Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
La présente invention est relative à un procédé
de fabrication d'alliages composites à base d'a]uminium
allié ou non e-t de bore et à son application.
Il est courant chez les fondeurs d'aluminium
d'ajouter du bore au métal fondu pour faire apparaltre des
cristaux de TiB2 qui jouent un role irnportant sur la germina-
tion des cristaux d'Al à la solidification et constituent
un excellent moyen d'affinage du grain à la coulée.
Il est connu également de doper les al]iages
d'aluminium avec cet élément pour précipiter le titane sous
forme de cristaux de Tis2 et améliorer ainsi leur conduc-
tibilité électrique.
Dans ces applications, les additions de bore à
l'aluminium se font suivant des concentrations relativement
faibles et voisines de quelques cen-taines de ppm et si
l'introduction de quantités aussi petites a pu poser des
problèmes à une certaine époque, elle a été résolue depuis
par l'utilisation d'alliages mères tels que l'AT5B. Il
n'en est pas de même lorsqu'il s'agit d'atteindre des con-
centrations en bore de l'ordre de plusieurs pour cent.
On sait, en effet, que la solubilité du bore dans
l'aluminium est très faible et de l'ordre de 300 ppm au
point de fusion de l'aluminium de sorte que si on cherche
à fabriquer des alliages chargés en bore par la voie clas-
sique fusion-coulée en lingots, on se heurte à des difficultés
dues à la fois à une mise en solution incomplète, à des
pertes en bore importantes et à une Eor-te ségrégat:ion du
bore. Ce qui a pour effet de conduire à des alliages com-
posites ne répondant pas globalement aux compositions at-
tendues et présentant une structure hétérogène.
C'est pourquoi, des chercheurs et des sociétés
ont cherché à remédier à ces défauts et proposé diverses
solutions plus ou moins intéressantes.
Dans le brevet francais n 1.265.089 concernant
-- 1 --
~8~5~3~
un alliage d'aluminium contenant 2,5 à lO % de bore, l'inven-
teur rappelle que jusqu'alors on avait été amené à préparer
de tels alliages soit en ajoutant le bore à l'aluminiurn
fondu, soit en réduisant un composé du bore tel que le borax
avec l'aluminium fondu. Cependant, dans le premier cas,
les alliages ne contenaient qu'une très faible quan-tité de
bore sous forme alliée et nécessitaient des périodes de
dissolution excessivement longues tandis que dans lIautre
cas, l'utilisation du borax se traduisait par des occlu-
sions d'une valeur indésirable d'oxygène et dIautres irnpuretés.
LIinventeur préconise alors d'incorporer le bore par réduc-
tion d'un fluoborate d'un métal alcalin en contact avec
l'aluminium fondu. Cependant, il faut savoir qu'un tel
procédé outre l'installation onéreuse qu'il nécessite pour
sa mise en oeuvre conduit à de mauvais rendements, une
partie du bore étant perdue à la fois sous forme de KsF4
et de BF3 composé éminement toxique en raison des émissions
de ~IF auquel il donne lieu en atmosphère humide.
Par ailleurs, l'alliage ainsi produit sert
d'alliage mère pour l'affinage de l'aluminium, c'est-à-
dire qu'il est introduit en quantité très faible dans le
bain à affiner et par suite le problème de son homogénéité
n'est pas d'une importance capitale, car ce qui compte
avant tout c'est d'obtenir une concentration moyenne en
bore dans le bain.
Le problème devient plus difficile quand les
alliages riches en bore sont destinés par exemple à la
confection de pièces qui doivent avoir soit une bonne résis-
tance à l'abrasion soit une capacité convenable d'absorp-
tion de rayonnements neutroniques car il faut alors que le
bore soit régulièrement distribué de facon à pouvoir exercer
sa fonction uniformément dans l'ensemble de la pièce.
Aussi, les solutions proposées à ce jour,
s'écartent-elles du procédé d'obtention des alliages mères
33
et s'orientent plutôt vers la métallurgie des poudres.
C'est ainsi que le brevet Erancais n 2.231.76~ reven~ique
un procédé de fabrication de procluits rnétalliques borés des-
tinés à l'industrie nucléaire, caractérisé en ce que la
matière métallique et le corps à base de bore sont à l'état
de poudres, ces poudres étant mélangées, pressées et frittées.
C'est là évidemment un moyen d'atteindre l'homo-
généité souhaitée, cependant, elle nécessite la mise en
oeuvre de poudres dont l'obtention constit~e une étape sup-
plémentaire par rapport à la voie classique fusion-moulage
et ne permet pas toujours de donner aux pièces les formes
souhaitées.
Une autre solution consiste à faire des alliayes
composites aluminium-carbure de bore (B~C) mais, on éprouve
de sérieuses difficultés pour couler de tels alliages sans
parler des médiocres caractéristiques mécaniques et l'inusina-
bilité des ~roduits obtenus. En rnilieu aqueux, ces alliages
doivent souvent être protégés par un placage aluminium.
