WO2024042291A1 - Method for manufacturing an aluminum alloy part - Google Patents

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Definitions

  • the technical field of the invention is a process for manufacturing an aluminum alloy part, using an additive manufacturing technique.
  • additive manufacturing techniques have developed. They consist of shaping a part by adding material, which is the opposite of machining techniques, which aim to remove material.
  • machining techniques which aim to remove material.
  • additive manufacturing is now operational to mass produce industrial products, including metal parts.
  • additive manufacturing is defined according to the French standard XP E67-001 as a “set of processes allowing the manufacture, layer by layer, by adding material, of a physical object from a digital object”.
  • ASTM F2792 January 2012 also defines additive manufacturing.
  • Different additive manufacturing methods are also defined and described in the ISO/ASTM 17296-1 standard.
  • the use of additive manufacturing to produce an aluminum part, with low porosity, was described in document W02015006447.
  • the application of successive layers is generally carried out by application of a so-called filler material, then melting or sintering of the filler material using an energy source such as a laser beam, electronic beam, plasma torch. or electric arc.
  • the thickness of each added layer is of the order of a few tens or hundreds of microns.
  • the mechanical properties of aluminum parts obtained by additive manufacturing depend on the alloy forming the filler metal, and more precisely on its composition as well as the heat treatments applied following the implementation of additive manufacturing.
  • the applicant has determined an alloy composition which, used in an additive manufacturing process, makes it possible to obtain parts with remarkable mechanical performance, without it being necessary to carry out heat treatments of the solution and quenching type. .
  • the maximum electrical or thermal conductivity is generally obtained for pure aluminum.
  • pure aluminum suffers from poor mechanical properties, which limits its scope of use.
  • To improve the mechanical strength of pure aluminum it is possible to increase its content of additive elements.
  • To improve the electrical conductivity of an aluminum alloy it is possible to limit the contents of addition elements other than aluminum.
  • the variation in the total content of addition elements impacts in an antinomic manner the conductivity and the mechanical resistance of an aluminum alloy.
  • the applicant has identified aluminum alloy compositions intended for additive manufacturing processes, in particular LPBF, these compositions make it possible to obtain both , very good processability of parts in the LPBF process, and excellent mechanical performance of parts in service.
  • Good processability of parts in the LPBF process is obtained by combining in the raw manufacturing state, a sufficiently low level of hardness (for example Knoop HK0.05 hardness in the raw manufacturing state less than 140, preferably less than 130 , preferably less than 120) and a sufficiently high thermal or electrical conductivity (for example electrical conductivity in the raw state of manufacture greater than 6 MS/m, preferably greater than 7 MS/m, preferably greater than 8 MS/ m).
  • This combination of hardness and conductivity makes it possible to limit the level of residual stresses of the parts in the raw manufacturing state, which significantly limits the risk of cracking, delamination or distortion, thus significantly improving the processability of the parts in the LPBF process.
  • the excellent mechanical performance of the parts in service is obtained by maximizing the hardness of the parts after post-manufacturing heat treatment (for example Knoop HK0.05 hardness greater than 70, preferably greater than 80, preferably greater than 90, preferably greater than 100, preferably greater than 114).
  • Pure aluminum powders can be used as a reductant in solid propellant in aerospace thrusters. Therefore, aluminum powders with more than 97% aluminum are generally considered in some countries as dual-use goods (BDU) requiring export licenses. This classification represents a constraint which can slow down the marketing of certain aluminum powders comprising more than 97% aluminum intended for the additive manufacturing process, such as for example LPBF. It thus appears advantageous for the developed solution to have less than 97% aluminum, that is to say more than 3% of addition elements in total.
  • compositions of aluminum alloys intended for additive manufacturing processes in particular LPBF, these compositions comprising more than 3% d addition elements to the total and allowing good processability of parts in the LPBF process, while maximizing the mechanical performance of the parts in service.
  • a first object of the invention is a method of manufacturing a part comprising a formation of successive metal layers, superimposed on each other, each layer being formed by the deposition of a filler metal, the filler metal being subjected to a supply of energy so as to melt and to constitute, by solidifying, said layer, the process being characterized in that the filler metal is an aluminum alloy comprising the following alloy elements in mass percentages:
  • At least one alloy element chosen from: Zr, Hf, and Er according to a mass fraction greater than or equal to 0.30%, preferably 0.30 to 2.50%, preferably 0.40 to 2 .00%, more preferably from 0.40 to 1.80%, even more preferably from 0.50 to 1.60%, even more preferably from 0.60 to 1.50%, even more preferably from 0.70 to 1.40%, even more preferably from 0.80 to 1.30% each and in total;
  • - Fe in a mass fraction of 0.10 to 2.50%, preferably 0.15 to 2.50%, preferably 0.20 to 2.50%, more preferably 0.30 to 2.50 %, even more preferably from 0.50 to 2.50%, even more preferably from 0.75 to 2.25%;
  • Ni in a mass fraction less than 3.00%, preferably less than 2.00%, preferably less than 1.00%, preferably less than 0.50%;
  • Si in a mass fraction less than 3.00%, preferably less than 2.00%, preferably less than 1.00%, preferably less than 0.50%; in one embodiment, the Si content is less than 0.30%, preferably less than 0.20%;
  • - optionally Sc according to a mass fraction less than 0.80%, preferably less than 0.70%, preferably less than 0.60%, preferably less than 0.50%, preferably less than 0.40%, preferably less than 0.30%;
  • Mg in a mass fraction less than 2.00%, preferably less than 1.00%, preferably less than 0.50%, more preferably less than 0.30%;
  • Li in a mass fraction less than 2.00%, preferably less than 1.00%, preferably less than 0.50%, more preferably less than 0.30%;
  • Each layer can in particular describe a pattern defined from a digital model.
  • the filler metal takes the form of a powder, exposure to a beam of light or charged particles results in localized melting followed by solidification, so as to form a solid layer.
  • the filler metal comes from a filler wire, exposure to a heat source, for example an electric arc, results in localized melting followed by solidification, so as to form a solid layer.
  • a second object of the invention is a metal part, obtained by a process according to the first or the second object of the invention.
  • a third object of the invention is a filler material, in particular a filler wire or a powder, intended to be used as filler material for an additive manufacturing process, characterized in that it is made of an aluminum alloy, comprising the following alloy elements (% by weight):
  • At least one alloy element chosen from: Zr, Hf, and Er according to a mass fraction greater than or equal to 0.30%, preferably 0.30 to 2.50%, preferably 0.40 to 2 .00%, more preferably from 0.40 to 1.80%, even more preferably from 0.50 to 1.60%, even more preferably from 0.60 to 1.50%, even more preferably from 0.70 to 1.40%, even more preferably from 0.80 to 1.30% each and in total;
  • - Fe in a mass fraction of 0.10 to 2.50%, preferably 0.15 to 2.50%, preferably 0.20 to 2.50%, more preferably 0.30 to 2.50 %, even more preferably from 0.50 to 2.50%, even more preferably from 0.75 to 2.25%;
  • Ni in a mass fraction less than 3.00%, preferably less than 2.00%, preferably less than 1.00%, preferably less than 0.50%;
  • Si in a mass fraction less than 3.00%, preferably less than 2.00%, preferably less than 1.00%, preferably less than 0.50%; in one embodiment, the Si content is less than 0.30%, preferably less than 0.20%;
  • - optionally Sc according to a mass fraction less than 0.80%, preferably less than 0.70%, preferably less than 0.60%, preferably less than 0.50%, preferably less than 0.40%, preferably less than 0.30%;
  • Mg optionally Mg, with a mass fraction less than 2.00%, preferably less at 1.00%, preferably less than 0.50%, more preferably less than 0.30%;
  • Li in a mass fraction less than 2.00%, preferably less than 1.00%, preferably less than 0.50%, more preferably less than 0.30%;
  • the aluminum alloy forming the filler material may have the characteristics described in connection with the first object of the invention.
  • the filler material may be in the form of a powder.
  • the powder may be such that at least 80% of the particles composing the powder have an average size in the following range: 5 pm to 200 pm, preferably 5 to 150 pm, preferably 5 to 25 pm, or 20 to 60 pm or from 20 to 80 pm or from 20 to 90 pm or from 20 to 100 pm or from 20 to 110 pm or from 20 to 120 pm.
  • the diameter of the wire can in particular be from 0.5 mm to 3 mm, and preferably from 0.5 mm to 2 mm, and even more preferably ranging from 1 mm to 2 mm.
  • a fourth object of the invention is the use of a powder or a filler wire as described above and in the rest of the description in a manufacturing process chosen from: fusion by beam of electron beam melting, cold spray, laser fusion deposition, friction additive manufacturing, plasma spark sintering or rotary friction welding, preferably cold spray.
  • FIG. 1 Figure 1 is a diagram illustrating an LPBF type additive manufacturing process.
  • Figure 2 is a diagram illustrating a WAAM type additive manufacturing process.
  • Figure 3 is a diagram of the wafer after laser reflow used according to the examples.
  • Figure 4 is a schematic of the Knoop hardness test.
  • x% - y% the contents of chemical elements are designated in % and represent mass fractions.
  • the notation x% - y% means greater than or equal to x% and less than or equal to y%.
  • impurities we mean chemical elements present in the alloy unintentionally.
  • Figure 1 schematizes the operation of an additive manufacturing process of the selective laser fusion type (Laser Powder Bed Fusion or LPBF).
  • the filler metal 15 is in the form of a powder placed on a support 10.
  • An energy source in this case a laser source 11, emits a laser beam 12.
  • the laser source is coupled to the material contribution by an optical system 13, the movement of which is determined according to a digital model M.
  • the laser beam 12 propagates along a propagation axis Z, and follows a movement along an XY plane, describing a pattern depending on the model digital M.
  • the plane is for example perpendicular to the propagation axis Z.
  • the interaction of the laser beam 12 with the powder 15 generates a selective melting of the latter, followed by solidification, resulting in the formation of a layer 20i... 20n .
  • a layer is covered with powder of the filler metal and another layer is formed, superimposed on the layer previously made.
  • the thickness of a layer can for example be between 10 and 250 pm, for example 30 pm, or 60 pm, or 80 pm, or 90 pm, or 100 pm, or 110 pm, or 120 pm, or 130 pm , or 140 pm, or 150 pm, or 160 pm, or 170 pm, or 180 pm, or 190 pm, or 200 pm.
  • An increase in layer thickness can be beneficial to increase productivity during printing and to limit sensitivity to thermal cracking linked to residual stresses during the manufacturing of the part and/or during post-manufacturing heat treatment.
  • An increase in layer thickness can be accompanied by an adaptation of the laser power and the vector gap (distance between two successive laser passes) and the scanning speed of the laser in order to ensure complete fusion of each powder layer in optimal conditions.
  • the layer thickness may for example be from 60 to 250 pm, preferably from 80 to 200 pm, preferably from 90 to 180 pm, preferably from 100 to 180 pm, preferably from 110 to 170 pm, preferably from 120 to 160 p.m.
  • the support 10 or plate can be heated to a preheating temperature T of up to 500°C.
  • the machines currently available on the market generally offer plate heating up to 200°C.
  • Heating the plate generally makes it possible to reduce the humidity in the powder bed and also to reduce the residual stresses on the parts being manufactured.
  • the humidity level at the powder bed appears to have a direct effect on the porosity of the final part. Indeed, it seems that the higher the humidity of the powder, the higher the porosity of the final part.
  • heating the plate is one of the existing possibilities for carrying out hot additive manufacturing. However, the present invention cannot be limited to the use of this heating means alone.
  • All other heating means making it possible to carry out this preheating step, can be used in the context of the present invention to heat and control the temperature, for example an infrared lamp.
  • the process according to the present invention can be carried out at a preheating temperature T of up to 500°C.
  • the inventors have observed that when the preheating temperature Test is less than or equal to 160°C and greater than or equal to 25°C, the parts have better resistance to thermal cracking linked to residual stresses.
  • the preheating of the plate and therefore of the powder bed can be carried out at a preheating temperature T less than or equal to 140°C, or, better still, less than or equal to 130°C.
  • the preheating temperature T is higher than the ambient temperature.
  • the preferred preheating temperature ranges T are: 25°C ⁇ T ⁇ 160°C, preferably 30°C ⁇ T ⁇ 150°C, preferably 50°C ⁇ T ⁇ 150°C, preferably 50°C ⁇ T ⁇ 140°C, preferably 60°C ⁇ T ⁇ 140°C, preferably 70°C ⁇ T ⁇ 135°C, preferably 80°C ⁇ T ⁇ 130°C.
  • the preheating temperature T corresponds to the conditions in which effective expansion can be obtained.
  • the preheating temperature range T can then be from 300°C to 500°C, preferably from 300 to 400°C, preferably from 300 to 350°C. It is considered that at this preheating temperature range T, the manufacturing conditions of the part generate fewer residual stresses. According to this alternative, a post-production heat treatment of relaxation, as described below in the present description, is also relevant.
  • the powder according to the present invention may have at least one of the following characteristics: - Average particle size of 5 pm to 200 pm, preferably of 5 to 150 pm, preferably of 5 to 25 pm, or of 20 to 60 pm, or of 20 to 80 pm, or of 20 to 90 pm, or from 20 to 100 pm, or from 20 to 110 pm, or from 20 to 120 pm.
  • the values given mean that at least 80% of the particles have an average size within the specified range.
  • the sphericity of a powder can for example be determined using a morphogranulometer.
  • the flowability of a powder can for example be determined according to the ASTM B213 standard or the ISO 4490:2018 standard. According to ISO 4490:2018, the flow time is preferably less than 50.
  • Porosity preferably 0 to 5%, more preferably 0 to 2%, even more preferably 0 to 1% by volume.
  • Porosity can in particular be determined by image analysis from optical micrographs or by helium pycnometry (see standard ASTM B923).
  • Satellites which stick to larger particles.
  • the distortion of the part is generally more significant as its dimensions increase.
  • the advantage of an additive manufacturing process is precisely to obtain a part whose shape, after manufacturing, is definitive or almost definitive. The occurrence of significant deformation resulting from post-manufacturing heat treatment should therefore be avoided.
  • finishing machining can be carried out on the part after its manufacture: the part manufactured by additive manufacturing extends according to its final shape, except for finishing machining.
  • the applicant sought an alloy composition, forming the filler material, making it possible to obtain acceptable mechanical and electrical or thermal conductivity properties, without requiring the application of subsequent heat treatments. during the formation of the layers, that is to say following the formation of the final part, risking distortion. This includes avoiding heat treatments involving a sudden variation in temperature.
  • the invention makes it possible to obtain, by additive manufacturing, a part whose mechanical properties, in particular in terms of elastic limit, and conductivity, electrical or thermal, are satisfactory.
  • the filler material can be in the form of a wire or a powder.
  • the following elements can be used in aluminum alloy.
  • At least one alloy element chosen from: Zr, Hf and Er is present in the aluminum alloy in a mass fraction greater than or equal to 0.30%, preferably from 0.30 to 2 .50%, preferably from 0.40 to 2.00%, more preferably from 0.40 to 1.80%, even more preferably from 0.50 to 1.60%, even more preferably from 0.60 to 1, 50%, even more preferably from 0.70 to 1.40%, even more preferably from 0.80 to 1.30% each and in total.
  • the mass fraction of at least one alloy element chosen from: Zr, Hf and Er is greater than or equal to 0.30%, or 0.35%, or 0.40%, or 0.45% , or 0.50%, or 0.55%, or 0.60%, or 0.65%, or 0.70% each and in total.
  • the mass fraction of at least one alloy element chosen from: Zr, Hf and Er is less than or equal to 2.50%, or 2.40%, or 2.30%, or 2.20%. , or 2.10%, or 2.00%, or 1.90%, or 1.80%, or 1.70%, or 1.60%, or 1.50%, or 1.40%, or 1.30% each and in total.
  • the presence of at least one alloy element chosen from: Zr, Hf and Er in the alloy can confer good processability of the alloy, the term processability corresponding to the Anglo-Saxon designation "processability", qualifying the ability of an alloy to be shaped by an additive manufacturing process. This can result, at the level of a part manufactured by additive manufacturing, in a virtual absence of defects, such as cracking, and low porosity.
  • Cr, V, Ti and/or Mn
  • At least one alloy element chosen from: Cr, V, Ti and Mn is present in the aluminum alloy in a mass fraction greater than 0.50%, preferably more than 0.50 at 6.00%, preferably from 1.00 to 6.00%, more preferably from 1.00 to 5.00%, even more preferably from 1.00 to 4.00%, even more preferably from 1.00 to 3.00%, each for V, Ti and Mn, and in total; and at a mass fraction of more than 0.50 to 3.00% for Cr.
  • the mass fraction of at least one alloy element chosen from: Cr, V, Ti and Mn is greater than 0.50%, or greater than or equal to 0.60%, or 0.70%, or 0.80%, or 0.90%, or 1.00% each and in total.
  • the mass fraction of at least one alloy element chosen from: Cr, V, Ti and Mn is less than or equal to 6.00%, or 5.50%, or 5.00%, or 4. 50%, or 4.00%, or 3.50%, or 3.00%, or 2.50% or 2.00%, or 1.50%, or 1.00% each and in total.
  • These elements can make it possible to increase the mechanical strength of the alloy by solid solution and/or by dispersoids which can form during the manufacture of the part or during post-manufacturing heat treatments. But these elements have high solubility in aluminum and have a negative impact on conductivity. The addition of these elements is of interest for alloys targeting certain applications that do not require particular performance in terms of electrical or thermal conductivity but which require high mechanical resistance, such as structural parts, hydraulic blocks, etc. .
  • At least one alloy element chosen from: Co, La, Ce, mischmetal, W, Ta, Mo and/or Nb may be present in the aluminum alloy in a mass fraction of at least 0.10%, preferably at least 0.25%, more preferably at least 0.50% each and in total; and according to a mass fraction of less than 5.00%, preferably less than 4.00%, preferably less than 3.00% each; and in a mass fraction of less than 7.00%, preferably less than 6.00%, preferably less than 5.00%, preferably less than 4.00% in total.
