Brevet FR3092119A1 — publié le 20200731

Description Titre de l'invention : Procédé de fabrication d'une pièce en alliage d'aluminium, l'alliage comportant au moins du Zirconium et du Magnésium Domaine technique 100011 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 développée. 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 comme un "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 W02015/006447. 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 est de l'ordre de quelques dizaines ou centaines de microns. Le matériau d'apport peut se présenter sous la forme d'une poudre ou d'un fil. [0004] Parmi les méthodes de fabrication additive 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 anglo-saxons SLM, signifiant "Selective Laser Melting" ou "EBM", signifiant "Electro Bcam Melting". La poudre est constituée d'un alliage d'aluminium dont la teneur en cuivre est de 5 à 6 % en masse, la tcncur en magnésium étant de 2,5 à 3,5 % en masse. [0005] Lc document W02018185259 décrit un alliage, destiné à être utilisé sous la forme 2 d'une poudre, dans un procédé de fabrication additive de type SLM. L'alliage peut notamment contenir de 2 à 7 % en masse de Mg. 11 peut également contenir une fraction massique de Zr de 0 à 1 %. [0006] Le document WO 2018009359 décrit un alliage d'aluminium, sous forme de poudre, comportant une fraction massique de Mg de 1 à 10 %, ainsi qu'une fraction massique de Zr de 0,3 à 3 %. L'alliage peut également comporter Zn, Mn, Cr, Si, Fe, Cu, mais ces éléments sont alors présents sous la forme d'impuretés inévitables, dont la teneur est inférieure à 500 ppm. [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, en particulier en matière de dureté. Un avantage de la composition définie par les inventeurs est qu'il n'est pas nécessaire de mettre en oeuvre des traitements thermiques de type mise en solution et trempe. Par ailleurs, la composition décrite ci-après permet de former des couches présentant un niveau de porosité faible. Elle est en outre adaptée à une mise en oeuvre d'un procédé de fabrication additive selon une puissance et une vitesse élevées. Elle permet ainsi la fabrication de pièces avec un rendement de fabrication élevé. 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 pourcentages massiques : Mg : 0 % - 6 % ; Zr : > 1 % et 2 % en masse semble bénéfique pour la résistance mécanique mais semble dégrader la conductivité (thermique ou électrique). [0017] Selon une autre variante de l'invention, l'alliage peut comporter de 0,2 à 6 %, de préférence de 1 à 5 %, plus préférentiellement de 2 à 5 % en masse de Mg. [0018] La teneur en Zr est de préférence de 1,2 à 2 %, voire de 1,2 à 1,8 %. [0019] L'alliage d'aluminium peut comporter Cu : de 0,1 à 5 %, de préférence de 0,5 à 3 %, et par exemple 1 ou 2 %. [0020] L'alliage d'aluminium peut comporter Fe : de 0,1 à 5 %, de préférence de 0,5 à 3 %, et par exemple 1 ou 2 %. [0021] L'alliage d'aluminium peut comporter Ni : de 0,1 à 5 %, de préférence de 0,5 à 3 %, et par exemple 1 ou 2 %. [0022] L'alliage d'aluminium peut comporter La : de 0,1 à 5 %, de préférence de 0,5 à 3 %, et par exemple 1 ou 2 %. [0023] L'alliage d'aluminium peut comporter Mn : de 0,1 à 5 %, de préférence de 0,5 à 3 %, et par exemple 1 ou 2 %. [0024] La teneur cumulée des éléments d'alliage précédemment cités est de préférence strictement supérieure à 0,1 %. Elle peut être de 0,1 % à 5 %. Elle est de préférence inférieure à 10 %. [0025] L'alliage d'aluminium peut comporter au moins un autre élément d'alliage. Le terme « autre élément » désigne un additif, différent des éléments d'alliages listés ci- avant. L'autre élément d'alliage ou chaque autre élément d'alliage est choisi parmi Si et/ou Hf et/ou V et/ou Cr et/ou Ta et/ou Nb et/ou W et/ou Ti et/ou Y et/ou Yb et/ou Cc et/ou Co et/ou Mo et/ou Nd et/ou Er, la teneur de l'autre élément d'alliage ou de chaque autre élément d'alliage étant de 0,05 % à 5 % ou de 0,1 % à 3 %. De préférence, la teneur cumulée des autres éléments d'alliage est inférieure à 10 %, et de préférence inférieure à 5 %. [0026] Le procédé peut comporter, après la formation des couches, une application d'au moins un traitement thermique, la température du traitement thermique étant de préférence de 300°C à 600°C. Le traitement thermique peut être un recuit ou un revenu. De préférence, le procédé ne comporte pas de traitement thermique de type trempe suite à la formation des couches. [0027] Selon un mode de réalisation, le métal d'apport prend la forme d'une poudre, dont l'exposition à un faisceau de lumière ou de particules chargées, ou plus généralement une source de chaleur, résulte en une fusion localisée suivie d'une solidification, de façon à former une couche solide. [0028] Selon un autre mode de réalisation, le métal d'apport est issu d'un fil d'apport, dont l'exposition à une source de chaleur, par exemple un arc électrique, résulte en une fusion localisée suivie d'une solidification, de façon à former une couche solide. [0029] Un deuxième objet de l'invention est une pièce obtenue par un procédé selon le premier objet de l'invention. [0030] Un troisième objet de l'invention est une poudre destinée à être utilisée en tant que matériau d'apport d'un procédé de fabrication additive, la poudre étant destinée à être chauffée, de façon à former, sous l'effet du chauffage, une couche, la couche résultant d'une fusion suivie d'une solidification, la poudre comportant des particules en alliage d'aluminium, la poudre étant caractérisée en ce que l'alliage d'aluminium comporte les éléments d'alliage suivant, en pourcentages massiques : Mg : 0 - 6 ; Zr : > 1 % et 1 % et