C'est pourquoi, la Demanderesse estimant que les
solutions proposées n'étaient pas satisEaisantes, a cherché
et mis au point un procédé de fabrication d'alliages compo-
sites à base d'aluminium allié ou non et contenant jusqu'à
30 % de bore, de structure homogène, présen-tant des carac-
téristiques mécaniques convenables, procédé dans lequel les
pertes en bore sont pratiquement nulles et dont la mise en
oeuvre ne nécessite pas de matériel complexe et cher.
Ce procédé est caractérisé en ce que l'on intro-
duit le bore dans l'aluminium liquide à l'état de borure
d'aluminium. On recourt donc à la méthode la plus classique
d'obtention des alliages en métallurgie; toutefois, à la
différence des procédés antérieurs, le bore n'est plus à
l'état élémentaire ou d'oxydes ou de sels tels que leborax
et les fluoborates mais à l'état de borure d'aluminium.
Ce borure qui est soit le diborure AlB2, SQit
533
le dodécaborure AlBl2, soit un mélange des deux est un composé
bien déEini, de grande stabilité à l'air, peu volatil, pré-
sentant l'avantage de ne pas produire d'émana-tions nocives.
Il peut être préparé de différen-tes façons connues de l'homrne
de l'art et mis sous forme de particules de granulométrie
moyenne comprise entre 5 et 30 um enrobées d'aluminium pour
faciliter le mouillage et l'introduction dans l'aluminium
liquide.
Il est introduit dans un bain d'aluminium ou d'un
quelconque de ses alliages appartenant aux séries 2000 à
8000 ayant de préférence été soumis au préalable à un traite-
ment d'affinage au moyen d'AT5B par exemple. Ce bain est
protégé en surface par un flux désoxydant utilisé de façon
classique dans la métallurgie de l'aluminium et maintenu
sous agitatlon pendant la durée d'introduction du borure.
La vitesse d'introduction du borure est réglée
de manière à maintenir le bain d'aluminium ou d'alliage au~
dessus de sa température de solidification.
Il peut être u-tile de procéder à ces opérations
dans une installation maintenue sous une atmosphère de gaz
inèrte tel que l'azote U par exemple de façon à parer à
toute contamination par l'air ou l'humidité.
Lorsque la quantité de borure nécessaire à l'ob-
tention de la concentration souhaitée dans l'alliage com-
posite a été ajoutée, on procède alors à un dégazage du
bain sous azote ou sous vide et on coule rapidement l'alliage
soit dans un moule pour obtenir directemen-t une pièce de
forme convenable, soit dans une lingotière pour donner un
produit qui est ensuite sousmis à l'une au moins des opéra-
tions de transformation telle que le laminage, le forgeage,
le filage, l'étirage, etc
A titre d'exemple, on a préparé par le procédé
- suivant l'invention un alliage composite du type A-SlOB3
qu'on a ensuite transformé par moule en paniers destinés
au transport de matières radioactives. Un examen micro-
... . . . , . .. , ~ . . . ..... . . . . . . . ........ _._. . .
6~33
graphique de l'alliage a montré une répartition régullère
du borure dans la matrice d'alliage d'aluminium. Des
essais métallurgiques comparatifs avec l'A-S10 normal, on
déduit que la présence du bore n'affecte pas les qualités
de la matrice qui garde une bonne partie de ses propriétés
qu'elles soient physiques: masse volumique, conductibilité
thermique, coefficient de dilatation, intervalle de soli-
dification; mécaniques: résistance et allonyement bien que
cette dernière caractéristique soi-t légèrement abaissée;
technologique: bonne aptitude au forgeage, au laminage,
à l'étirage, au moulage, au soudage, à l'usinabilité et à
l'étanchéité.
Par ailleurs, des essais d'hydrolyse se -traduisent
par une bonne stabilité de cet alliage dans l'eau déminé-
ralisée à 40C et l'absence de toute trace de corrosion.
Le procédé selon l'invention -trouve son applica-
tion dans la fabrication d'alliages composites dont on
attend une bonne résistance à l'abrasion ou au Erottemen-t.
Il trouve également son application en raison
de la présence du bore, élément capteur de neutrons et de
ses autres propriétés, dans la confection de barrières
neutroniques utilisées dans le doma-ine de l'énergie nucléaire
sous forme de paniers de stockage et de transport de déchets
nucléaires, que ce soit dans l'air ou en milieu aqueux.
Cet alliage composite remplace ainsi avantageuse-
ment toutes les fabrications mécanosoudées ou moulées avec
insert en matière borée à la fois du point de vue facilité
de mise en oeuvre et prix de revient notamment quand on
fait la comparaison avec les plaques de cuivre borées ou
les casiers en acier inoxydable boré.
-- 5