  • the mass fraction of at least one alloy element chosen from: Co, La, Ce, mischmetal, W, Ta, Mo and Nb is greater than or equal to 0.10%, or 0.15%, or 0.20%, or 0.25%, or 0.30%, or 0.35%, or 0.40%, or 0.45%, or 0.50% each and in total.
  • the mass fraction of at least one alloy element chosen from: Co, La, Ce, mischmetal, W, Ta, Mo and Nb is less than 5.00%, or 4.50%, or 4. 00%, or 3.50%, or 3.00% each.
  • the mass fraction of at least one alloy element chosen from: Co, La, Ce, mischmetal, W, Ta, Mo and Nb is less than 7.00%, or 6.50%, or 6. 00%, or 5.50%, or 5.00%, or 4.50%, or 4.00% in total.
  • These elements can make it possible to increase the mechanical strength of the alloy by solid solution and/or by dispersoids which can form during the manufacture of the part or during post-manufacturing heat treatments. These elements have low solubility in aluminum. Adding these elements can help harden the alloy without having a significant negative impact on conductivity.
  • the aluminum alloy comprises at least one alloy element chosen from Co, La, Ce, mischmetal, W, Ta, Mo and Nb.
  • the element Fe is present in the aluminum alloy in a mass fraction of 0.10 to 2.50%, preferably 0.15 to 2.50%, preferably 0.20 to 2.50%. 2.50%, more preferably from 0.20 to 2.50%, even more preferably from 0.30 to 2.50%, even more preferably from 0.50 to 2.50%, even more preferably from 0.75 to 2.25%.
  • the mass fraction of Fe is greater than or equal to 0.10%, or 0.15%, or 0.20%, or 0.25%, or 0.30%, or 0.35%, or 0 .40%, or 0.45%, or 0.50%, or 0.55%, or 0.60%, or 0.65%, or 0.70%, or 0.75%.
  • the mass fraction of Fe is less than or equal to 2.50%, or 2.40%, or 2.30%, or 2.20%, or 2.25%.
  • This element can make it possible to increase the mechanical strength of the alloy by solid solution and/or by dispersoids which may form during the manufacture of the part or during post-manufacturing heat treatments.
  • This element has low solubility in aluminum. Adding this element can help harden the alloy without having a significant negative impact on conductivity.
  • the element Ni can be present in the aluminum alloy in a mass fraction less than 3.00%, preferably less than 2.00%, preferably less than 1.00%, preferably less at 0.50%.
  • the mass fraction of Ni is greater than 500 ppm, preferably greater than 0.10%, preferably greater than 0.15%, preferably greater than 0.20%, preferably greater than 0.30%, preferably greater than 0.40%.
  • This element can make it possible to increase the mechanical strength of the alloy by solid solution and/or by dispersoids which may form during the manufacture of the part or during post-manufacturing heat treatments.
  • This element has low solubility in aluminum. Adding this element can harden the alloy without having a significant impact on conductivity.
  • Cu and/or Ag :
  • the Cu and/or Ag elements may be present in the aluminum alloy in a mass fraction of 0.10 to 3.00%, preferably 0.10 to 2.00%, preferably from 0.10 to 1.60%, preferably from 0.10 to 1.00%, preferably from 0.10 to 0.70% each and in total.
  • the element Si can be present in the aluminum alloy in a mass fraction of less than 3.00%, preferably less than 2.00%, preferably less than 1.00%, preferably less than 0.50%; in one embodiment, the Si content is less than 0.30%, preferably less than 0.20%.
  • the mass fraction of Si is greater than 500 ppm, preferably greater than 0.10%, preferably greater than 0.15%.
  • the element Sc can be present in the aluminum alloy in a mass fraction less than 0.80%, preferably less than 0.70%, preferably less than 0.60%, preferably less than 0 .50%, preferably less than 0.40%, preferably less than 0.30%.
  • the mass fraction of Sc is greater than 500 ppm, preferably greater than 0.10%, preferably greater than 0.15%, preferably greater than 0.20%.
  • This element can present the same technical effects as the elements Zr, Hf and Er.
  • the inventors have found that a good compromise between the mechanical properties and the conductivity can also be obtained, preferably after heat treatment, by at least partially replacing the group of elements Co, La, Ce, mischmetal, W, Ta, Mo and/or Nb per Sc, according to the mass fractions as described above.
  • the elements Mg, Zn and/or Li may be present in the aluminum alloy in a mass fraction of less than 2.00%, preferably less than 1.00%, preferably less than 0.50%, more preferably less than 0.30% each.
  • the mass fraction of Mg, Zn and/or Li is greater than 500 ppm, preferably greater than 0.10%, preferably greater than 0.15% each.
  • these elements can increase the mechanical strength of the alloy by solid solution. However, these elements are sensitive to evaporation during laser melting, which can lead to the formation of smoke and instability of the melt pools. Excessive addition of these elements can significantly lower electrical conductivity. Thus, according to one embodiment, the addition of these elements is therefore preferably to be avoided.
  • At least one element chosen from: Nd, Y, Tm, Lu, Yb, Sr, Ba, Sb, Bi, Ca, P, B, In and Sn may be present in the aluminum alloy according to a mass fraction less than or equal to 1.00%, preferably less than or equal to 0.50%, preferably less than or equal to 0.30%, more preferably less than or equal to 0.10%, even more preferably less than or equal at 700 ppm each, and less than or equal to 2.00%, preferably less than or equal to 1.00%, preferably less than or equal to 0.50%, preferably less than or equal to 0.30% in total.
  • the mass fraction of Nd, Y, Tm, Lu, Yb, Sr, Ba, Sb, Bi, Ca, P, B, In and Sn is greater than 100 ppm, preferably greater than 300 ppm, preferably greater at 500 ppm each and in total.
  • the alloys according to the present invention are not AA6xxx type alloys, due to the absence of simultaneous addition of Si and Mg in quantities greater than 0.2%.
  • the process may include, following the formation of the layers, that is to say following the formation of the final part, an application of at least one heat treatment.
  • This treatment is also called post-manufacturing heat treatment or post-processing.
  • Post-manufacturing heat treatment may be or include tempering or annealing. It can also include solution and quenching, even if we prefer to avoid them. It may also feature hot isostatic compression.
  • the post-manufacturing heat treatment can be carried out: at a temperature T' greater than 400°C, in which case the duration of the post-manufacturing heat treatment is between 0.1 h and 50 hours, preferably from 0.1 hours to 10 hours; or at a temperature T' between 300°C and 400°C, in which case the duration of the post-manufacturing heat treatment is between 0.1 h and 200 h.
  • the post-manufacturing heat treatment can be carried out at a temperature T' greater than or equal to 350°C or 400°C for a duration of 0.1 h at 200 h, so as to obtain optimal thermal or electrical conductivity.
  • two-stage post-manufacturing heat treatments can make it possible to maximize electrical conductivity. These treatments consist of first making a first level at a temperature T'1 greater than 450°C for a duration of 0.1 h to 100 h, followed by a second level at a temperature T'2 of 300°C. C to 450°C for a duration of 0.1 h to 200 h.
  • two-stage post-manufacturing heat treatments can make it possible to maximize the electrical conductivity and/or hardness. These treatments consist of first making a first level at a temperature T'1 lower than 380°C for a duration of 0.1 h to 200 h, followed by a second level at a temperature T'2 of 380°C. C to 450°C for a duration of 0.1 h to 200 h.
  • three-stage post-manufacturing heat treatments can make it possible to maximize the electrical conductivity and/or hardness. These treatments consist of first making a first level at a temperature T'1 of 250°C to 450°C for a duration of 0.1 h to 200 h, followed by a second level at a temperature T'2 greater than 450°C for a duration of 0.1 h to 100 h, followed by a third level at a temperature T'3 of 250°C to 450°C for a duration of 0.1 h to 200 h.
  • Multi-level treatments with a number of levels greater than 3 can also be considered.
  • the method may include hot isostatic compression (CIC).
  • CIC hot isostatic compression
  • the CIC treatment can in particular make it possible to improve the elongation properties and the fatigue properties.
  • Hot isostatic pressing can be performed before, after or instead of post-manufacturing heat treatment.
  • the hot isostatic compression is carried out at a temperature of 250°C to 500°C and preferably from 300°C to 450°C, at a pressure of 500 to 3000 bars and for a duration of 0.5 to 100 hours.
  • the process does not include quenching following the formation of the layers, that is to say following the formation of the final part, or following the post-manufacturing heat treatment.
  • the process does not include solution steps followed by quenching.
  • post-manufacturing heat treatment the manufacturing being carried out by an additive manufacturing process, can make it possible to create relaxation conditions making it possible to eliminate residual stresses as well as a precipitation of hardening phases.
  • T' of the post-manufacturing heat treatment was preferable for the set temperature T' of the post-manufacturing heat treatment to be between 300°C and 500°C.
  • the possible heat treatment and/or hot isostatic compression makes it possible in particular to increase the hardness or the elastic limit and the electrical conductivity of the product obtained.
  • the higher the temperature the more conductivity (electrical or thermal) is favored to the detriment of mechanical resistance.
  • the rise in temperature, initiating the post-manufacturing heat treatment is preferably as rapid as possible.
  • the temperature rise speed AT' (usually designated by those skilled in the art by "heating rate" in °C per minute or in °C per second) is preferably greater than 5°C per minute or greater than 10°C per minute, or preferably greater than 20°C per minute and more advantageously greater than 40°C per minute, and more advantageously greater than 100°C per minute.
  • temperature rise we mean the rise in temperature to which the part is subjected during post-manufacturing heat treatment.
  • the rise in temperature is instantaneous, that is to say that the manufactured part is subjected, from the start of the post-manufacturing heat treatment, to the set temperature T' of the post-manufacturing heat treatment.
  • An instantaneous rise in temperature can be obtained by placing the manufactured part in a hot oven, already brought to the set temperature T', or by a rapid heating means such as a fluidized bed or molten salt bath. The temperature rise can also be ensured by induction heating.
  • the temperature variation inside the room depends in particular on the heating medium (liquid or air or inert gas) as well as the shape of the room.
  • the temperature in the thickness or on the surface of the part may be different. This is the reason why the rise in temperature previously mentioned corresponds to the temperature outside the room.
  • a solution can be carried out followed by quenching and tempering of the formed part and/or hot isostatic compression.
  • Hot isostatic compression can in this case advantageously replace dissolution.
  • the process according to the invention is advantageous, because it preferably does not require solution treatment followed by quenching.
  • Solution processing can have a detrimental effect on mechanical strength in certain cases by contributing to a coarsening of dispersoids or fine intermetallic phases.
  • the process according to the present invention does not include solution and/or quenching following the formation of the layers, that is to say following the formation of the final part, or following the post-heat treatment. manufacturing.
  • the method according to the present invention is such that the part 20 presents:
  • an electrical conductivity greater than 6 MS/m, preferably greater than 7 MS/m, preferably greater than 8 MS/m;
  • a Knoop HK0.05 hardness less than 140, preferably less than 130, preferably less than 120;
  • Knoop HK0.05 hardness greater than 70, preferably greater than 80, preferably greater than 90, preferably greater than 100, preferably greater than 114.
  • the method according to the present invention further optionally comprises a machining treatment, and/or a chemical, electrochemical or mechanical surface treatment, and/or a tribofinishing. These treatments can be carried out in particular to reduce roughness and/or improve corrosion resistance and/or improve resistance to fatigue crack initiation.
  • FIG. 1 An energy source 31, in this case a torch, forms an electric arc 32.
  • the torch 31 is held by a welding robot 33.
  • the part 20 to be manufactured is arranged on a support 10.
  • the manufactured part is a wall extending along a transverse axis Z perpendicular to a plane XY defined by the support 10. Under the effect of the electric arc 12, a wire of contribution 35 melts to form a weld bead.
  • the welding robot is controlled by a digital model M.
  • Each layer 20i...20 n extends in the XY plane, according to a pattern defined by the digital model M.
  • the diameter of the filler wire is preferably less than 3 mm. It can be from 0.5 mm to 3 mm and is preferably from 0.5 mm to 2 mm, or even from 1 mm to 2 mm. It is for example 1.2 mm.
  • Laser Cladding Technology Laser Cladding Technology
  • the solutions according to the present invention are particularly suitable for the cold spray process, in particular because of the low hardness of the powder, which facilitates deposition.
  • the part can then be hardened by hardening annealing (heat post-treatment).
  • the solutions according to the present invention are particularly suitable for applications in the electrical, electronic and heat exchanger fields.
  • the tested alloys were cast in a copper mold using an Induthem VC 650V machine to obtain ingots measuring 130 mm in height, 95 mm in width and 5 mm in thickness.
  • the alloys as described in Table 1 below were tested by a rapid prototyping method. Samples were machined for scanning the surface with a laser, in the form of wafers measuring 60 x 22 x 3 mm, from the ingots obtained above. The wafers were placed in an LPBF machine and scans of the surface were performed with a laser following the same scanning strategy and process conditions representative of those used for the LPBF process. It was indeed found that it was possible in this way to evaluate the suitability of alloys for the LPBF process and in particular, the sensitivity to hot cracking, the hardness in the raw state and after heat treatment, the conductivity electrical in its raw state and after heat treatment.
  • the metal melts in a bath approximately 500 pm thick. After passing the laser, the metal cools quickly as in the LPBF process. After laser scanning, a thin surface layer approximately 500 ⁇ m thick was melted and then solidified. The properties of the metal in this layer are close to the properties of the metal at the core of a part manufactured by LPBF, because the scanning parameters have been carefully chosen.
  • Laser scanning of the surface of the different samples was carried out using an AddUp brand FormUP® 350 selective laser powder bed fusion (LPBF) machine. The laser source had a power of 400 W, the vector spacing was 60 pm, the scanning speed was 500 mm/s and the beam diameter was 65 pm.
  • LPBF additiveUp brand FormUP® 350 selective laser powder bed fusion
  • Figure 3 shows an example of a wafer after laser reflow.
  • Reference 1 corresponds to the two rectangular surfaces remelted and used for hardness measurement
  • reference 2 corresponds to the rectangular surface remelted and used for measuring electrical conductivity
  • reference 3 corresponds to the non-remelted surface of the initial wafer.
  • the heat treatment was annealing, at a temperature of 400°C, for 1 hour, or 4 hours, or 7 hours.
  • Hardness is an important property for alloys. Indeed, if the hardness in the layer recast by scanning the surface with a laser is high, a part made with the same alloy will have a high elastic limit.
  • the hardness was measured according to the Knoop scale with a load of 50 g after laser treatment (in the raw state) and after additional heat treatment at 400°C for variable durations, making it possible in particular to assess the ability to the alloy hardening during heat treatment and the effect of a possible CIC treatment on the mechanical properties and electrical conductivity.
  • the conductivity measurements were carried out at a temperature of approximately 20°C using a Foerster Sigmatest 2.069 type measuring device at a frequency of 960 kHz. The choice of this frequency makes it possible to restrict the depth of measurement of the electrical conductivity at the level of the remelted zone of the wafer.
  • composition of the aluminum alloys tested is presented in Table 1 below, in percentages by weight.
  • Table 2 shows the Knoop hardness (HK0.05) and electrical conductivity values measured for each alloy, after laser remelting, in the raw state (0 hours of heat treatment).
  • Table 3 shows the Knoop hardness (HK0.05) and electrical conductivity values measured for each alloy, after laser remelting, and after annealing at 400°C, carried out after laser remelting, for 1 hour.
  • Table 4 shows the Knoop hardness (HK0.05) and electrical conductivity values measured for each alloy, after laser remelting, and after annealing at 400°C, carried out after laser remelting, for 4 hours.
  • Table 5 shows the Knoop hardness (HK0.05) and electrical conductivity values measured for each alloy, after laser remelting, and after annealing at 400°C, carried out after laser remelting, for 7 hours.
  • a heat treatment temperature ranging from 300 to 400°C for a duration of 0.5 hours to 10 hours could be optimal to maximize hardness. For example a temperature of 325°C and a duration of 4 hours.
  • Reference alloy No. 1 made it possible to obtain the highest electrical conductivity for all the conditions tested: in the raw state (without post-manufacturing heat treatment) and after heat treatment at 400°C for variable durations of 1 hour, 4 hours or 7 hours.
  • the best Knoop hardness (HK0.05)/electrical conductivity (MS/m) compromise for this alloy was obtained for a post-manufacturing heat treatment of 4 hours at 400°C with respective values of 113.32 HK0.05 for hardness and 28.64 MS/m for conductivity.
  • This alloy offers an excellent candidate for applications requiring high thermal or electrical conductivity such as heat exchangers, heat sinks, electronic enclosures, RF antennas, etc...
  • the maximum hardness offered by this alloy (113.32 HK0.05) remains insufficient for certain applications not requiring particular performance in terms of electrical conductivity, but which require high mechanical resistance, such as structural parts, hydraulic blocks, etc.
  • Tables 4 and 5 show that all of the alloys of the invention make it possible to offer, after heat treatment, a Knoop hardness (HK0.05) greater than that of the reference alloy No. 1 with a maximum hardness of 149.69 HK0.05 obtained for alloy No. 4 after post-manufacturing heat treatment for 4 hours at 400°C.
  • All of the alloys of the invention can make it possible to obtain both very good processability of parts in the LPBF process and excellent mechanical performance of parts in service.
  • Good processability of parts in the LPBF process can be obtained by combining in the as-manufactured state, a sufficiently low level of hardness (Knoop HK0.05 hardness in the as-manufactured state less than 140, preferably less than 130, preferably less than 120) and a sufficiently high thermal or electrical conductivity (electrical conductivity in the as-manufactured state greater than 6 MS/m, preferably greater than 7 MS/m, preferably greater than 8 MS/m).
