Brevet FR3086303A1 — publié le 20200327

Description Titre de l'invention : Procédé de fabrication d'une pièce en alliage d'aluminium Domaine technique [0001] Le domaine technique de l'invention est un procédé de fabrication d'une pièce en alliage d'aluminium, mettant en oeuvre une technique de fabrication additive. Technique antérieure [0002] Depuis les années 80, les techniques de fabrication additive se sont développées. Elles consistent à mettre en forme une pièce par ajout de matière, ce qui est à l'opposé des techniques d'usinage, visant à enlever de la matière. Autrefois cantonnée au prototypage, la fabrication additive est à présent opérationnelle pour fabriquer des produits industriels en série, y compris des pièces métalliques. [0003] Le terme « fabrication additive » est défini selon la norme française XP E67-001 : "ensemble des procédés permettant de fabriquer, couche par couche, par ajout de matière, un objet physique à partir d'un objet numérique". La norme ASTM F2792 (janvier 2012) définit également la fabrication additive. Différentes modalités de fabrication additive sont aussi définies et décrites dans la norme ISO/ASTM 17296-1. Le recours à une fabrication additive pour réaliser une pièce en aluminium, avec une faible porosité, a été décrit dans le document W02015006447. L'application de couches successives est généralement réalisée par application d'un matériau dit d'apport, puis fusion ou frittage du matériau d'apport à l'aide d'une source d'énergie de type faisceau laser, faisceau électronique, torche plasma ou arc électrique. Quelle que soit la modalité de fabrication additive appliquée, l'épaisseur de chaque couche ajoutée varie de quelques dizaines de microns à quelques millimètres. [0004] D'autres publications décrivent l'utilisation d'alliages d'aluminium en tant que matériau d'apport, sous la forme d'une poudre ou d'un fil. La publication Gu J. "WireArc Additive Manufacturing of Aluminium" Proc. 25th Int. Solid Freeform Fabrication Symp., August 2014, University of Texas, 451-458, décrit un exemple d'application d'une modalité de fabrication additive désignée par le terme WAAM, acronyme de "Wire + Arc Additive Manufacturing" sur des alliages d'aluminium pour la constitution de pièces de faible porosité destinées au domaine de l'aéronautique. Le procédé WAAM est basé sur le soudage à l'arc. Il consiste à empiler différentes couches successivement les unes sur les autres, chaque couche correspondant à un cordon de soudure formé à partir d'un fil. Ce procédé permet. d'obtenir une masse cumulée de matériau déposé relativement importante, pouvant atteindre 3 kg/h. Lorsque ce procédé est mis en oeuvre en utilisant un alliage d'aluminium, ce dernier est généralement un I alliage de type 2319. La publication Fixtcr "Preliminary Investigation into the Suitability of 2xxx Alloys for Wire-Arc Additive Manufacturing" étudie les propriétés mécaniques de pièces fabriquées à l'aide de la méthode WAAM, à l'aide de plusieurs alliages d'aluminium. Plus particulièrement, la teneur en cuivre étant maintenue entre 4 et 6 % en masse, les auteurs ont fait varier la teneur en magnésium et déterminé la sensibilité de fissuration à chaud, usuellement désignée par le terme "hot cracking susceptibil ity", d'alliages 2xxx lors de la mise en oeuvre d'un procédé de type WAAM. Les auteurs concluent qu'une teneur optimale en magnésium est de 1.5 %, et que l'alliage d'aluminium 2024 est particulièrement approprié. [0005] D'autres méthodes de fabrication additive sont utilisables. Citons par exemple, et de façon non limitative, la fusion ou le frittage d'un matériau d'apport prenant la forme d'une poudre. Il peut s'agir de fusion ou de frittage laser. La demande de brevet US20170016096 décrit un procédé de fabrication d'une pièce par fusion localisée obtenue par l'exposition d'une poudre à un faisceau d'énergie de type faisceau d'électrons ou faisceau laser, le procédé étant également désigné par les acronymes anglosaxons SLM, signifiant "Sclective Laser Melting" ou "EBM", signifiant "Electro Bcam Melting". La poudre est constituée d'un alliage d'aluminium dont la teneur en cuivre est comprise entre 5 % et 6 % en masse, la teneur en magnésium étant comprise entre 2.5 % et 3.5 % en masse. [0006] La publication Qi Zewu "Microstructure and mechanical propertics of double-wire + arc additively manufactured Al-Cu-Mg alloys", Journal of Materials Processing Technology, 255 (2018), 345-353, présente le procédé WAAM comme étant particulièrement adapté à la fabrication de pièces en alliage d'aluminium, destinées à l'industrie aéronautique. Cette publication analyse les propriétés de pièces obtenues par le procédé WAAM. Pour cela, deux fils d'apport différents sont utilisés, permettant d'obtenir différentes teneurs en Cu et Mg. On obtient ainsi des pièces dont la fraction massique en Cu et Mg est respectivement : 3.6 % - 2.2 %, 4 % - 1.8 %, 4.4 % - 1.5 %. La publication montre que la dureté est d'autant plus élevée que le ratio Cu/Mg est élevé. [0007] Les propriétés mécaniques des pièces d'aluminium obtenues par fabrication additive dépendent de l'alliage formant le métal d'apport, et plus précisément de sa composition ainsi que des traitements thermiques appliqués suite à la mise en oeuvre de la fabrication additive. [0008] Les inventeurs ont déterminé une composition d'alliage qui, utilisée dans un procédé de fabrication additive, permet d'obtenir des pièces aux performances mécaniques remarquables, sans qu'il soit nécessaire de mettre en oeuvre des traitements thermiques de type mise en solution et trempe. 3 Exposé de l'invention [0009] Un premier objet de l'invention est. un procédé de fabrication d'une pièce comportant une formation de couches métalliques successives, superposées les unes aux autres, chaque couche étant formée par le dépôt d'un métal d'apport, le métal d'apport étant soumis à un apport d'énergie de façon à entrer en fusion et à constituer, en se solidifiant, ladite couche, le procédé étant caractérisé en ce que le métal d'apport est un alliage d'aluminium comportant les éléments d'alliage suivant (% en poids) : - Cu : 5 % - 8 % - Mg : % - 8 % - éventuellement Si : 0 % - 8 % ; - éventuellement Zn : 0 % - 10 % ; ainsi que : - autres éléments : 1 %. Par exemple, Si : 1 % - 8 %. [0016] L'alliage d'aluminium peut comporter Sc : 0.05 % - 1 %. [0017] Selon une variante, l'alliage d'aluminium peut être tel que : - Cu : 5 % - 7 % ; - Mg : 4 % - 6 %, et de préférence 4.5 % - % - Si :