cm2 Vc mm/an Ec mV/ECS Rp KOHM

Al-Mg-Si 0% 2,416 1,036 -775 38,50

30% 2,52 1,2 -760 41,2

40% 2,61 1,33 -710 45,5

E(m V)

t(

s)

- 80 0 - 81 4 - 82 8 - 84 2 - 85 6 - 87 0 - 78 6

- 36 0

0 36

0 72 0

10 80

14 40

18 00

CONCLUSION

Sur la base des résultats préliminaires, nous ressortirons les points suivants :

Les propriétés mécaniques meilleures ont été obtenues à l’état trempé maturé par rapport à l’état recuit. Ce traitement a été choisi par le fait qu’il donne un bon compromis entre les caractéristiques de résistance et de ductilité. A l’état trempé, ces alliages, de durcissement structural qui ont subi au préalable des déformations de corroyage, présentent une augmentation des propriétés mécaniques en fonction de l’augmentation du taux de déformation. Donc, ils peuvent être sujets d’une consolidation par effet d’écrouissage. La température de vieillissement adéquate est 170°C avec un taux de déformation entre 30-40%. La microstructure à l'état brut des échantillons révèle une répartition plus ou moins régulière de la taille des grains. En effet, cette micrographie montre l’existence de certains précipités à l’intérieur des grains. Les observations au microscope optique ont révélé, dans le cas des échantillons traités la présence de précipités fins et leur répartition est uniforme. Dans le cas des autres échantillons traités au préalable, les précipités sont de grandes tailles et ont différentes formes. Du point de vue électrochimique, l’alliage étudié présente un bon comportement vis-à-vis à la corrosion dans un milieu sévère NaCl (milieu simulé marin) [3, 4, 5, 6].

REFERENCES

[1] Cavazos, J. L. and R. Colas, Quench Sensitivity of a Heat Treatable Aluminium Alloy, Materials Science and Engineering A, 2003, Vol. 363 (1-2), p.171-178.

[2] Deschamps, A., F. Livet, and Y.Brechet, Influence of Predeformation on Aging in an Al-Zn-Mg Alloy - Microstructure Evolution and Mechanical Properties, Acta Materialia, 1998, Vol. 47(1), p.281- 292.

[3] Ismail Z.H., Microstructure and Mechanical Properties Developed by Thermomechanical

Treatment in an Al-Mg-Si Alloy, Scripta Metallurgica et Materialia, 1995, Vol. 32(3), p.457-462 p.5065-5073.

[4] H. Leiris, Métaux et alliages autres que les aciers et les fontes, Tome II, Masson et cie éditeurs. 71- 92, 1971

[5] C. Vargel, Corrosion de l’aluminium, Paris : Dunod, 1999, 501 p. ISBN 2-100-04191-6

[6] L. Din, J.P. Millet, M. Abrudeanu, Comportement à la corrosion des alliages à base d’aluminium utilisés dans l’industrie automobile, Bulletin Scientifique, 2003, vol. 10, Faculté de Génie Mécanique, pp. 29-35.