  • This combination of hardness and conductivity can limit the level of residual stresses of the parts in the raw manufacturing state, which can significantly limit the risk of cracking, delamination or distortion, thus significantly improving the processability of the parts in LPBF process.
  • Excellent mechanical performance of parts in service can be obtained by maximizing the hardness of parts after post-manufacturing heat treatment (Knoop HK0.05 hardness greater than 70, preferably greater than 80, preferably greater than 90, preferably greater than 100 , preferably greater than 114 for example after 4 hours of heat treatment at 400°C).
  • Table 1 shows that, unlike reference alloy No. 1, all of the alloys of the invention had a total content of addition elements greater than 3%.

Abstract

A method for manufacturing a part (20) comprising a formation of successive metal layers (201…20n), which are stacked on one another, each layer being formed by depositing a filler metal (15, 25), energy being supplied to the filler metal in such a way that the filler metal melts and, upon solidification, constitutes said layer, the method being characterized in that the filler metal (15, 25) is an aluminum alloy comprising the following alloying elements (in % by weight): - at least one alloying element chosen from: Zr, Hf and Er, in a weight fraction of greater than or equal to 0.30 each and in total; - at least one alloying element chosen from: Cr, V, Ti and Mn, in a weight fraction of greater than 0.50% each and in total; - Fe, in a weight fraction of from 0.10% to 2.50%; - optionally Co, La, Ce, mischmetal, W, Ta, Mo, Nb, Ni, Cu, Ag, Si, Sc, Mg, Zn, Li, Nd, Y, Tm, Lu, Yb, Sr, Ba, Sb, Bi, Ca, P, B, In, Sn and impurities; the remainder being aluminum.

Description

DESCRIPTION DESCRIPTION
Titre : Procédé de fabrication d'une pièce en alliage d'aluminium Title: Process for manufacturing an aluminum alloy part
DOMAINE TECHNIQUE TECHNICAL AREA
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. The technical field of the invention is a process for manufacturing an aluminum alloy part, using an additive manufacturing technique.
ART ANTERIEUR PRIOR ART
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, qui visent 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. Since the 1980s, additive manufacturing techniques have developed. They consist of shaping a part by adding material, which is the opposite of machining techniques, which aim to remove material. Formerly confined to prototyping, additive manufacturing is now operational to mass produce industrial products, including metal parts.
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 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 est de l'ordre de quelques dizaines ou centaines de microns. The term “additive manufacturing” is defined according to the French standard XP E67-001 as a “set of processes allowing the manufacture, layer by layer, by adding material, of a physical object from a digital object”. ASTM F2792 (January 2012) also defines additive manufacturing. Different additive manufacturing methods are also defined and described in the ISO/ASTM 17296-1 standard. The use of additive manufacturing to produce an aluminum part, with low porosity, was described in document W02015006447. The application of successive layers is generally carried out by application of a so-called filler material, then melting or sintering of the filler material using an energy source such as a laser beam, electronic beam, plasma torch. or electric arc. Whatever the additive manufacturing method applied, the thickness of each added layer is of the order of a few tens or hundreds of microns.
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 l'acronyme anglosaxon LPBF, signifiant "Laser Powder Bed Fusion" ou "Electron Beam Melting" (= fusion par faisceau d'électrons). Other additive manufacturing methods can be used. Let us cite for example, and in a non-limiting manner, the melting or sintering of a filler material taking the form of a powder. This can be laser fusion or sintering. Patent application US20170016096 describes a process for manufacturing a part by localized fusion obtained by exposing a powder to an energy beam of the electron beam or laser beam type, the process also being designated by Anglo-Saxon acronym LPBF, meaning “Laser Powder Bed Fusion” or “Electron Beam Melting” (= fusion by electron beam).
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. La demanderesse a 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. The mechanical properties of aluminum parts obtained by additive manufacturing depend on the alloy forming the filler metal, and more precisely on its composition as well as the heat treatments applied following the implementation of additive manufacturing. The applicant has determined an alloy composition which, used in an additive manufacturing process, makes it possible to obtain parts with remarkable mechanical performance, without it being necessary to carry out heat treatments of the solution and quenching type. .
Pour les alliages d'aluminium, la conductivité électrique ou thermique maximale est généralement obtenue pour l'aluminium pur. Cependant, l'aluminium pur souffre de faibles propriétés mécaniques, ce qui limite son champ d'utilisation. Pour améliorer la résistance mécanique de l'aluminium pur, il est possible d'augmenter ses teneurs en éléments d'addition. A l'inverse, pour améliorer la conductivité électrique d'un alliage d'aluminium, il est possible de limiter les teneurs en éléments d'addition autres que l'aluminium. Ainsi, la variation de la teneur totale en éléments d'addition impacte d'une manière antinomique la conductivité et la résistance mécanique d'un alliage d'aluminium. Aussi, il est difficile de concevoir des alliages d'aluminium présentant à la fois une conductivité thermique suffisante à l'état brut de fabrication et une résistance mécanique suffisante après traitement thermique. For aluminum alloys, the maximum electrical or thermal conductivity is generally obtained for pure aluminum. However, pure aluminum suffers from poor mechanical properties, which limits its scope of use. To improve the mechanical strength of pure aluminum, it is possible to increase its content of additive elements. Conversely, to improve the electrical conductivity of an aluminum alloy, it is possible to limit the contents of addition elements other than aluminum. Thus, the variation in the total content of addition elements impacts in an antinomic manner the conductivity and the mechanical resistance of an aluminum alloy. Also, it is difficult to design aluminum alloys having both sufficient thermal conductivity in the raw manufacturing state and sufficient mechanical strength after heat treatment.
Selon une variante de la présente invention, avec un choix judicieux des éléments d'addition, la demanderesse a identifié des compositions d'alliages d'aluminium destinées aux procédés de fabrication additive, en particulier LPBF, ces compostions permettent d'obtenir à la fois, une très bonne processabilité des pièces en procédé LPBF, et d'excellentes performances mécaniques des pièces en service. La bonne processabilité des pièces en procédé LPBF est obtenue en combinant à l'état brut de fabrication, un niveau de dureté suffisamment faible (par exemple dureté Knoop HK0,05 à l'état brut de fabrication inférieure à 140, de préférence inférieure à 130, de préférence inférieure à 120) et une conductivité thermique ou électrique suffisamment élevée (par exemple conductivité électrique à l'état brut de fabrication supérieure à 6 MS/m, de préférence supérieure à 7 MS/m, de préférence supérieure à 8 MS/m). Cette combinaison de dureté et de conductivité permet de limiter le niveau de contraintes résiduelles des pièces à l'état brut de fabrication, ce qui limite significativement le risque de fissuration, de délamination ou de distorsion, améliorant ainsi significativement la processabilité des pièces en procédé LPBF. Les excellentes performances mécaniques des pièces en service sont obtenues en maximisant la dureté des pièces après traitement thermique post-fabrication (par exemple dureté Knoop HK0,05 supérieure à 70, de préférence supérieure à 80, de préférence supérieure à 90, de préférence supérieure à 100, de préférence supérieure à 114). According to a variant of the present invention, with a judicious choice of addition elements, the applicant has identified aluminum alloy compositions intended for additive manufacturing processes, in particular LPBF, these compositions make it possible to obtain both , very good processability of parts in the LPBF process, and excellent mechanical performance of parts in service. Good processability of parts in the LPBF process is obtained by combining in the raw manufacturing state, a sufficiently low level of hardness (for example Knoop HK0.05 hardness in the raw manufacturing state less than 140, preferably less than 130 , preferably less than 120) and a sufficiently high thermal or electrical conductivity (for example electrical conductivity in the raw state of manufacture greater than 6 MS/m, preferably greater than 7 MS/m, preferably greater than 8 MS/ m). This combination of hardness and conductivity makes it possible to limit the level of residual stresses of the parts in the raw manufacturing state, which significantly limits the risk of cracking, delamination or distortion, thus significantly improving the processability of the parts in the LPBF process. . The excellent mechanical performance of the parts in service is obtained by maximizing the hardness of the parts after post-manufacturing heat treatment (for example Knoop HK0.05 hardness greater than 70, preferably greater than 80, preferably greater than 90, preferably greater than 100, preferably greater than 114).
Les poudres d'aluminium pur peuvent être utilisées comme réducteur dans le propergol solide des propulseurs aérospatiaux. Par conséquent, les poudres d'aluminium avec plus de 97 % d'aluminium sont généralement considérées dans certains pays comme des biens à double usage (BDU) nécessitant des licences d'exportation. Cette classification représente une contrainte qui peut freiner la commercialisation de certaines poudres d'aluminium comprenant plus de 97 % d'aluminium destinée au procédé de fabrication additive, comme par exemple le LPBF. Il apparaît ainsi avantageux que la solution développée présente moins de 97 % d'aluminium, c'est-à-dire plus de 3 % d'éléments d'addition au total. Pure aluminum powders can be used as a reductant in solid propellant in aerospace thrusters. Therefore, aluminum powders with more than 97% aluminum are generally considered in some countries as dual-use goods (BDU) requiring export licenses. This classification represents a constraint which can slow down the marketing of certain aluminum powders comprising more than 97% aluminum intended for the additive manufacturing process, such as for example LPBF. It thus appears advantageous for the developed solution to have less than 97% aluminum, that is to say more than 3% of addition elements in total.
Selon une autre variante de la présente invention, avec un choix judicieux des éléments d'addition, la demanderesse a identifié des compositions d'alliages d'aluminium destinées aux procédés de fabrication additive, en particulier LPBF, ces compositions comportant plus de 3 % d'éléments d'addition au total et permettant une bonne processabilité des pièces en procédé LPBF, tout en maximisant les performances mécaniques des pièces en service. According to another variant of the present invention, with a judicious choice of addition elements, the applicant has identified compositions of aluminum alloys intended for additive manufacturing processes, in particular LPBF, these compositions comprising more than 3% d addition elements to the total and allowing good processability of parts in the LPBF process, while maximizing the mechanical performance of the parts in service.
EXPOSE DE L'INVENTION STATEMENT OF THE INVENTION
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 : A first object of the invention is a method of manufacturing a part comprising a formation of successive metal layers, superimposed on each other, each layer being formed by the deposition of a filler metal, the filler metal being subjected to a supply of energy so as to melt and to constitute, by solidifying, said layer, the process being characterized in that the filler metal is an aluminum alloy comprising the following alloy elements in mass percentages:
- au moins un élément d'alliage choisi parmi : Zr, Hf, et Er, selon une fraction massique supérieure ou égale à 0,30 %, de préférence de 0,30 à 2,50 %, préférentiellement de 0,40 à 2,00 %, plus préférentiellement de 0,40 à 1,80 %, encore plus préférentiellement de 0,50 à 1,60 %, encore plus préférentiellement de 0,60 à 1,50 %, encore plus préférentiellement de 0,70 à 1,40 %, encore plus préférentiellement de 0,80 à 1,30 % chacun et au total ; - at least one alloy element chosen from: Zr, Hf, and Er, according to a mass fraction greater than or equal to 0.30%, preferably 0.30 to 2.50%, preferably 0.40 to 2 .00%, more preferably from 0.40 to 1.80%, even more preferably from 0.50 to 1.60%, even more preferably from 0.60 to 1.50%, even more preferably from 0.70 to 1.40%, even more preferably from 0.80 to 1.30% each and in total;
- au moins un élément d'alliage choisi parmi : Cr, V, Ti et Mn, selon une fraction massique supérieure à 0,50 %, de préférence de plus de 0,50 à 6,00 %, préférentiellement de 1,00 à 6,00 %, plus préférentiellement de 1,00 à 5,00 %, encore plus préférentiellement de 1,00 à 4,00 %, encore plus préférentiellement de 1,00 à 3,00 %, chacun pour V, Ti et Mn, et au total ; et selon une fraction massique de plus de 0,50 à 3,00 % pour Cr ; - at least one alloy element chosen from: Cr, V, Ti and Mn, according to a mass fraction greater than 0.50%, preferably more than 0.50 to 6.00%, preferably from 1.00 to 6.00%, more preferably 1.00 to 5.00%, even more preferably 1.00 to 4.00%, even more preferably 1.00 to 3.00%, each for V, Ti and Mn , and in total; and at a mass fraction of more than 0.50 to 3.00% for Cr;
- optionnellement au moins un élément d’alliage choisi parmi : Co, La, Ce, mischmétal, W, Ta, Mo et Nb, selon une fraction massique d'au moins 0,10 %, de préférence d'au moins 0,25 %, plus préférentiellement d'au moins 0,50 % chacun et au total ; et selon une fraction massique inférieure à 5,00 %, de préférence inférieure à 4,00 %, de préférence inférieure à 3,00 % chacun ; et selon une fraction massique inférieure à 7,00 %, de préférence inférieure à 6,00 %, de préférence inférieure à 5,00 %, de préférence inférieure à 4,00 % au total ; - optionally at least one alloy element chosen from: Co, La, Ce, mischmetal, W, Ta, Mo and Nb, according to a mass fraction of at least 0.10%, preferably at least 0.25 %, more preferably at least 0.50% each and in total; and according to a mass fraction of less than 5.00%, preferably less than 4.00%, preferably less than 3.00% each; and according to a mass fraction less than 7.00%, preferably less than 6.00%, preferably less than 5.00%, preferably less than 4.00% in total;
- Fe, selon une fraction massique de 0,10 à 2,50 %, de préférence de 0,15 à 2,50 %, préférentiellement de 0,20 à 2,50 %, plus préférentiellement de 0,30 à 2,50 %, encore plus préférentiellement de 0,50 à 2,50 %, encore plus préférentiellement de 0,75 à 2,25 % ; - Fe, in a mass fraction of 0.10 to 2.50%, preferably 0.15 to 2.50%, preferably 0.20 to 2.50%, more preferably 0.30 to 2.50 %, even more preferably from 0.50 to 2.50%, even more preferably from 0.75 to 2.25%;
- optionnellement Ni, selon une fraction massique inférieure à 3,00 %, de préférence inférieure à 2,00 %, de préférence inférieure à 1,00 %, préférentiellement inférieure à 0,50 % ; - optionally Ni, in a mass fraction less than 3.00%, preferably less than 2.00%, preferably less than 1.00%, preferably less than 0.50%;
- optionnellement au moins un élément d'alliage choisi parmi : Cu et Ag, selon une fraction massique de 0,10 à 3,00 %, de préférence de 0,10 à 2,00 %, de préférence de 0,10 à 1,60%, de préférence de 0,10 à 1,00 %, de préférence de 0,10 à 0,70 % chacun et au total ; - optionally at least one alloy element chosen from: Cu and Ag, in a mass fraction of 0.10 to 3.00%, preferably 0.10 to 2.00%, preferably 0.10 to 1 .60%, preferably 0.10 to 1.00%, preferably 0.10 to 0.70% each and in total;
- optionnellement Si, selon une fraction massique inférieure à 3,00 %, de préférence inférieure à 2,00 %, de préférence inférieure à 1,00%, de préférence inférieure à 0,50 % ; dans un mode de réalisation, la teneur en Si est inférieure à 0,30 %, de préférence inférieure à 0,20 % ; - optionally Si, in a mass fraction less than 3.00%, preferably less than 2.00%, preferably less than 1.00%, preferably less than 0.50%; in one embodiment, the Si content is less than 0.30%, preferably less than 0.20%;
- optionnellement Sc, selon une fraction massique inférieure à 0,80 % , préférentiellement inférieure à 0,70 %, préférentiellement inférieure à 0,60 %, préférentiellement inférieure à 0,50 %, préférentiellement inférieure à 0,40 %, préférentiellement inférieure à 0,30 % ; - optionally Sc, according to a mass fraction less than 0.80%, preferably less than 0.70%, preferably less than 0.60%, preferably less than 0.50%, preferably less than 0.40%, preferably less than 0.30%;
- optionnellement Mg, selon une fraction massique inférieure à 2,00 %, de préférence inférieure à 1,00 %, préférentiellement inférieure à 0,50 %, plus préférentiellement inférieure à 0,30 % ;- optionally Mg, in a mass fraction less than 2.00%, preferably less than 1.00%, preferably less than 0.50%, more preferably less than 0.30%;
- optionnellement Zn, selon une fraction massique inférieure à 2,00 %, de préférence inférieure à 1,00 %, préférentiellement inférieure à 0,50 %, plus préférentiellement inférieure à 0,30 % ;- optionally Zn, in a mass fraction less than 2.00%, preferably less than 1.00%, preferably less than 0.50%, more preferably less than 0.30%;
- optionnellement Li, selon une fraction massique inférieure à 2,00 %, de préférence inférieure à 1,00 %, préférentiellement inférieure à 0,50 %, plus préférentiellement inférieure à 0,30 % ;- optionally Li, in a mass fraction less than 2.00%, preferably less than 1.00%, preferably less than 0.50%, more preferably less than 0.30%;
- optionnellement au moins un élément choisi parmi : Nd, Y, Tm, Lu, Yb, Sr, Ba, Sb, Bi, Ca, P, B, In et Sn, selon une fraction massique inférieure ou égale à 1,00 %, de préférence inférieure ou égale à 0,50 %, préférentiellement inférieure ou égale à 0,30 %, plus préférentiellement inférieure ou égale à 0,10 %, encore plus préférentiellement inférieure ou égale à 700 ppm chacun, et inférieure ou égale à 2,00 %, de préférence inférieure ou égale à 1,00 %, de préférence inférieure ou égale à 0,50 %, de préférence inférieure ou égale à 0,30 % au total ;- optionally at least one element chosen from: Nd, Y, Tm, Lu, Yb, Sr, Ba, Sb, Bi, Ca, P, B, In and Sn, according to a mass fraction less than or equal to 1.00%, preferably less than or equal to 0.50%, preferably less than or equal to 0.30%, more preferably less than or equal to 0.10%, even more preferably less than or equal to 700 ppm each, and less than or equal to 2, 00%, preferably less than or equal to 1.00%, preferably less than or equal to 0.50%, preferably less than or equal to 0.30% in total;
- impuretés : < 0,05% individuellement, et de préférence < 0,15 % au total ; reste aluminium. - impurities: < 0.05% individually, and preferably < 0.15% in total; remains aluminum.
