Des soudures aluminium-acier résistantes et souples

Un procédé de soudure à l’état solide permettant d’assembler à la fois par une liaison mécanique et par un lien métallurgique des pièces en aluminium et en acier a été mis au point par des scientifiques américains du Pacific Northwest National Laboratory (PNNL). Les matériaux ainsi soudés présentent une forte résistance et une grande malléabilité.
Pour assembler l’aluminium et l’acier, les scientifiques se heurtent à un problème de taille : les deux matériaux ont des propriétés physico-chimiques (température de fusion, coefficient d’expansion thermique…) différentes, incompatibles avec les procédés classiques de soudure par fusion ou friction. De plus, la forte affinité chimique entre les deux matériaux conduit à la formation non homogène de composés intermétalliques au niveau de la soudure, qui est alors fragilisée. Pour surmonter ces obstacles, des scientifiques du PNNL ont mis au point un procédé inspiré d’une technique utilisée dans l’industrie du bois : la queue-d’aronde. Il s’agit d’une liaison mécanique composée d’une partie mâle en forme de trapèze dans la première pièce et d’une rainure femelle de même forme dans la seconde. Sur une plaque en acier préalablement usinée en queue d’aronde, les scientifiques déposent une plaque en aluminium qu’un outil en rotation vient échauffer par frottement. Le métal subit une déformation plastique, et il va s’incruster dans la rainure. La liaison mécanique ainsi formée entre les deux plaques est renforcée par un lien métallurgique. En effet, l’outil en rotation est équipé à son extrémité d’un insert en carbure de tungstène qui plonge dans la plaque en aluminium. Quand l’insert arrive à l’interface entre l’aluminium et l’acier, il génère localement de la chaleur, qui déclenche la formation de composés intermétalliques. En contrôlant précisément la température et la pression à l’interface, les scientifiques sont parvenus à limiter leur croissance. D’une épaisseur de 40 à 70 nm, l’inter-couche composée d’aluminures de fer forme alors une liaison métallurgique qui agit comme une colle entre les deux matériaux.
Testé en laboratoire, ce procédé permet d’obtenir des assemblages résistants et souples. La pièce peut être étirée jusqu’à 0,5 cm avant que la soudure ne casse, soit cinq fois qui est faisable avec des composants assemblés par simple friction. Ces travaux permettent d’envisager de remplacer de lourds composants en acier par des pièces en aluminium, plus épaisses mais plus légères. Une approche envisagée notamment par le TARDEC, un centre de recherche et de développement de l’Armée des États-Unis, qui a lancé en 2014 une campagne de recherche pour des véhicules de combat militaires plus résistants, plus légers et donc économes en carburant.

Source : [Industrie et Technologies, 25/04/2018]
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