Poudre d'alliage d'aluminium Al6061 de haute qualité pour la fabrication additive

L'Al6061 est l'un des alliages d'aluminium corroyés les plus polyvalents et les plus largement utilisés dans la fabrication traditionnelle (par exemple, extrusion, forgeage, usinage CNC). Cependant, son utilisation dans la fabrication additive (AM) à base de poudre, en particulier la fusion sur lit de poudre laser (LPBF), est beaucoup plus difficile et moins courante que les alliages de fonderie comme l'AlSi10Mg ou l'AlSi7Mg.

La poudre d'Al6061 "haute qualité" est conçue pour surmonter ces défis, dans le but de reproduire l'excellente combinaison de résistance, de soudabilité et de résistance à la corrosion qui rend la forme corroyée si populaire. L'impression réussie avec l'Al6061 nécessite un contrôle précis des caractéristiques de la poudre et des paramètres d'impression avancés.

La composition est essentielle à ses propriétés et est conforme aux normes telles que ASTM B928 ou AMS 4417.

• Excellent rapport résistance/poids : Une caractéristique de la série 6xxx.
• Bonne résistance à la corrosion : Particulièrement contre les conditions atmosphériques, meilleure que de nombreux alliages des séries 2xxx ou 7xxx.
• Haute ténacité et ductilité : Dans son état entièrement traité thermiquement, il offre un bon allongement, ce qui le rend adapté aux applications structurelles.
• Excellente soudabilité : Sous sa forme corroyée, il est hautement soudable. Cela se traduit par un bon potentiel de réparation ou de fabrication hybride avec l'AM.
• Problème de fissuration à chaud : C'est le principal obstacle dans LPBF. La plage de solidification de l'Al6061 est large, ce qui le rend très sensible à la fissuration de solidification (déchirure à chaud) pendant le refroidissement rapide du bain de fusion.

Pour que l'Al6061 ait une chance d'impression réussie, la qualité de la poudre est primordiale :

• Répartition granulométrique (PSD) : Contrôlée de près, généralement 15 - 45 µm ou 20 - 63 µm. Une distribution étroite améliore l'aptitude à l'écoulement et la densité de tassement.
• Morphologie : Une sphéricité quasi parfaite n'est pas négociable. Toutes les particules satellites ou irrégularités entraveront gravement l'écoulement et provoqueront des défauts.
• Aptitude à l'écoulement : Doit être excellente (par exemple, Hall Flow < 30 s/50g). Un mauvais écoulement entraînera des couches inégales et une porosité élevée.
• Faible teneur en humidité et en oxydes : Ceci est essentiel. La poudre doit être produite, stockée et manipulée sous une atmosphère inerte (argon) pour minimiser les oxydes de surface, ce qui peut exacerber la fissuration et créer des inclusions.
• Pureté chimique : Une poudre de haute qualité aura un contrôle strict sur les oligo-éléments qui peuvent aggraver la fissuration à chaud.

Le problème fondamental : Contrairement à l'AlSi10Mg quasi-eutectique, l'Al6061 se solidifie sur une large plage de températures. Cela conduit à la formation d'une longue zone pâteuse vulnérable où les films liquides entre les dendrites sont déchirés par les contraintes thermiques, provoquant des fissures de solidification qui rendent une pièce inutile.

Stratégies pour une impression réussie :

• Optimisation des paramètres de processus : Utilisation de lasers de très haute puissance et de stratégies de balayage spécifiques pour créer un bain de fusion stable et gérer les gradients thermiques.
• Ensemencement de nanoparticules (une approche avancée) : Les méthodes industrielles et de recherche les plus réussies impliquent le dopage de la poudre d'Al6061 avec des nanoparticules spécialement conçues (par exemple, zirconium (Zr), scandium (Sc) ou carbure de titane (TiC)). Ces particules agissent comme des sites de nucléation pour des grains fins et équiaxes, « réparant » efficacement les joints de grains vulnérables et empêchant la propagation des fissures. Cela crée une nouvelle classe de matériaux souvent appelés alliages de la série 6xxx « sans fissures » (par exemple, des variantes comme A6061-RAM ou Scalmalloy® pour la série 7xxx).

L'Al6061 répond bien au traitement thermique T6 standard, qui est essentiel pour atteindre son plein potentiel mécanique.

• Traitement thermique en solution : ~530 °C pendant un temps suffisant pour dissoudre les éléments d'alliage dans la matrice.
• Trempe : Refroidissement rapide, généralement dans l'eau.
• Vieillissement artificiel : ~160-175 °C pendant 8 à 18 heures pour précipiter de fines particules de Mg₂Si, augmentant considérablement la résistance.

En raison des défis, les applications de l'Al6061 produit par LPBF sont plus spécifiques, mais ciblent les composants qui utilisent traditionnellement le 6061 corroyé :

• Prototypes et outillage aérospatiaux : Gabarits, montages et prototypes fonctionnels qui doivent correspondre aux propriétés des pièces corroyées finales.
• Automobile : Supports personnalisés et composants structurels légers où la ductilité est valorisée.
• Fabrication hybride : Utilisé dans les procédés de dépôt d'énergie dirigée (DED) pour réparer ou ajouter des caractéristiques aux composants 6061 existants.

Avantages (en cas d'impression et de traitement réussis) :

• Familiarité : Propriétés des matériaux bien comprises par les ingénieurs.
• Excellente combinaison de propriétés : Bonne résistance, ductilité élevée et grande résistance à la corrosion.
• Soudabilité : Convient au post-traitement et à l'intégration avec d'autres composants.

Limites :

• Extrêmement difficile à traiter avec LPBF : La forte sensibilité à la fissuration à chaud le rend peu fiable pour les géométries complexes sans ensembles de paramètres avancés ou modifications des matériaux.
• Densité telle qu'imprimée inférieure : Il est très difficile d'atteindre la densité > 99,5 % typique de l'AlSi10Mg.
• Nécessite une expertise spécialisée : Pas un matériau « plug-and-play » ; nécessite des efforts importants de R&D et d'optimisation des processus.
• Coût : Une poudre de haute qualité et la nécessité d'un développement de paramètres important augmentent le coût global.