Chaque couche peut notamment décrire un motif défini à partir d’un modèle numérique.Each layer can in particular describe a pattern defined from a digital model.
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 résulte en une fusion localisée suivie d’une solidification, de façon à former une couche solide. 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. According to one embodiment, the filler metal takes the form of a powder, exposure to a beam of light or charged particles results in localized melting followed by solidification, so as to form a solid layer. . According to another embodiment, the filler metal comes from a filler wire, exposure to a heat source, for example an electric arc, results in localized melting followed by solidification, so as to form a solid layer.
Un deuxième objet de l’invention est une pièce métallique, obtenue par un procédé selon le premier ou le deuxième objet de l’invention. Un troisième objet de l'invention est un matériau d'apport, notamment un fil d'apport ou une poudre, destiné à être utilisé en tant que matériau d'apport d'un procédé de fabrication additive, caractérisé en ce qu'il est constitué d'un alliage d'aluminium, comportant les éléments d'alliage suivants (% en poids) : A second object of the invention is a metal part, obtained by a process according to the first or the second object of the invention. A third object of the invention is a filler material, in particular a filler wire or a powder, intended to be used as filler material for an additive manufacturing process, characterized in that it is made of an aluminum alloy, comprising the following alloy elements (% by weight):
- au moins un élément d'alliage choisi parmi : Zr, Hf, et Er, selon une fraction massique supérieure ou égale à 0,30 %, de préférence de 0,30 à 2,50 %, préférentiellement de 0,40 à 2,00 %, plus préférentiellement de 0,40 à 1,80 %, encore plus préférentiellement de 0,50 à 1,60 %, encore plus préférentiellement de 0,60 à 1,50 %, encore plus préférentiellement de 0,70 à 1,40 %, encore plus préférentiellement de 0,80 à 1,30 % chacun et au total ; - at least one alloy element chosen from: Zr, Hf, and Er, according to a mass fraction greater than or equal to 0.30%, preferably 0.30 to 2.50%, preferably 0.40 to 2 .00%, more preferably from 0.40 to 1.80%, even more preferably from 0.50 to 1.60%, even more preferably from 0.60 to 1.50%, even more preferably from 0.70 to 1.40%, even more preferably from 0.80 to 1.30% each and in total;
- au moins un élément d'alliage choisi parmi : Cr, V, Ti et Mn, selon une fraction massique supérieure à 0,50 %, de préférence de plus de 0,50 à 6,00 %, préférentiellement de 1,00 à 6,00 %, plus préférentiellement de 1,00 à 5,00 %, encore plus préférentiellement de 1,00 à 4,00 %, encore plus préférentiellement de 1,00 à 3,00 %, chacun pour V, Ti et Mn, et au total ; et selon une fraction massique de plus de 0,50 à 3,00 % pour Cr ; - at least one alloy element chosen from: Cr, V, Ti and Mn, according to a mass fraction greater than 0.50%, preferably more than 0.50 to 6.00%, preferably from 1.00 to 6.00%, more preferably 1.00 to 5.00%, even more preferably 1.00 to 4.00%, even more preferably 1.00 to 3.00%, each for V, Ti and Mn , and in total; and at a mass fraction of more than 0.50 to 3.00% for Cr;
- optionnellement au moins un élément d’alliage choisi parmi : Co, La, Ce, mischmétal, W, Ta, Mo et Nb, selon une fraction massique d'au moins 0,10 %, de préférence d'au moins 0,25 %, plus préférentiellement d'au moins 0,50 % chacun et au total ; et selon une fraction massique inférieure à 5,00 %, de préférence inférieure à 4,00 %, de préférence inférieure à 3,00 % chacun ; et selon une fraction massique inférieure à 7,00 %, de préférence inférieure à 6,00 %, de préférence inférieure à 5,00 %, de préférence inférieure à 4,00 % au total ; - optionally at least one alloy element chosen from: Co, La, Ce, mischmetal, W, Ta, Mo and Nb, according to a mass fraction of at least 0.10%, preferably at least 0.25 %, more preferably at least 0.50% each and in total; and according to a mass fraction of less than 5.00%, preferably less than 4.00%, preferably less than 3.00% each; and according to a mass fraction less than 7.00%, preferably less than 6.00%, preferably less than 5.00%, preferably less than 4.00% in total;
- Fe, selon une fraction massique de 0,10 à 2,50 %, de préférence de 0,15 à 2,50 %, préférentiellement de 0,20 à 2,50 %, plus préférentiellement de 0,30 à 2,50 %, encore plus préférentiellement de 0,50 à 2,50 %, encore plus préférentiellement de 0,75 à 2,25 % ; - Fe, in a mass fraction of 0.10 to 2.50%, preferably 0.15 to 2.50%, preferably 0.20 to 2.50%, more preferably 0.30 to 2.50 %, even more preferably from 0.50 to 2.50%, even more preferably from 0.75 to 2.25%;
- optionnellement Ni, selon une fraction massique inférieure à 3,00 %, de préférence inférieure à 2,00 %, de préférence inférieure à 1,00 %, préférentiellement inférieure à 0,50 % ; - optionally Ni, in a mass fraction less than 3.00%, preferably less than 2.00%, preferably less than 1.00%, preferably less than 0.50%;
- optionnellement au moins un élément d'alliage choisi parmi : Cu et Ag, selon une fraction massique de 0,10 à 3,00 %, de préférence de 0,10 à 2,00 %, de préférence de 0,10 à 1,60%, de préférence de 0,10 à 1,00 %, de préférence de 0,10 à 0,70 % chacun et au total ; - optionally at least one alloy element chosen from: Cu and Ag, in a mass fraction of 0.10 to 3.00%, preferably 0.10 to 2.00%, preferably 0.10 to 1 .60%, preferably 0.10 to 1.00%, preferably 0.10 to 0.70% each and in total;
- optionnellement Si, selon une fraction massique inférieure à 3,00 %, de préférence inférieure à 2,00 %, de préférence inférieure à 1,00%, de préférence inférieure à 0,50 % ; dans un mode de réalisation, la teneur en Si est inférieure à 0,30 %, de préférence inférieure à 0,20 % ; - optionally Si, in a mass fraction less than 3.00%, preferably less than 2.00%, preferably less than 1.00%, preferably less than 0.50%; in one embodiment, the Si content is less than 0.30%, preferably less than 0.20%;
- optionnellement Sc, selon une fraction massique inférieure à 0,80 % , préférentiellement inférieure à 0,70 %, préférentiellement inférieure à 0,60 %, préférentiellement inférieure à 0,50 %, préférentiellement inférieure à 0,40 %, préférentiellement inférieure à 0,30 % ; - optionally Sc, according to a mass fraction less than 0.80%, preferably less than 0.70%, preferably less than 0.60%, preferably less than 0.50%, preferably less than 0.40%, preferably less than 0.30%;
- optionnellement Mg, selon une fraction massique inférieure à 2,00 %, de préférence inférieure à 1,00 %, préférentiellement inférieure à 0,50 %, plus préférentiellement inférieure à 0,30 % ;- optionally Mg, with a mass fraction less than 2.00%, preferably less at 1.00%, preferably less than 0.50%, more preferably less than 0.30%;
- optionnellement Zn, selon une fraction massique inférieure à 2,00 %, de préférence inférieure à 1,00 %, préférentiellement inférieure à 0,50 %, plus préférentiellement inférieure à 0,30 % ;- optionally Zn, in a mass fraction less than 2.00%, preferably less than 1.00%, preferably less than 0.50%, more preferably less than 0.30%;
- optionnellement Li, selon une fraction massique inférieure à 2,00 %, de préférence inférieure à 1,00 %, préférentiellement inférieure à 0,50 %, plus préférentiellement inférieure à 0,30 % ;- optionally Li, in a mass fraction less than 2.00%, preferably less than 1.00%, preferably less than 0.50%, more preferably less than 0.30%;
- optionnellement au moins un élément choisi parmi : Nd, Y, Tm, Lu, Yb, Sr, Ba, Sb, Bi, Ca, P, B, In et Sn, selon une fraction massique inférieure ou égale à 1,00 %, de préférence inférieure ou égale à 0,50 %, préférentiellement inférieure ou égale à 0,30 %, plus préférentiellement inférieure ou égale à 0,10 %, encore plus préférentiellement inférieure ou égale à 700 ppm chacun, et inférieure ou égale à 2,00 %, de préférence inférieure ou égale à 1,00 %, de préférence inférieure ou égale à 0,50 %, de préférence inférieure ou égale à 0,30 % au total ;- optionally at least one element chosen from: Nd, Y, Tm, Lu, Yb, Sr, Ba, Sb, Bi, Ca, P, B, In and Sn, according to a mass fraction less than or equal to 1.00%, preferably less than or equal to 0.50%, preferably less than or equal to 0.30%, more preferably less than or equal to 0.10%, even more preferably less than or equal to 700 ppm each, and less than or equal to 2, 00%, preferably less than or equal to 1.00%, preferably less than or equal to 0.50%, preferably less than or equal to 0.30% in total;
- impuretés : < 0,05 % individuellement, et au total < 0,15 % ; reste aluminium. - impurities: < 0.05% individually, and in total < 0.15%; remains aluminum.
L'alliage d'aluminium formant le matériau d'apport peut présenter les caractéristiques décrites en lien avec le premier objet de l'invention. The aluminum alloy forming the filler material may have the characteristics described in connection with the first object of the invention.
Le matériau d'apport peut se présenter sous la forme d'une poudre. La poudre peut être telle qu'au moins 80 % des particules composant la poudre ont une taille moyenne dans la plage suivante : 5 pm à 200 pm, de préférence de 5 à 150 pm, de préférence de 5 à 25 pm, ou de 20 à 60 pm ou de 20 à 80 pm ou de 20 à 90 pm ou de 20 à 100 pm ou de 20 à 110 pm ou de 20 à 120 pm. The filler material may be in the form of a powder. The powder may be such that at least 80% of the particles composing the powder have an average size in the following range: 5 pm to 200 pm, preferably 5 to 150 pm, preferably 5 to 25 pm, or 20 to 60 pm or from 20 to 80 pm or from 20 to 90 pm or from 20 to 100 pm or from 20 to 110 pm or from 20 to 120 pm.
Lorsque le matériau d'apport se présente sous la forme d'un fil, le diamètre du fil peut notamment être compris de 0,5 mm à 3 mm, et de préférence compris de 0,5 mm à 2 mm, et encore de préférence compris de 1 mm à 2 mm. When the filler material is in the form of a wire, the diameter of the wire can in particular be from 0.5 mm to 3 mm, and preferably from 0.5 mm to 2 mm, and even more preferably ranging from 1 mm to 2 mm.
Un quatrième objet de l'invention est l'utilisation d'une poudre ou d'un fil d'apport tels que décrits ci-avant et dans le reste de la description dans un procédé de fabrication choisi parmi : la fusion par faisceau d'électrons (electron beam melting), la pulvérisation à froid, le dépôt par fusion laser, la fabrication additive par friction, le frittage par étincelle au plasma ou le soudage par friction rotative, de préférence la pulvérisation à froid. A fourth object of the invention is the use of a powder or a filler wire as described above and in the rest of the description in a manufacturing process chosen from: fusion by beam of electron beam melting, cold spray, laser fusion deposition, friction additive manufacturing, plasma spark sintering or rotary friction welding, preferably cold spray.
D’autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation de l’invention, donnés à titre d’exemples non limitatifs, et représentés sur les figures listées ci-dessous. Other advantages and characteristics will emerge more clearly from the following description of particular embodiments of the invention, given by way of non-limiting examples, and represented in the figures listed below.
FIGURES FIGURES
[Fig. 1] La Figure 1 est un schéma illustrant un procédé de fabrication additive de type LPBF. [Fig. 2] La Figure 2 est un schéma illustrant un procédé de fabrication additive de type WAAM. [Fig. 3] La Figure 3 est un schéma de la plaquette après refusion laser utilisée selon les exemples. [Fig. 1] Figure 1 is a diagram illustrating an LPBF type additive manufacturing process. [Fig. 2] Figure 2 is a diagram illustrating a WAAM type additive manufacturing process. [Fig. 3] Figure 3 is a diagram of the wafer after laser reflow used according to the examples.
[Fig. 4] La Figure 4 est un schéma du test de mesure de la dureté Knoop. [Fig. 4] Figure 4 is a schematic of the Knoop hardness test.
EXPOSE DE MODES DE REALISATION PARTICULIERS PRESENTATION OF SPECIAL MODES OF REALIZATION
Dans la description, sauf indication contraire : In the description, unless otherwise stated:
- la désignation des alliages d'aluminium est conforme à la nomenclature de The Aluminum Association ; - the designation of aluminum alloys complies with the nomenclature of The Aluminum Association;
- les teneurs en éléments chimiques sont désignées en % et représentent des fractions massiques. La notation x % - y % signifie supérieur ou égal à x % et inférieur ou égal à y %.- the contents of chemical elements are designated in % and represent mass fractions. The notation x% - y% means greater than or equal to x% and less than or equal to y%.
Par impuretés, on entend des éléments chimiques présents dans l'alliage de façon non intentionnelle. By impurities we mean chemical elements present in the alloy unintentionally.
La Figure 1 schématise le fonctionnement d'un procédé de fabrication additive de type fusion sélective par laser (Laser Powder Bed Fusion ou LPBF). Le métal d'apport 15 se présente sous la forme d'une poudre disposée sur un support 10. Une source d'énergie, en l'occurrence une source laser 11, émet un faisceau laser 12. La source laser est couplée au matériau d'apport par un système optique 13, dont le mouvement est déterminé en fonction d'un modèle numérique M. Le faisceau laser 12 se propage selon un axe de propagation Z, et suit un mouvement selon un plan XY, décrivant un motif dépendant du modèle numérique M. Le plan est par exemple perpendiculaire à l'axe de propagation Z. L'interaction du faisceau laser 12 avec la poudre 15 engendre une fusion sélective de cette dernière, suivie d'une solidification, résultant en la formation d'une couche 20i...20n. Lorsqu'une couche a été formée, elle est recouverte de poudre 15 du métal d'apport et une autre couche est formée, superposée à la couche préalablement réalisée. L'épaisseur d'une couche peut par exemple être comprise de 10 à 250 pm, par exemple 30 pm, ou 60 pm, ou 80 pm, ou 90 pm, ou 100 pm, ou 110 pm, ou 120 pm, ou 130 pm, ou 140 pm, ou 150 pm, ou 160 pm, ou 170 pm, ou 180 pm, ou 190 pm, ou 200 pm. Figure 1 schematizes the operation of an additive manufacturing process of the selective laser fusion type (Laser Powder Bed Fusion or LPBF). The filler metal 15 is in the form of a powder placed on a support 10. An energy source, in this case a laser source 11, emits a laser beam 12. The laser source is coupled to the material contribution by an optical system 13, the movement of which is determined according to a digital model M. The laser beam 12 propagates along a propagation axis Z, and follows a movement along an XY plane, describing a pattern depending on the model digital M. The plane is for example perpendicular to the propagation axis Z. The interaction of the laser beam 12 with the powder 15 generates a selective melting of the latter, followed by solidification, resulting in the formation of a layer 20i... 20n . When a layer has been formed, it is covered with powder of the filler metal and another layer is formed, superimposed on the layer previously made. The thickness of a layer can for example be between 10 and 250 pm, for example 30 pm, or 60 pm, or 80 pm, or 90 pm, or 100 pm, or 110 pm, or 120 pm, or 130 pm , or 140 pm, or 150 pm, or 160 pm, or 170 pm, or 180 pm, or 190 pm, or 200 pm.
Une augmentation de l'épaisseur de couche peut être bénéfique pour augmenter la productivité lors de l'impression et pour limiter la sensibilité à la fissuration thermique liée aux contraintes résiduelles pendant la fabrication de la pièce et/ou lors d'un traitement thermique postfabrication. Une augmentation de l'épaisseur de couche peut être accompagnée par une adaptation de la puissance du laser et de l'écart vecteur (distance entre deux passes laser successives) et de la vitesse de balayage du laser afin d'assurer une fusion complète de chaque couche de poudre dans des conditions optimales. L'épaisseur de couche peut être par exemple comprise de 60 à 250 pm, de préférence de 80 à 200 pm, de préférence de 90 à 180 pm, de préférence de 100 à 180 pm, de préférence de 110 à 170 pm, de préférence de 120 à 160 pm. Pour les alliages d'aluminium, le support 10 ou plateau peut être chauffé à une température de préchauffage T allant jusqu'à 500°C. Les machines disponibles actuellement sur le marché offrent généralement un chauffage du plateau jusqu'à 200°C. La température de chauffage du plateau (= température de préchauffage T) peut être par exemple d'environ 50°C, 100°C, 150°C, 200°C, 250°C, 300°C ou 350°C ou 400°C ou 450°C ou 500°C. Le chauffage du plateau permet généralement de réduire l'humidité au niveau du lit de poudre et aussi de réduire les contraintes résiduelles sur les pièces en fabrication. Le niveau d'humidité au niveau du lit de poudre semble présenter un effet direct sur la porosité de la pièce finale. En effet, il semblerait que plus l'humidité de la poudre est élevée, plus la porosité de la pièce finale est élevée. Il est à noter que le chauffage du plateau est l'une des possibilités existantes pour réaliser une fabrication additive à chaud. Cependant, la présente invention ne saurait être limitée à l'utilisation de ce seul moyen de chauffage. Tous les autres moyens de chauffage, permettant de réaliser cette étape de préchauffage, peuvent être utilisés dans le cadre de la présente invention pour chauffer et contrôler la température, par exemple une lampe infra-rouge. Ainsi, le procédé selon la présente invention peut être réalisé à une température de préchauffage T allant jusqu'à 500°C. An increase in layer thickness can be beneficial to increase productivity during printing and to limit sensitivity to thermal cracking linked to residual stresses during the manufacturing of the part and/or during post-manufacturing heat treatment. An increase in layer thickness can be accompanied by an adaptation of the laser power and the vector gap (distance between two successive laser passes) and the scanning speed of the laser in order to ensure complete fusion of each powder layer in optimal conditions. The layer thickness may for example be from 60 to 250 pm, preferably from 80 to 200 pm, preferably from 90 to 180 pm, preferably from 100 to 180 pm, preferably from 110 to 170 pm, preferably from 120 to 160 p.m. For aluminum alloys, the support 10 or plate can be heated to a preheating temperature T of up to 500°C. The machines currently available on the market generally offer plate heating up to 200°C. The heating temperature of the plate (= preheating temperature T) can be for example approximately 50°C, 100°C, 150°C, 200°C, 250°C, 300°C or 350°C or 400° C or 450°C or 500°C. Heating the plate generally makes it possible to reduce the humidity in the powder bed and also to reduce the residual stresses on the parts being manufactured. The humidity level at the powder bed appears to have a direct effect on the porosity of the final part. Indeed, it seems that the higher the humidity of the powder, the higher the porosity of the final part. It should be noted that heating the plate is one of the existing possibilities for carrying out hot additive manufacturing. However, the present invention cannot be limited to the use of this heating means alone. All other heating means, making it possible to carry out this preheating step, can be used in the context of the present invention to heat and control the temperature, for example an infrared lamp. Thus, the process according to the present invention can be carried out at a preheating temperature T of up to 500°C.
Pour certaines compositions, les inventeurs ont constaté que lorsque la température de préchauffage Test inférieure ou égale à 160°C et supérieure ou égale à 25°C, les pièces présentent une meilleure résistance à la fissuration thermique liée aux contraintes résiduelles. De préférence, le préchauffage du plateau et donc du lit de poudre peut être effectué à une température de préchauffage T inférieure ou égale à 140°C, ou, mieux, inférieure ou égale à 130°C. La température de préchauffage T est supérieure à la température ambiante. Les plages préférées de température de préchauffage T sont : 25°C < T < 160°C, de préférence 30°C < T < 150°C, de préférence 50°C < T < 150°C, de préférence 50°C < T < 140°C, de préférence 60°C < T < 140°C, de préférence 70°C < T < 135°C, de préférence 80°C < T < 130°C. For certain compositions, the inventors have observed that when the preheating temperature Test is less than or equal to 160°C and greater than or equal to 25°C, the parts have better resistance to thermal cracking linked to residual stresses. Preferably, the preheating of the plate and therefore of the powder bed can be carried out at a preheating temperature T less than or equal to 140°C, or, better still, less than or equal to 130°C. The preheating temperature T is higher than the ambient temperature. The preferred preheating temperature ranges T are: 25°C < T < 160°C, preferably 30°C < T < 150°C, preferably 50°C < T < 150°C, preferably 50°C < T < 140°C, preferably 60°C < T < 140°C, preferably 70°C < T < 135°C, preferably 80°C < T < 130°C.
Selon une alternative, la température de préchauffage T correspond aux conditions dans lesquelles une détente efficace peut être obtenue. La plage de température de préchauffage T peut alors être comprise de 300°C à 500°C, de préférence de 300 à 400°C, de préférence de 300 à 350°C. Il est considéré qu'à cette plage de température de préchauffage T, les conditions de fabrication de la pièce engendrent moins de contraintes résiduelles. Selon cette alternative, un traitement thermique post-fabrication de détente, tel que décrit ci-après dans la présente description, est également pertinent. According to an alternative, the preheating temperature T corresponds to the conditions in which effective expansion can be obtained. The preheating temperature range T can then be from 300°C to 500°C, preferably from 300 to 400°C, preferably from 300 to 350°C. It is considered that at this preheating temperature range T, the manufacturing conditions of the part generate fewer residual stresses. According to this alternative, a post-production heat treatment of relaxation, as described below in the present description, is also relevant.
La poudre selon la présente invention peut présenter au moins l’une des caractéristiques suivantes : - Taille moyenne de particules de 5 pm à 200 pm, de préférence de 5 à 150 pm, de préférence de 5 à 25 pm, ou de 20 à 60 pm, ou de 20 à 80 pm, ou de 20 à 90 pm, ou de 20 à 100 pm, ou de 20 à 110 pm, ou de 20 à 120 pm. Les valeurs données signifient qu'au moins 80 % des particules ont une taille moyenne dans la gamme spécifiée. The powder according to the present invention may have at least one of the following characteristics: - Average particle size of 5 pm to 200 pm, preferably of 5 to 150 pm, preferably of 5 to 25 pm, or of 20 to 60 pm, or of 20 to 80 pm, or of 20 to 90 pm, or from 20 to 100 pm, or from 20 to 110 pm, or from 20 to 120 pm. The values given mean that at least 80% of the particles have an average size within the specified range.
- Forme sphérique. La sphéricité d'une poudre peut par exemple être déterminée en utilisant un morphogranulomètre. - Spherical shape. The sphericity of a powder can for example be determined using a morphogranulometer.
- Bonne coulabilité. La coulabilité d'une poudre peut par exemple être déterminée selon la norme ASTM B213 ou la norme ISO 4490 :2018. Selon la norme ISO 4490 :2018, le temps d'écoulement est de préférence inférieur à 50. - Good flowability. The flowability of a powder can for example be determined according to the ASTM B213 standard or the ISO 4490:2018 standard. According to ISO 4490:2018, the flow time is preferably less than 50.
- Faible porosité, de préférence de 0 à 5 %, plus préférentiellement de 0 à 2 %, encore plus préférentiellement de 0 à 1 % en volume. La porosité peut notamment être déterminée par analyse d'images à partir de micrographies optiques ou par pycnométrie à l'hélium (voir la norme ASTM B923). - Low porosity, preferably 0 to 5%, more preferably 0 to 2%, even more preferably 0 to 1% by volume. Porosity can in particular be determined by image analysis from optical micrographs or by helium pycnometry (see standard ASTM B923).
- Absence ou faible quantité (moins de 10 %, de préférence moins de 5 % en volume) de petites particules (1 à 20 % de la taille moyenne de la poudre), dites satellites, qui collent aux particules plus grosses. - Absence or small quantity (less than 10%, preferably less than 5% by volume) of small particles (1 to 20% of the average size of the powder), called satellites, which stick to larger particles.
La mise en oeuvre d'un tel procédé permet une fabrication de pièces selon un rendement élevé, pouvant atteindre voire dépasser 200 cm3/h par laser. The implementation of such a process allows parts to be manufactured at a high yield, which can reach or even exceed 200 cm 3 /h per laser.
Par ailleurs, la demanderesse a observé que l'application de traitements thermiques postfabrication de type trempe pouvaient induire une distorsion de la pièce, du fait de la variation brutale de température. La distorsion de la pièce est généralement d'autant plus significative que ses dimensions sont importantes. Or, l'avantage d'un procédé de fabrication additive est précisément d'obtenir une pièce dont la forme, après fabrication, est définitive ou quasi- définitive. La survenue d'une déformation significative résultant d'un traitement thermique post-fabrication est donc à éviter. Par quasi-définitive, il est entendu qu'un usinage de finition peut être effectué sur la pièce après sa fabrication : la pièce fabriquée par fabrication additive s'étend selon sa forme définitive, à l'usinage de finition près. Furthermore, the applicant observed that the application of post-fabrication heat treatments such as quenching could induce distortion of the part, due to the sudden variation in temperature. The distortion of the part is generally more significant as its dimensions increase. However, the advantage of an additive manufacturing process is precisely to obtain a part whose shape, after manufacturing, is definitive or almost definitive. The occurrence of significant deformation resulting from post-manufacturing heat treatment should therefore be avoided. By quasi-final, it is understood that finishing machining can be carried out on the part after its manufacture: the part manufactured by additive manufacturing extends according to its final shape, except for finishing machining.
Ayant constaté ce qui précède, la demanderesse a cherché une composition d'alliage, formant le matériau d'apport, permettant d'obtenir des propriétés mécaniques et de conductivité, électrique ou thermique, acceptables, sans nécessiter l'application de traitements thermiques, subséquents à la formation des couches, c'est-à-dire suite à la formation de la pièce finale, risquant d'induire une distorsion. Il s'agit notamment d'éviter les traitements thermiques impliquant une variation brutale de la température. Ainsi, l'invention permet d'obtenir, par fabrication additive, une pièce dont les propriétés mécaniques, en particulier en termes de limite élastique, et de conductivité, électrique ou thermique, sont satisfaisantes. En fonction du type de procédé de fabrication additive choisi, le matériau d'apport peut se présenter sous la forme d'un fil ou d'une poudre. Having noted the above, the applicant sought an alloy composition, forming the filler material, making it possible to obtain acceptable mechanical and electrical or thermal conductivity properties, without requiring the application of subsequent heat treatments. during the formation of the layers, that is to say following the formation of the final part, risking distortion. This includes avoiding heat treatments involving a sudden variation in temperature. Thus, the invention makes it possible to obtain, by additive manufacturing, a part whose mechanical properties, in particular in terms of elastic limit, and conductivity, electrical or thermal, are satisfactory. Depending on the type of additive manufacturing process chosen, the filler material can be in the form of a wire or a powder.
Les éléments suivants peuvent être utilisés dans l'alliage d'aluminium. The following elements can be used in aluminum alloy.
Zr, Hf et/ou Er : Zr, Hf and/or Er:
Selon la présente invention, au moins un élément d'alliage choisi parmi : Zr, Hf et Er est présent dans l'alliage d'aluminium selon une fraction massique supérieure ou égale à 0,30 %, de préférence de 0,30 à 2,50 %, préférentiellement de 0,40 à 2,00 %, plus préférentiellement de 0,40 à 1,80 %, encore plus préférentiellement de 0,50 à 1,60 %, encore plus préférentiellement de 0,60 à 1,50 %, encore plus préférentiellement de 0,70 à 1,40 %, encore plus préférentiellement de 0,80 à 1,30 % chacun et au total. De préférence, la fraction massique d'au moins un élément d'alliage choisi parmi : Zr, Hf et Er est supérieure ou égale à 0,30 %, ou 0,35 %, ou 0,40 %, ou 0,45 %, ou 0,50 %, ou 0,55 %, ou 0,60 %, ou 0,65 %, ou 0,70 % chacun et au total. De préférence, la fraction massique d'au moins un élément d'alliage choisi parmi : Zr, Hf et Er est inférieure ou égale à 2,50 %, ou 2,40 %, ou 2,30 %, ou 2,20 %, ou 2,10 %, ou 2,00 %, ou 1,90 %, ou 1,80 %, ou 1,70 %, ou 1,60 %, ou 1,50 %, ou 1,40 %, ou 1,30 % chacun et au total.According to the present invention, at least one alloy element chosen from: Zr, Hf and Er is present in the aluminum alloy in a mass fraction greater than or equal to 0.30%, preferably from 0.30 to 2 .50%, preferably from 0.40 to 2.00%, more preferably from 0.40 to 1.80%, even more preferably from 0.50 to 1.60%, even more preferably from 0.60 to 1, 50%, even more preferably from 0.70 to 1.40%, even more preferably from 0.80 to 1.30% each and in total. Preferably, the mass fraction of at least one alloy element chosen from: Zr, Hf and Er is greater than or equal to 0.30%, or 0.35%, or 0.40%, or 0.45% , or 0.50%, or 0.55%, or 0.60%, or 0.65%, or 0.70% each and in total. Preferably, the mass fraction of at least one alloy element chosen from: Zr, Hf and Er is less than or equal to 2.50%, or 2.40%, or 2.30%, or 2.20%. , or 2.10%, or 2.00%, or 1.90%, or 1.80%, or 1.70%, or 1.60%, or 1.50%, or 1.40%, or 1.30% each and in total.
Ces éléments présentent une solubilité élevée à l'état brut de fabrication. Leur ajout peut ainsi abaisser significativement la conductivité à l'état brut. Cependant, l'ajout d'un traitement thermique post-fabrication, par exemple à une température comprise de 300 à 450°C, pour des durées de 0,5 à 10 heures, peut permettre d'abaisser significativement leurs teneurs en solution solide par la formation de dispersoïdes durcissants de type AI3X (X= Zr ou Hf ou Er). La formation de ces dispersoïdes lors du traitement thermique peut permettre d'augmenter simultanément la dureté et la conductivité électrique par rapport à l'état brut. These elements have high solubility in the as-manufactured state. Their addition can thus significantly lower the conductivity in the raw state. However, the addition of a post-manufacturing heat treatment, for example at a temperature of 300 to 450°C, for periods of 0.5 to 10 hours, can make it possible to significantly lower their solid solution contents by the formation of hardening dispersoids of type AI3X (X= Zr or Hf or Er). The formation of these dispersoids during heat treatment can simultaneously increase the hardness and electrical conductivity compared to the raw state.
Ces éléments peuvent permettre en outre de contrôler la structure granulaire lors de la fusion laser en favorisant l'apparition de grains équiaxes. These elements can also make it possible to control the granular structure during laser fusion by promoting the appearance of equiaxed grains.
Par ailleurs, la présence d'au moins un élément d'alliage choisi parmi : Zr, Hf et Er dans l’alliage peut conférer une bonne processabilité de l’alliage, le terme processabilité correspondant à la désignation anglosaxonne "processability", qualifiant l’aptitude d'un alliage à être mis en forme par un procédé de fabrication additive. Cela peut se traduire, au niveau d’une pièce fabriquée par fabrication additive, par une quasi absence de défauts, de type fissuration, et une faible porosité. Cr, V, Ti et/ou Mn : Furthermore, the presence of at least one alloy element chosen from: Zr, Hf and Er in the alloy can confer good processability of the alloy, the term processability corresponding to the Anglo-Saxon designation "processability", qualifying the ability of an alloy to be shaped by an additive manufacturing process. This can result, at the level of a part manufactured by additive manufacturing, in a virtual absence of defects, such as cracking, and low porosity. Cr, V, Ti and/or Mn:
Selon la présente invention, au moins un élément d'alliage choisi parmi : Cr, V, Ti et Mn est présent dans l'alliage d'aluminium selon une fraction massique supérieure à 0,50 %, de préférence de plus de 0,50 à 6,00 %, préférentiellement de 1,00 à 6,00 %, plus préférentiellement de 1,00 à 5,00 %, encore plus préférentiellement de 1,00 à 4,00 %, encore plus préférentiellement de 1,00 à 3,00 %, chacun pour V, Ti et Mn, et au total ; et selon une fraction massique de plus de 0,50 à 3,00 % pour Cr. De préférence, la fraction massique d'au moins un élément d'alliage choisi parmi : Cr, V, Ti et Mn est supérieure à 0,50 %, ou supérieure ou égale à 0,60 %, ou 0,70 %, ou 0,80 %, ou 0,90 %, ou 1,00 % chacun et au total. De préférence, la fraction massique d'au moins un élément d'alliage choisi parmi : Cr, V, Ti et Mn est inférieure ou égale à 6,00 %, ou 5,50 %, ou 5,00 %, ou 4,50 %, ou 4,00 %, ou 3,50 %, ou 3,00 %, ou 2,50 % ou 2,00 %, ou 1,50 %, ou 1,00 % chacun et au total. According to the present invention, at least one alloy element chosen from: Cr, V, Ti and Mn is present in the aluminum alloy in a mass fraction greater than 0.50%, preferably more than 0.50 at 6.00%, preferably from 1.00 to 6.00%, more preferably from 1.00 to 5.00%, even more preferably from 1.00 to 4.00%, even more preferably from 1.00 to 3.00%, each for V, Ti and Mn, and in total; and at a mass fraction of more than 0.50 to 3.00% for Cr. Preferably, the mass fraction of at least one alloy element chosen from: Cr, V, Ti and Mn is greater than 0.50%, or greater than or equal to 0.60%, or 0.70%, or 0.80%, or 0.90%, or 1.00% each and in total. Preferably, the mass fraction of at least one alloy element chosen from: Cr, V, Ti and Mn is less than or equal to 6.00%, or 5.50%, or 5.00%, or 4. 50%, or 4.00%, or 3.50%, or 3.00%, or 2.50% or 2.00%, or 1.50%, or 1.00% each and in total.
Ces éléments peuvent permettre d'augmenter la résistance mécanique de l'alliage par solution solide et/ou par dispersoïdes qui peuvent se former lors de la fabrication de la pièce ou lors de traitements thermiques post-fabrication. Mais ces éléments présentent une solubilité élevée dans l'aluminium et ont un impact négatif sur la conductivité. L'ajout de ces éléments est d'intérêt pour les alliages ciblant certaines applications ne nécessitant pas de performances particulières en termes de conductivité électrique ou thermique mais qui requièrent une haute résistance mécanique, comme les pièces de structures, les blocs hydrauliques, etc... These elements can make it possible to increase the mechanical strength of the alloy by solid solution and/or by dispersoids which can form during the manufacture of the part or during post-manufacturing heat treatments. But these elements have high solubility in aluminum and have a negative impact on conductivity. The addition of these elements is of interest for alloys targeting certain applications that do not require particular performance in terms of electrical or thermal conductivity but which require high mechanical resistance, such as structural parts, hydraulic blocks, etc. .
Co, La, Ce, mischmétal, W, Ta, Mo et/ou Nb : Co, La, Ce, mischmetal, W, Ta, Mo and/or Nb:
Selon la présente invention, au moins un élément d'alliage choisi parmi : Co, La, Ce, mischmétal, W, Ta, Mo et/ou Nb peut être présent dans l'alliage d'aluminium selon une fraction massique d'au moins 0,10 %, de préférence d'au moins 0,25 %, plus préférentiellement d'au moins 0,50 % chacun et au total ; et selon une fraction massique inférieure à 5,00 %, de préférence inférieure à 4,00 %, de préférence inférieure à 3,00 % chacun ; et selon une fraction massique inférieure à 7,00 %, de préférence inférieure à 6,00 %, de préférence inférieure à 5,00 %, de préférence inférieure à 4,00 % au total. De préférence, la fraction massique d'au moins un élément d'alliage choisi parmi : Co, La, Ce, mischmétal, W, Ta, Mo et Nb est supérieure ou égale à 0,10 %, ou 0,15 %, ou 0,20 %, ou 0,25 %, ou 0,30 %, ou 0,35 %, ou 0,40 %, ou 0,45 %, ou 0,50 % chacun et au total. De préférence, la fraction massique d'au moins un élément d'alliage choisi parmi : Co, La, Ce, mischmétal, W, Ta, Mo et Nb est inférieure à 5,00 %, ou 4,50 %, ou 4,00 %, ou 3,50 %, ou 3,00 % chacun. De préférence, la fraction massique d'au moins un élément d'alliage choisi parmi : Co, La, Ce, mischmétal, W, Ta, Mo et Nb est inférieure à 7,00 %, ou 6,50 %, ou 6,00 %, ou 5,50 %, ou 5,00 %, ou 4,50 %, ou 4,00 % au total. Ces éléments peuvent permettre d'augmenter la résistance mécanique de l'alliage par solution solide et/ou par dispersoïdes qui peuvent se former lors de la fabrication de la pièce ou lors de traitements thermiques post-fabrication. Ces éléments présentent une solubilité faible dans l'aluminium. L'ajout de ces éléments peut permettre de durcir l'alliage sans avoir un impact négatif significatif sur la conductivité. According to the present invention, at least one alloy element chosen from: Co, La, Ce, mischmetal, W, Ta, Mo and/or Nb may be present in the aluminum alloy in a mass fraction of at least 0.10%, preferably at least 0.25%, more preferably at least 0.50% each and in total; and according to a mass fraction of less than 5.00%, preferably less than 4.00%, preferably less than 3.00% each; and in a mass fraction of less than 7.00%, preferably less than 6.00%, preferably less than 5.00%, preferably less than 4.00% in total. Preferably, the mass fraction of at least one alloy element chosen from: Co, La, Ce, mischmetal, W, Ta, Mo and Nb is greater than or equal to 0.10%, or 0.15%, or 0.20%, or 0.25%, or 0.30%, or 0.35%, or 0.40%, or 0.45%, or 0.50% each and in total. Preferably, the mass fraction of at least one alloy element chosen from: Co, La, Ce, mischmetal, W, Ta, Mo and Nb is less than 5.00%, or 4.50%, or 4. 00%, or 3.50%, or 3.00% each. Preferably, the mass fraction of at least one alloy element chosen from: Co, La, Ce, mischmetal, W, Ta, Mo and Nb is less than 7.00%, or 6.50%, or 6. 00%, or 5.50%, or 5.00%, or 4.50%, or 4.00% in total. These elements can make it possible to increase the mechanical strength of the alloy by solid solution and/or by dispersoids which can form during the manufacture of the part or during post-manufacturing heat treatments. These elements have low solubility in aluminum. Adding these elements can help harden the alloy without having a significant negative impact on conductivity.
De préférence, l'alliage d'aluminium comprend au moins un élément d'alliage choisi parmi Co, La, Ce, mischmétal, W, Ta, Mo et Nb. Preferably, the aluminum alloy comprises at least one alloy element chosen from Co, La, Ce, mischmetal, W, Ta, Mo and Nb.
Fe : Fe:
Selon la présente invention, l'élément Fe est présent dans l'alliage d'aluminium selon une fraction massique de 0,10 à 2,50 %, de préférence de 0,15 à 2,50 %, préférentiellement de 0,20 à 2,50 %, plus préférentiellement de 0,20 à 2,50 %, encore plus préférentiellement de 0,30 à 2,50 % encore plus préférentiellement de 0,50 à 2,50 %, encore plus préférentiellement de 0,75 à 2,25 %. De préférence, la fraction massique de Fe est supérieure ou égale à 0,10 %, ou 0,15 %, ou 0,20 %, ou 0,25 %, ou 0,30 %, ou 0,35 %, ou 0,40 %, ou 0,45 %, ou 0,50 %, ou 0,55 %, ou 0,60 %, ou 0,65 %, ou 0,70 %, ou 0,75 %. De préférence, la fraction massique de Fe est inférieure ou égale à 2,50 %, ou 2,40 %, ou 2,30 %, ou 2,20 %, ou 2,25 %. According to the present invention, the element Fe is present in the aluminum alloy in a mass fraction of 0.10 to 2.50%, preferably 0.15 to 2.50%, preferably 0.20 to 2.50%. 2.50%, more preferably from 0.20 to 2.50%, even more preferably from 0.30 to 2.50%, even more preferably from 0.50 to 2.50%, even more preferably from 0.75 to 2.25%. Preferably, the mass fraction of Fe is greater than or equal to 0.10%, or 0.15%, or 0.20%, or 0.25%, or 0.30%, or 0.35%, or 0 .40%, or 0.45%, or 0.50%, or 0.55%, or 0.60%, or 0.65%, or 0.70%, or 0.75%. Preferably, the mass fraction of Fe is less than or equal to 2.50%, or 2.40%, or 2.30%, or 2.20%, or 2.25%.
Cet élément peut permettre d'augmenter la résistance mécanique de l'alliage par solution solide et/ou par dispersoïdes qui peuvent se former lors de la fabrication de la pièce ou lors de traitements thermiques post-fabrication. Cet élément présente une solubilité faible dans l'aluminium. L'ajout de cet élément peut permettre de durcir l'alliage sans avoir un impact négatif significatif sur la conductivité. This element can make it possible to increase the mechanical strength of the alloy by solid solution and/or by dispersoids which may form during the manufacture of the part or during post-manufacturing heat treatments. This element has low solubility in aluminum. Adding this element can help harden the alloy without having a significant negative impact on conductivity.
Ni : Neither :
Selon la présente invention, l'élément Ni peut être présent dans l'alliage d'aluminium selon une fraction massique inférieure à 3,00 %, de préférence inférieure à 2,00 %, de préférence inférieure à 1,00 %, préférentiellement inférieure à 0,50 %. De préférence, la fraction massique de Ni est supérieure à 500 ppm, de préférence supérieure à 0,10 %, de préférence supérieure à 0,15 %, de préférence supérieure à 0,20 %, de préférence supérieure à 0,30 %, de préférence supérieure à 0,40 %. According to the present invention, the element Ni can be present in the aluminum alloy in a mass fraction less than 3.00%, preferably less than 2.00%, preferably less than 1.00%, preferably less at 0.50%. Preferably, the mass fraction of Ni is greater than 500 ppm, preferably greater than 0.10%, preferably greater than 0.15%, preferably greater than 0.20%, preferably greater than 0.30%, preferably greater than 0.40%.
Cet élément peut permettre d'augmenter la résistance mécanique de l'alliage par solution solide et/ou par dispersoïdes qui peuvent se former lors de la fabrication de la pièce ou lors de traitements thermiques post-fabrication. Cet élément présente une solubilité faible dans l'aluminium. L'ajout de cet élément peut permettre de durcir l'alliage sans avoir un impact significatif sur la conductivité. Cu et/ou Ag : This element can make it possible to increase the mechanical strength of the alloy by solid solution and/or by dispersoids which may form during the manufacture of the part or during post-manufacturing heat treatments. This element has low solubility in aluminum. Adding this element can harden the alloy without having a significant impact on conductivity. Cu and/or Ag:
Selon la présente invention, les éléments Cu et/ou Ag peuvent être présents dans l'alliage d'aluminium selon une fraction massique de 0,10 à 3,00 %, de préférence de 0,10 à 2,00 %, de préférence de 0,10 à 1,60%, de préférence de 0,10 à 1,00 %, de préférence de 0,10 à 0,70 % chacun et au total. According to the present invention, the Cu and/or Ag elements may be present in the aluminum alloy in a mass fraction of 0.10 to 3.00%, preferably 0.10 to 2.00%, preferably from 0.10 to 1.60%, preferably from 0.10 to 1.00%, preferably from 0.10 to 0.70% each and in total.
Ces éléments peuvent permettre d'augmenter la résistance mécanique de l'alliage par solution solide et/ou par précipités durcissants qui peuvent se former lors de la fabrication de la pièce ou lors de traitements thermiques post-fabrication. These elements can make it possible to increase the mechanical strength of the alloy by solid solution and/or by hardening precipitates which may form during the manufacture of the part or during post-manufacturing heat treatments.
SH SH
Selon la présente invention, l'élément Si peut être présent dans l'alliage d'aluminium selon une fraction massique inférieure à 3,00 %, de préférence inférieure à 2,00 %, de préférence inférieure à 1,00%, de préférence inférieure à 0,50 % ; dans un mode de réalisation, la teneur en Si est inférieure à 0,30 %, de préférence inférieure à 0,20 %. De préférence, la fraction massique de Si est supérieure à 500 ppm, de préférence supérieure à 0,10 %, de préférence supérieure à 0,15 %. According to the present invention, the element Si can be present in the aluminum alloy in a mass fraction of less than 3.00%, preferably less than 2.00%, preferably less than 1.00%, preferably less than 0.50%; in one embodiment, the Si content is less than 0.30%, preferably less than 0.20%. Preferably, the mass fraction of Si is greater than 500 ppm, preferably greater than 0.10%, preferably greater than 0.15%.
L'ajout de Si en présence de Zr peut conduire à la formation de phases grossières AlZrSi qui limiteraient le pouvoir durcissant du Zr après traitement thermique. The addition of Si in the presence of Zr can lead to the formation of coarse AlZrSi phases which would limit the hardening power of Zr after heat treatment.
Sc : Sc:
Selon la présente invention, l'élément Sc peut être présent dans l'alliage d'aluminium selon une fraction massique inférieure à 0,80 %, préférentiellement inférieure à 0,70 %, préférentiellement inférieure à 0,60 %, préférentiellement inférieure à 0,50 %, préférentiellement inférieure à 0,40 %, préférentiellement inférieure à 0,30 %. De préférence, la fraction massique de Sc est supérieure à 500 ppm, de préférence supérieure à 0,10 %, de préférence supérieure à 0,15 %, de préférence supérieure à 0,20 %. According to the present invention, the element Sc can be present in the aluminum alloy in a mass fraction less than 0.80%, preferably less than 0.70%, preferably less than 0.60%, preferably less than 0 .50%, preferably less than 0.40%, preferably less than 0.30%. Preferably, the mass fraction of Sc is greater than 500 ppm, preferably greater than 0.10%, preferably greater than 0.15%, preferably greater than 0.20%.
Cet élément peut présenter les mêmes effets techniques que les éléments Zr, Hf et Er. D'autre part, selon une variante de la présente invention, les inventeurs ont constaté qu'un bon compromis entre les propriétés mécaniques et la conductivité peut également être obtenu, de préférence après traitement thermique, en remplaçant au moins partiellement le groupe d'éléments Co, La, Ce, mischmétal, W, Ta, Mo et/ou Nb par Sc, selon les fractions massiques telles que décrites ci-avant. This element can present the same technical effects as the elements Zr, Hf and Er. On the other hand, according to a variant of the present invention, the inventors have found that a good compromise between the mechanical properties and the conductivity can also be obtained, preferably after heat treatment, by at least partially replacing the group of elements Co, La, Ce, mischmetal, W, Ta, Mo and/or Nb per Sc, according to the mass fractions as described above.
Mg, Zn et/ou Li : Mg, Zn and/or Li:
Selon la présente invention, les éléments Mg, Zn et/ou Li peuvent être présents dans l'alliage d'aluminium selon une fraction massique inférieure à 2,00 %, de préférence inférieure à 1,00 %, préférentiellement inférieure à 0,50 %, plus préférentiellement inférieure à 0,30 % chacun. De préférence, la fraction massique de Mg, Zn et/ou Li est supérieure à 500 ppm, de préférence supérieure à 0,10 %, de préférence supérieure à 0,15 % chacun. According to the present invention, the elements Mg, Zn and/or Li may be present in the aluminum alloy in a mass fraction of less than 2.00%, preferably less than 1.00%, preferably less than 0.50%, more preferably less than 0.30% each. Preferably, the mass fraction of Mg, Zn and/or Li is greater than 500 ppm, preferably greater than 0.10%, preferably greater than 0.15% each.
Ces éléments peuvent permettre d'augmenter la résistance mécanique de l'alliage par solution solide. Cependant, ces éléments sont sensibles à l'évaporation lors de la fusion laser ce qui peut conduire à la formation de fumées et à des instabilités des bains de fusion. L'ajout excessif de ces éléments peut abaisser significativement la conductivité électrique. Ainsi, selon un mode de réalisation, l'ajout de ces éléments est donc de préférence à éviter. These elements can increase the mechanical strength of the alloy by solid solution. However, these elements are sensitive to evaporation during laser melting, which can lead to the formation of smoke and instability of the melt pools. Excessive addition of these elements can significantly lower electrical conductivity. Thus, according to one embodiment, the addition of these elements is therefore preferably to be avoided.
Nd, Y, Tm, Lu, Yb, Sr, Ba, Sb, Bi, Ca, P, B, In et/ou Sn : Nd, Y, Tm, Lu, Yb, Sr, Ba, Sb, Bi, Ca, P, B, In and/or Sn:
Selon la présente invention, au moins un élément choisi parmi : Nd, Y, Tm, Lu, Yb, Sr, Ba, Sb, Bi, Ca, P, B, In et Sn peut être présent dans l'alliage d'aluminium selon une fraction massique inférieure ou égale à 1,00 %, de préférence inférieure ou égale à 0,50 %, préférentiellement inférieure ou égale à 0,30 %, plus préférentiellement inférieure ou égale à 0,10 %, encore plus préférentiellement inférieure ou égale à 700 ppm chacun, et inférieure ou égale à 2,00 %, de préférence inférieure ou égale à 1,00 %, de préférence inférieure ou égale à 0,50 %, de préférence inférieure ou égale à 0,30 % au total. De préférence, la fraction massique de Nd, Y, Tm, Lu, Yb, Sr, Ba, Sb, Bi, Ca, P, B, In et Sn est supérieure à 100 ppm, de préférence supérieure à 300 ppm, de préférence supérieure à 500 ppm chacun et au total. According to the present invention, at least one element chosen from: Nd, Y, Tm, Lu, Yb, Sr, Ba, Sb, Bi, Ca, P, B, In and Sn may be present in the aluminum alloy according to a mass fraction less than or equal to 1.00%, preferably less than or equal to 0.50%, preferably less than or equal to 0.30%, more preferably less than or equal to 0.10%, even more preferably less than or equal at 700 ppm each, and less than or equal to 2.00%, preferably less than or equal to 1.00%, preferably less than or equal to 0.50%, preferably less than or equal to 0.30% in total. Preferably, the mass fraction of Nd, Y, Tm, Lu, Yb, Sr, Ba, Sb, Bi, Ca, P, B, In and Sn is greater than 100 ppm, preferably greater than 300 ppm, preferably greater at 500 ppm each and in total.
Ces éléments peuvent permettre d'augmenter la résistance mécanique de l'alliage par solution solide et/ou par dispersoïdes qui peuvent se former lors de la fabrication de la pièce ou lors de traitements thermiques post-fabrication. Cependant, l'ajout excessif de ces éléments peut dégrader la conductivité de l'alliage c'est pour cette raison que, selon un mode de réalisation, leur ajout est préférentiellement selon une fraction massique inférieure à 700 ppm chacun.These elements can make it possible to increase the mechanical strength of the alloy by solid solution and/or by dispersoids which can form during the manufacture of the part or during post-manufacturing heat treatments. However, the excessive addition of these elements can degrade the conductivity of the alloy, which is why, according to one embodiment, their addition is preferably in a mass fraction of less than 700 ppm each.
Il est à noter que, de préférence, les alliages selon la présente invention ne sont pas des alliages de type AA6xxx, en raison de l'absence d'ajout simultané de Si et Mg en quantités supérieures à 0,2 %. It should be noted that, preferably, the alloys according to the present invention are not AA6xxx type alloys, due to the absence of simultaneous addition of Si and Mg in quantities greater than 0.2%.
Le procédé peut comporter, suite à la formation des couches, c'est-à-dire suite à la formation de la pièce finale, une application d’au moins un traitement thermique. Ce traitement est également appelé traitement thermique post-fabrication ou post-traitement. Le traitement thermique post-fabrication peut être ou comporter un revenu ou un recuit. Il peut également comporter une mise en solution et une trempe, même si on préfère les éviter. Il peut également comporter une compression isostatique à chaud. Selon une première variante, afin de privilégier les propriétés mécaniques, le traitement thermique post-fabrication peut être effectué : à une température T' supérieure 400°C, auquel cas la durée du traitement thermique post-fabrication est comprise de 0,1 h à 50 h, de préférence de 0,1 h à 10 h ; ou à une température T' comprise de 300°C à 400°C, auquel cas la durée du traitement thermique post-fabrication est comprise de 0,1 h à 200 h. The process may include, following the formation of the layers, that is to say following the formation of the final part, an application of at least one heat treatment. This treatment is also called post-manufacturing heat treatment or post-processing. Post-manufacturing heat treatment may be or include tempering or annealing. It can also include solution and quenching, even if we prefer to avoid them. It may also feature hot isostatic compression. According to a first variant, in order to favor the mechanical properties, the post-manufacturing heat treatment can be carried out: at a temperature T' greater than 400°C, in which case the duration of the post-manufacturing heat treatment is between 0.1 h and 50 hours, preferably from 0.1 hours to 10 hours; or at a temperature T' between 300°C and 400°C, in which case the duration of the post-manufacturing heat treatment is between 0.1 h and 200 h.
Selon une deuxième variante, afin de privilégier les propriétés de conduction thermique ou électrique, le traitement thermique post-fabrication peut être effectué à une température T' supérieure ou égale à 350°C ou à 400°C pour une durée de 0,1 h à 200 h, de façon à obtenir une conductivité thermique ou électrique optimale. According to a second variant, in order to favor the thermal or electrical conduction properties, the post-manufacturing heat treatment can be carried out at a temperature T' greater than or equal to 350°C or 400°C for a duration of 0.1 h at 200 h, so as to obtain optimal thermal or electrical conductivity.
Selon une autre variante, des traitements thermiques post-fabrication bi-palier peuvent permettre de maximiser la conductivité électrique. Ces traitements consistent à faire d'abord un premier palier à une température T'1 supérieure à 450°C pour une durée de 0,1 h à 100 h, suivi d'un deuxième palier à une température T'2 comprise de 300°C à 450°C pour une durée de 0,1 h à 200 h. According to another variant, two-stage post-manufacturing heat treatments can make it possible to maximize electrical conductivity. These treatments consist of first making a first level at a temperature T'1 greater than 450°C for a duration of 0.1 h to 100 h, followed by a second level at a temperature T'2 of 300°C. C to 450°C for a duration of 0.1 h to 200 h.
Selon une autre variante, des traitements thermiques post-fabrication bi-palier peuvent permettre de maximiser la conductivité électrique et/ou la dureté. Ces traitements consistent à faire d'abord un premier palier à une température T'1 inférieure à 380°C pour une durée de 0,1 h à 200 h, suivi d'un deuxième palier à une température T'2 comprise de 380°C à 450°C pour une durée de 0,1 h à 200 h. According to another variant, two-stage post-manufacturing heat treatments can make it possible to maximize the electrical conductivity and/or hardness. These treatments consist of first making a first level at a temperature T'1 lower than 380°C for a duration of 0.1 h to 200 h, followed by a second level at a temperature T'2 of 380°C. C to 450°C for a duration of 0.1 h to 200 h.
Selon une autre variante, des traitements thermiques post-fabrication tri-palier peuvent permettre de maximiser la conductivité électrique et/ou la dureté. Ces traitements consistent à faire d'abord un premier palier à une température T'1 comprise de 250°C à 450°C pour une durée de 0,1 h à 200 h, suivi d'un deuxième palier à une température T'2 supérieure à 450°C pour une durée de 0,1 h à 100 h, suivi d'un troisième palier à une température T'3 comprise de 250°C à 450°C pour une durée de 0,1 h à 200 h. According to another variant, three-stage post-manufacturing heat treatments can make it possible to maximize the electrical conductivity and/or hardness. These treatments consist of first making a first level at a temperature T'1 of 250°C to 450°C for a duration of 0.1 h to 200 h, followed by a second level at a temperature T'2 greater than 450°C for a duration of 0.1 h to 100 h, followed by a third level at a temperature T'3 of 250°C to 450°C for a duration of 0.1 h to 200 h.
Des traitements multi-palier avec un nombre de paliers supérieur à 3 peuvent aussi être envisagés. Multi-level treatments with a number of levels greater than 3 can also be considered.
Selon un mode de réalisation, le procédé peut comporter une compression isostatique à chaud (CIC). Le traitement CIC peut notamment permettre d'améliorer les propriétés d'allongement et les propriétés en fatigue. La compression isostatique à chaud peut être réalisée avant, après ou à la place du traitement thermique post-fabrication. Avantageusement, la compression isostatique à chaud est réalisée à une température de 250°C à 500°C et de préférence de 300°C à 450°C, à une pression de 500 à 3000 bars et pendant une durée de 0,5 à 100 heures. Selon un mode de réalisation avantageux, le procédé ne comporte pas de trempe suite à la formation des couches, c'est-à-dire suite à la formation de la pièce finale, ou suite au traitement thermique post-fabrication. Ainsi, de préférence, le procédé ne comporte pas d’étapes de mise en solution suivie d’une trempe. According to one embodiment, the method may include hot isostatic compression (CIC). The CIC treatment can in particular make it possible to improve the elongation properties and the fatigue properties. Hot isostatic pressing can be performed before, after or instead of post-manufacturing heat treatment. Advantageously, the hot isostatic compression is carried out at a temperature of 250°C to 500°C and preferably from 300°C to 450°C, at a pressure of 500 to 3000 bars and for a duration of 0.5 to 100 hours. According to an advantageous embodiment, the process does not include quenching following the formation of the layers, that is to say following the formation of the final part, or following the post-manufacturing heat treatment. Thus, preferably, the process does not include solution steps followed by quenching.
Le recours à un traitement thermique post-fabrication, la fabrication étant réalisée par un procédé de fabrication additive, peut permettre de créer des conditions de détente permettant d'éliminer les contraintes résiduelles ainsi qu'une précipitation de phases durcissantes. On parle également de détente thermique. Les inventeurs ont observé qu'il était préférable que la température de consigne T' du traitement thermique post-fabrication soit comprise de 300°C à 500°C. The use of post-manufacturing heat treatment, the manufacturing being carried out by an additive manufacturing process, can make it possible to create relaxation conditions making it possible to eliminate residual stresses as well as a precipitation of hardening phases. We also speak of thermal expansion. The inventors observed that it was preferable for the set temperature T' of the post-manufacturing heat treatment to be between 300°C and 500°C.
L’éventuel traitement thermique et/ou la compression isostatique à chaud permet en particulier d'augmenter la dureté ou la limite élastique et la conductivité électrique du produit obtenu. Il est cependant à noter que, généralement, plus la température est élevée, plus on favorise la conductivité (électrique ou thermique) au détriment des résistances mécaniques. The possible heat treatment and/or hot isostatic compression makes it possible in particular to increase the hardness or the elastic limit and the electrical conductivity of the product obtained. However, it should be noted that, generally, the higher the temperature, the more conductivity (electrical or thermal) is favored to the detriment of mechanical resistance.
Selon un mode de réalisation, outre la température T' du traitement thermique post-fabrication, la montée en température, initiant le traitement thermique post-fabrication, est de préférence la plus rapide possible. Par exemple, au cours de la montée en température, la vitesse de montée en température AT' (usuellement désignée par l'homme du métier par « heating rate » en °C par minute ou en °C par seconde) est de préférence supérieure à 5°C par minute ou supérieure à 10°C par minute, ou encore de préférence supérieure à 20°C par minute et plus avantageusement supérieure à 40°C par minute, et plus avantageusement supérieure à 100°C par minute. Par montée en température, on entend la montée en température à laquelle la pièce est soumise au cours du traitement thermique post-fabrication. Il semble optimal que la montée en température soit instantanée, c'est-à-dire que la pièce fabriquée soit soumise, dès le début du traitement thermique post-fabrication, à la température de consigne T' du traitement thermique post-fabrication. Une montée en température instantanée peut être obtenue en plaçant la pièce fabriquée dans un four chaud, déjà porté à la température de consigne T', ou par un moyen de chauffage rapide de type lit fluidisé ou bain de sel fondu. La montée en température peut également être assurée par un chauffage par induction. According to one embodiment, in addition to the temperature T' of the post-manufacturing heat treatment, the rise in temperature, initiating the post-manufacturing heat treatment, is preferably as rapid as possible. For example, during the temperature rise, the temperature rise speed AT' (usually designated by those skilled in the art by "heating rate" in °C per minute or in °C per second) is preferably greater than 5°C per minute or greater than 10°C per minute, or preferably greater than 20°C per minute and more advantageously greater than 40°C per minute, and more advantageously greater than 100°C per minute. By temperature rise, we mean the rise in temperature to which the part is subjected during post-manufacturing heat treatment. It seems optimal that the rise in temperature is instantaneous, that is to say that the manufactured part is subjected, from the start of the post-manufacturing heat treatment, to the set temperature T' of the post-manufacturing heat treatment. An instantaneous rise in temperature can be obtained by placing the manufactured part in a hot oven, already brought to the set temperature T', or by a rapid heating means such as a fluidized bed or molten salt bath. The temperature rise can also be ensured by induction heating.
Pour une même montée en température à l'extérieur de la pièce, la variation de température à l'intérieur de la pièce dépend notamment du milieu chauffant (liquide ou air ou gaz inerte) ainsi que de la forme de la pièce. En particulier, la température dans l'épaisseur ou à la surface de la pièce peut être différente. C'est la raison pour laquelle la montée en température précédemment évoquée correspond à la température à l'extérieur de la pièce. La combinaison d'une température de préchauffage T, d'une température de traitement thermique postfabrication T' et d'une vitesse de montée en température AT', lors de la montée en température du traitement thermique post-fabrication, dans les plages de valeurs pré-citées, permet l'obtention de pièces présentant une bonne résistance à la fissuration thermiques. For the same temperature rise outside the room, the temperature variation inside the room depends in particular on the heating medium (liquid or air or inert gas) as well as the shape of the room. In particular, the temperature in the thickness or on the surface of the part may be different. This is the reason why the rise in temperature previously mentioned corresponds to the temperature outside the room. The combination of a preheating temperature T, a post-fabrication heat treatment temperature T' and a temperature rise speed AT', during the rise in temperature of the post-fabrication heat treatment, in the pre-value ranges cited, makes it possible to obtain parts with good resistance to thermal cracking.
Selon un autre mode de réalisation, adapté aux alliages à durcissement structural, on peut réaliser une mise en solution suivie d'une trempe et d'un revenu de la pièce formée et/ou une compression isostatique à chaud. La compression isostatique à chaud peut dans ce cas avantageusement se substituer à la mise en solution. According to another embodiment, suitable for structurally hardening alloys, a solution can be carried out followed by quenching and tempering of the formed part and/or hot isostatic compression. Hot isostatic compression can in this case advantageously replace dissolution.
Cependant le procédé selon l'invention est avantageux, car il ne nécessite de préférence pas de traitement de mise en solution suivi de trempe. La mise en solution peut avoir un effet néfaste sur la résistance mécanique dans certains cas en participant à un grossissement des dispersoïdes ou des phases intermétalliques fines. De préférence, le procédé selon la présente invention ne comporte pas de mise en solution et/ou trempe suite à la formation des couches, c'est-à-dire suite à la formation de la pièce finale, ou suite au traitement thermique post-fabrication.However, the process according to the invention is advantageous, because it preferably does not require solution treatment followed by quenching. Solution processing can have a detrimental effect on mechanical strength in certain cases by contributing to a coarsening of dispersoids or fine intermetallic phases. Preferably, the process according to the present invention does not include solution and/or quenching following the formation of the layers, that is to say following the formation of the final part, or following the post-heat treatment. manufacturing.
De préférence, le procédé selon la présente invention est tel que la pièce 20 présente : Preferably, the method according to the present invention is such that the part 20 presents:
A l'état brut de fabrication, une conductivité électrique supérieure à 6 MS/m, de préférence supérieure à 7 MS/m, de préférence supérieure à 8 MS/m ; et In the as-manufactured state, an electrical conductivity greater than 6 MS/m, preferably greater than 7 MS/m, preferably greater than 8 MS/m; And
A l'état brut de fabrication, une dureté Knoop HK0,05 inférieure à 140, de préférence inférieure à 130, de préférence inférieure à 120 ; et In the as-manufactured state, a Knoop HK0.05 hardness less than 140, preferably less than 130, preferably less than 120; And
Après un post-traitement de 4 heures à 400°C, une dureté Knoop HK0,05 supérieure à 70, de préférence supérieure à 80, de préférence supérieure à 90, de préférence supérieure à 100, de préférence supérieure à 114. After post-treatment for 4 hours at 400°C, a Knoop HK0.05 hardness greater than 70, preferably greater than 80, preferably greater than 90, preferably greater than 100, preferably greater than 114.
Selon un mode de réalisation, le procédé selon la présente invention comporte en outre optionnellement un traitement d'usinage, et/ou un traitement de surface chimique, électrochimique ou mécanique, et/ou une tribofinition. Ces traitements peuvent être réalisés notamment pour réduire la rugosité et/ou améliorer la résistance à la corrosion et/ou améliorer la résistance à l'initiation de fissures en fatigue. According to one embodiment, the method according to the present invention further optionally comprises a machining treatment, and/or a chemical, electrochemical or mechanical surface treatment, and/or a tribofinishing. These treatments can be carried out in particular to reduce roughness and/or improve corrosion resistance and/or improve resistance to fatigue crack initiation.
Optionnellement, il est possible de réaliser une déformation mécanique de la pièce, par exemple après la fabrication additive et/ou avant le traitement thermique. Optionally, it is possible to carry out mechanical deformation of the part, for example after additive manufacturing and/or before heat treatment.
Bien que décrit en lien avec une méthode de fabrication additive de type LPBF, le procédé peut être appliqué à d’autres méthodes de fabrication additive de type WAAM (Wire plus Arc Additive Manufacturing), évoqué en lien avec l’art antérieur. La Figure 2 représente une telle alternative. Une source d’énergie 31, en l’occurrence une torche, forme un arc électrique 32. Dans ce dispositif, la torche 31 est maintenue par un robot de soudage 33. La pièce 20 à fabriquer est disposée sur un support 10. Dans cet exemple, la pièce fabriquée est un mur s'étendant selon un axe transversal Z perpendiculairement à un plan XY défini par le support 10. Sous l'effet de l'arc électrique 12, un fil d'apport 35 entre en fusion pour former un cordon de soudure. Le robot de soudage est commandé par un modèle numérique M. Il est déplacé de façon à former différentes couches 20i...20n, empilées les unes sur les autres, formant le mur 20, chaque couche correspondant à un cordon de soudure. Chaque couche 20i...20n s'étend dans le plan XY, selon un motif défini par le modèle numérique M. Although described in connection with an additive manufacturing method of the LPBF type, the process can be applied to other additive manufacturing methods of the WAAM (Wire plus Arc Additive Manufacturing) type, mentioned in connection with the prior art. Figure 2 represents such an alternative. An energy source 31, in this case a torch, forms an electric arc 32. In this device, the torch 31 is held by a welding robot 33. The part 20 to be manufactured is arranged on a support 10. In this example, the manufactured part is a wall extending along a transverse axis Z perpendicular to a plane XY defined by the support 10. Under the effect of the electric arc 12, a wire of contribution 35 melts to form a weld bead. The welding robot is controlled by a digital model M. It is moved so as to form different layers 20i...20 n , stacked on top of each other, forming the wall 20, each layer corresponding to a weld bead. Each layer 20i...20 n extends in the XY plane, according to a pattern defined by the digital model M.
Le diamètre du fil d'apport est de préférence inférieur à 3 mm. Il peut être compris de 0,5 mm à 3 mm et est de préférence compris de 0,5 mm à 2 mm, voire de 1 mm à 2 mm. Il est par exemple de 1,2 mm. The diameter of the filler wire is preferably less than 3 mm. It can be from 0.5 mm to 3 mm and is preferably from 0.5 mm to 2 mm, or even from 1 mm to 2 mm. It is for example 1.2 mm.
D'autres procédés sont par ailleurs envisageables, par exemple, et de façon non limitative :Other processes are also possible, for example, and in a non-limiting manner:
- frittage sélectif par laser (Selective Laser Sintering) ; - selective laser sintering;
- frittage direct du métal par laser (Direct Metal Laser Sintering) ; - direct metal laser sintering (Direct Metal Laser Sintering);
- frittage sélectif par chauffage (Selective Heat Sintering) ; - selective sintering by heating (Selective Heat Sintering);
- fusion par faisceau d'électrons (Electron Beam Melting) ; - electron beam melting (Electron Beam Melting);
- dépôt par fusion laser (Laser Melting Deposition) ; - deposition by laser fusion (Laser Melting Deposition);
- dépôt direct par apport d'énergie (Direct Energy Deposition) ; - direct deposit by energy input (Direct Energy Deposition);
- dépôt direct de métal (Direct Metal Deposition) ; - direct metal deposition (Direct Metal Deposition);
- dépôt direct par laser (Direct Laser Deposition) ; - direct laser deposition (Direct Laser Deposition);
- technologie de dépôt par Laser (Laser Deposition Technology) ; - Laser Deposition Technology;
- ingénierie de formes nettes par laser (Laser Engineering Net Shaping) ; - laser engineering of net shapes (Laser Engineering Net Shaping);
- technologie de plaquage par laser (Laser Cladding Technology) ; - laser cladding technology (Laser Cladding Technology);
- technologie de fabrication de formes libres par laser (Laser Freeform Manufacturing Technology) ; - laser freeform manufacturing technology (Laser Freeform Manufacturing Technology);
- dépôt par fusion laser (Laser Metal Deposition) ; - deposition by laser fusion (Laser Metal Deposition);
- pulvérisation à froid (Cold Spray Consolidation) ; - cold spray (Cold Spray Consolidation);
- fabrication additive par friction (Additive Friction Stir) ; - additive manufacturing by friction (Additive Friction Stir);
- frittage par étincelle au plasma ou frittage flash (Field Assisted Sintering Technology ou spark plasma sintering) ; ou - plasma spark sintering or flash sintering (Field Assisted Sintering Technology or spark plasma sintering); Or
- soudage par friction rotative (Inertia Rotary Friction Welding). - rotary friction welding (Inertia Rotary Friction Welding).
Les solutions selon la présente invention sont particulièrement adaptées pour le procédé de pulvérisation à froid (dit de « cold spray »), notamment à cause d'une faible dureté de la poudre, ce qui facilite la déposition. La pièce peut ensuite être durcie par un recuit de durcissement (post-traitement thermique). Les solutions selon la présente invention sont particulièrement adaptées pour les applications dans les domaines électrique, électronique et des échangeurs de chaleur. The solutions according to the present invention are particularly suitable for the cold spray process, in particular because of the low hardness of the powder, which facilitates deposition. The part can then be hardened by hardening annealing (heat post-treatment). The solutions according to the present invention are particularly suitable for applications in the electrical, electronic and heat exchanger fields.
L'invention sera exposée plus en détail dans les exemples ci-après, qui sont donnés à titre illustratif et non limitatif. The invention will be explained in more detail in the examples below, which are given by way of illustration and not limitation.
EXEMPLES EXPERIMENTAUX EXPERIMENTAL EXAMPLES
Exemple 1 Example 1
Les alliages testés ont été coulés dans un moule en cuivre en utilisant une machine Induthem VC 650V pour obtenir des lingots de 130 mm de hauteur, de 95 mm de largeur et de 5 mm d'épaisseur. The tested alloys were cast in a copper mold using an Induthem VC 650V machine to obtain ingots measuring 130 mm in height, 95 mm in width and 5 mm in thickness.
Les alliages tels que décrits dans le Tableau 1 ci-après ont été testés par une méthode de prototypage rapide. Des échantillons ont été usinés pour le balayage de la surface avec un laser, sous forme de plaquettes de dimensions 60 x 22 x 3 mm, à partir des lingots obtenus ci-avant. Les plaquettes ont été placées dans une machine LPBF et des balayages de la surface ont été effectués avec un laser en suivant la même stratégie de balayage et des conditions de procédé représentatives de celles utilisées pour le procédé LPBF. Il a en effet été constaté qu'il était possible de cette manière d'évaluer l'aptitude des alliages au procédé LPBF et notamment, la sensibilité à la fissuration à chaud, la dureté à l'état brut et après traitement thermique, la conductivité électrique à l'état brut et après traitement thermique. The alloys as described in Table 1 below were tested by a rapid prototyping method. Samples were machined for scanning the surface with a laser, in the form of wafers measuring 60 x 22 x 3 mm, from the ingots obtained above. The wafers were placed in an LPBF machine and scans of the surface were performed with a laser following the same scanning strategy and process conditions representative of those used for the LPBF process. It was indeed found that it was possible in this way to evaluate the suitability of alloys for the LPBF process and in particular, the sensitivity to hot cracking, the hardness in the raw state and after heat treatment, the conductivity electrical in its raw state and after heat treatment.
Sous le faisceau laser, le métal fond dans un bain d'à peu près 500 pm d'épaisseur. Après le passage du laser, le métal refroidit rapidement comme dans le procédé LPBF. Après le balayage laser, une fine couche en surface d'à peu près 500 pm d'épaisseur a été fondue puis solidifiée. Les propriétés du métal dans cette couche sont proches des propriétés du métal au cœur d'une pièce fabriquée par LPBF, car les paramètres de balayage ont été judicieusement choisis. Le balayage laser de la surface des différents échantillons a été effectué à l’aide d’une machine de fusion laser sélective sur lit de poudre (LPBF) FormUP® 350 de marque AddUp. La source laser avait une puissance de 400 W, l'écart vecteur était de 60 pm, la vitesse de balayage était de 500 mm/s et le diamètre du faisceau était de 65 pm. Under the laser beam, the metal melts in a bath approximately 500 pm thick. After passing the laser, the metal cools quickly as in the LPBF process. After laser scanning, a thin surface layer approximately 500 μm thick was melted and then solidified. The properties of the metal in this layer are close to the properties of the metal at the core of a part manufactured by LPBF, because the scanning parameters have been carefully chosen. Laser scanning of the surface of the different samples was carried out using an AddUp brand FormUP® 350 selective laser powder bed fusion (LPBF) machine. The laser source had a power of 400 W, the vector spacing was 60 pm, the scanning speed was 500 mm/s and the beam diameter was 65 pm.
Sur chaque plaquette, deux surfaces rectangulaires de 5 mm x 35 mm chacune ont été refondues pour les mesures de dureté et une surface rectangulaire de 15 mm x 18 mm a été refondue pour la mesure de la conductivité électrique. On each wafer, two rectangular surfaces of 5 mm x 35 mm each were remelted for hardness measurements and one rectangular surface of 15 mm x 18 mm was remelted for electrical conductivity measurement.
La Figure 3 montre un exemple de plaquette après refusion laser. La référence 1 correspond aux deux surfaces rectangulaires refondues et utilisées pour la mesure de dureté, la référence 2 correspond à la surface rectangulaire refondue et utilisée pour la mesure de la conductivité électrique et la référence 3 correspond à la surface non refondue de la plaquette initiale.Figure 3 shows an example of a wafer after laser reflow. Reference 1 corresponds to the two rectangular surfaces remelted and used for hardness measurement, reference 2 corresponds to the rectangular surface remelted and used for measuring electrical conductivity and reference 3 corresponds to the non-remelted surface of the initial wafer.
Suite à chaque essai, un post-traitement thermique a été appliqué sur certains échantillons. Le traitement thermique était de type recuit, à une température de 400°C, durant 1 heure, ou 4 heures, ou 7 heures. Following each test, a thermal post-treatment was applied to certain samples. The heat treatment was annealing, at a temperature of 400°C, for 1 hour, or 4 hours, or 7 hours.
Mesure de dureté Knoop Knoop hardness measurement
La dureté est une propriété importante pour les alliages. En effet, si la dureté dans la couche refondue par balayage de la surface avec un laser est élevée, une pièce fabriquée avec le même alliage aura une limite élastique élevée. Hardness is an important property for alloys. Indeed, if the hardness in the layer recast by scanning the surface with a laser is high, a part made with the same alloy will have a high elastic limit.
Pour évaluer la dureté de la couche refondue, les plaquettes obtenues ci-avant ont été coupées dans le plan perpendiculaire à la direction des passes du laser et ont ensuite été polies. Après polissage, des mesures de dureté ont été effectuées dans la couche refondue. La mesure de dureté a été effectuée avec un appareil de modèle Durascan de Struers. La méthode de dureté Knoop 50 g avec la grande diagonale de l'empreinte placée parallèlement au plan de la couche refondue a été choisie pour garder suffisamment de distance entre l'empreinte et le bord de l'échantillon. 30 empreintes ont été positionnées à mi-épaisseur de la couche refondue. La Figure 4 montre un exemple de la mesure de dureté. La référence 4 correspond à la couche refondue, la référence 5 correspond à une empreinte de dureté Knoop et la référence 6 correspond à la zone non-refondue. To evaluate the hardness of the recast layer, the wafers obtained above were cut in the plane perpendicular to the direction of the laser passes and were then polished. After polishing, hardness measurements were carried out in the recast layer. The hardness measurement was carried out with a Durascan model device from Struers. The Knoop 50 g hardness method with the long diagonal of the indentation placed parallel to the plane of the recast layer was chosen to keep sufficient distance between the indentation and the edge of the sample. 30 indentations were positioned at mid-thickness of the recast layer. Figure 4 shows an example of the hardness measurement. Reference 4 corresponds to the remelted layer, reference 5 corresponds to a Knoop hardness imprint and reference 6 corresponds to the non-remelted zone.
La dureté a été mesurée selon l'échelle Knoop avec une charge de 50 g après traitement laser (à l'état brut) et après un traitement thermique supplémentaire à 400°C pendant des durées variables, permettant notamment d'évaluer l'aptitude de l'alliage au durcissement lors d'un traitement thermique et l'effet d'un éventuel traitement CIC sur les propriétés mécaniques et la conductivité électrique. The hardness was measured according to the Knoop scale with a load of 50 g after laser treatment (in the raw state) and after additional heat treatment at 400°C for variable durations, making it possible in particular to assess the ability to the alloy hardening during heat treatment and the effect of a possible CIC treatment on the mechanical properties and electrical conductivity.
Mesure de conductivité électrique Electrical conductivity measurement
La surface rectangulaire refondue de 15 mm x 18 mm de chaque plaquette a été soumise à des mesures de conductivité électrique, en se basant sur le fait que la conductivité électrique évolue de façon similaire à la conductivité thermique. Une relation de dépendance linéaire entre la conductivité thermique et de la conductivité électrique, selon la loi de Wiedemann Franz, a été validée dans la publication Hatch "Aluminium properties and physical metallurgy" ASM Metals Park, OH, 1988. Les mesures de conductivité électrique ont été effectuées au centre de la surface refondue dans le plan de la grande face des plaquettes (plan parallèle à la direction des passes du laser). Les mesures de conductivité ont été effectuées à l'état brut (sans traitement thermique post-fabrication) et après un traitement thermique à 400°C pendant des durées variables de 1 heure, 4 heures ou 7 heures. Une moyenne de 5 mesures différentes a été effectuée pour chaque condition. The 15 mm x 18 mm recast rectangular surface of each wafer was subjected to electrical conductivity measurements, based on the fact that electrical conductivity evolves similarly to thermal conductivity. A linear dependence relationship between thermal conductivity and electrical conductivity, according to Wiedemann Franz's law, was validated in the Hatch publication "Aluminium properties and physical metallurgy" ASM Metals Park, OH, 1988. Electrical conductivity measurements have was carried out at the center of the recast surface in the plane of the large face of the wafers (plane parallel to the direction of the laser passes). The conductivity measurements were carried out in the raw state (without treatment thermal post-manufacturing) and after heat treatment at 400°C for varying periods of 1 hour, 4 hours or 7 hours. An average of 5 different measurements was taken for each condition.
Les mesures de conductivité ont été effectuées à une température d'environ 20°C en utilisant un appareil de mesure de type Foerster Sigmatest 2.069 à une fréquence de 960 kHz. Le choix de cette fréquence permet de restreindre la profondeur de mesure de la conductivité électrique au niveau de la zone refondue de la plaquette. The conductivity measurements were carried out at a temperature of approximately 20°C using a Foerster Sigmatest 2.069 type measuring device at a frequency of 960 kHz. The choice of this frequency makes it possible to restrict the depth of measurement of the electrical conductivity at the level of the remelted zone of the wafer.
La composition des alliages d’aluminium testés est présentée dans le Tableau 1 ci-après, en pourcentages massiques. On a utilisé un alliage de référence :1a composition N° 1, qui comporte de l’aluminium, ainsi que les éléments d’alliages suivants : Fe (1,00 %) et Zr (1,20 %). The composition of the aluminum alloys tested is presented in Table 1 below, in percentages by weight. We used a reference alloy: composition No. 1, which contains aluminum, as well as the following alloying elements: Fe (1.00%) and Zr (1.20%).
[Tableau 1]
Figure imgf000023_0001
[Table 1]
Figure imgf000023_0001
Le Tableau 2 ci-après montre les valeurs de dureté Knoop (HK0,05) et de conductivité électrique mesurées pour chaque alliage, après refusion laser, à l'état brut (0 heure de traitement thermique). Table 2 below shows the Knoop hardness (HK0.05) and electrical conductivity values measured for each alloy, after laser remelting, in the raw state (0 hours of heat treatment).
[Tableau 2]
Figure imgf000023_0002
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[Table 2]
Figure imgf000023_0002
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Le Tableau 3 ci-après montre les valeurs de dureté Knoop (HK0,05) et de conductivité électrique mesurées pour chaque alliage, après refusion laser, et après un recuit à 400°C, réalisé après la refusion laser, pendant 1 heure. [Tableau 3]
Figure imgf000024_0002
Table 3 below shows the Knoop hardness (HK0.05) and electrical conductivity values measured for each alloy, after laser remelting, and after annealing at 400°C, carried out after laser remelting, for 1 hour. [Table 3]
Figure imgf000024_0002
Le Tableau 4 ci-après montre les valeurs de dureté Knoop (HK0,05) et de conductivité électrique mesurées pour chaque alliage, après refusion laser, et après un recuit à 400°C, réalisé après la refusion laser, pendant 4 heures. Table 4 below shows the Knoop hardness (HK0.05) and electrical conductivity values measured for each alloy, after laser remelting, and after annealing at 400°C, carried out after laser remelting, for 4 hours.
[Tableau 4]
Figure imgf000024_0003
Le Tableau 5 ci-après montre les valeurs de dureté Knoop (HK0,05) et de conductivité électrique mesurées pour chaque alliage, après refusion laser, et après un recuit à 400°C, réalisé après la refusion laser, pendant 7 heures.
[Table 4]
Figure imgf000024_0003
Table 5 below shows the Knoop hardness (HK0.05) and electrical conductivity values measured for each alloy, after laser remelting, and after annealing at 400°C, carried out after laser remelting, for 7 hours.
[Tableau 5]
Figure imgf000025_0001
[Table 5]
Figure imgf000025_0001
Les résultats des Tableaux 2, 3, 4 et 5 montrent que, pour l'ensemble des solutions testées, les valeurs de conductivité et de dureté étaient les plus faibles à l'état brut. Le traitement thermique supplémentaire effectué à 400°C, a permis d'augmenter à la fois la conductivité électrique et la dureté Knoop (HK0,05) par rapport à l'état brut. The results in Tables 2, 3, 4 and 5 show that, for all the solutions tested, the conductivity and hardness values were the lowest in the raw state. The additional heat treatment carried out at 400°C made it possible to increase both the electrical conductivity and the Knoop hardness (HK0.05) compared to the raw state.
Pour l'ensemble des solutions testées, la conductivité maximale a été obtenue après 7 heures à 400°C. For all of the solutions tested, maximum conductivity was obtained after 7 hours at 400°C.
Pour l'ensemble des solution testées, la dureté maximale a été obtenue après un traitement à 400°C entre 1 heure et 7 heures. La durée permettant de maximiser la dureté semblait être comprise entre 0,5 heure et 10 heures pour l'ensemble des solutions testées. For all of the solutions tested, maximum hardness was obtained after treatment at 400°C between 1 hour and 7 hours. The duration allowing hardness to be maximized seemed to be between 0.5 hours and 10 hours for all of the solutions tested.
Une augmentation de la durée du traitement thermique à 400°C pour des durées supérieures à 10 heures permettrait d'augmenter d'avantage la conductivité thermique mais abaisserait la dureté. An increase in the duration of the heat treatment at 400°C for periods greater than 10 hours would further increase the thermal conductivity but would lower the hardness.
Le choix du traitement thermique final peut ainsi être choisi en fonction de l'application visée. Pour les alliages contenant du Sc, une température de traitement thermique comprise de 300 à 400°C pour une durée de 0,5 heure à 10 heures pourrait être optimale pour maximiser la dureté. Par exemple une température de 325°C et une durée de 4 heures. The choice of final heat treatment can thus be chosen according to the intended application. For alloys containing Sc, a heat treatment temperature ranging from 300 to 400°C for a duration of 0.5 hours to 10 hours could be optimal to maximize hardness. For example a temperature of 325°C and a duration of 4 hours.
L'alliage de référence N°1 a permis d'obtenir la conductivité électrique la plus élevée pour l'ensemble des conditions testées : à l'état brut (sans traitement thermique post-fabrication) et après un traitement thermique à 400°C pendant des durées variables de 1 heure, 4 heures ou 7 heures. Le meilleure compromis dureté Knoop (HK0,05)/conductivité électrique (MS/m) pour cet alliage a été obtenu pour un traitement thermique post-fabrication de 4 heures à 400°C avec des valeurs respectives de 113,32 HK0,05 pour la dureté et de 28,64 MS/m pour la conductivité. Cet alliage offre un excellent candidat pour les applications nécessitant une haute conductivité thermique ou électrique comme les échangeurs de chaleur, les dissipateurs thermiques, les boîtiers électroniques, les antennes RF, etc... Cependant la dureté maximale offerte par cet alliage (113,32 HK0,05) reste insuffisante pour certaines applications ne nécessitant pas de performances particulières en termes de conductivité électrique, mais qui requièrent une haute résistance mécanique, comme les pièces de structures, les blocs hydrauliques, etc... Reference alloy No. 1 made it possible to obtain the highest electrical conductivity for all the conditions tested: in the raw state (without post-manufacturing heat treatment) and after heat treatment at 400°C for variable durations of 1 hour, 4 hours or 7 hours. The best Knoop hardness (HK0.05)/electrical conductivity (MS/m) compromise for this alloy was obtained for a post-manufacturing heat treatment of 4 hours at 400°C with respective values of 113.32 HK0.05 for hardness and 28.64 MS/m for conductivity. This alloy offers an excellent candidate for applications requiring high thermal or electrical conductivity such as heat exchangers, heat sinks, electronic enclosures, RF antennas, etc... However the maximum hardness offered by this alloy (113.32 HK0.05) remains insufficient for certain applications not requiring particular performance in terms of electrical conductivity, but which require high mechanical resistance, such as structural parts, hydraulic blocks, etc.
Les tableaux 4 et 5 montrent que l'ensemble des alliages de l'invention permettent d'offrir, après traitement thermique, une dureté Knoop (HK0,05) supérieure à celle de l'alliage de référence N°1 avec une dureté maximale de 149,69 HK0,05 obtenue pour l'alliage N°4 après un traitement thermique post-fabrication de 4 heures à 400°C. Tables 4 and 5 show that all of the alloys of the invention make it possible to offer, after heat treatment, a Knoop hardness (HK0.05) greater than that of the reference alloy No. 1 with a maximum hardness of 149.69 HK0.05 obtained for alloy No. 4 after post-manufacturing heat treatment for 4 hours at 400°C.
L'ensemble des alliages de l'invention peuvent permettre d'obtenir à la fois une très bonne processabilité des pièces en procédé LPBF et d'excellentes performances mécaniques des pièces en service. La bonne processabilité des pièces en procédé LPBF peut être obtenue en combinant à l'état brut de fabrication, un niveau de dureté suffisamment faible (dureté Knoop HK0,05 à l'état brut de fabrication inférieure à 140, de préférence inférieure à 130, de préférence inférieure à 120) et une conductivité thermique ou électrique suffisamment élevée (conductivité électrique à l'état brut de fabrication supérieure à 6 MS/m, de préférence supérieure à 7 MS/m, de préférence supérieure à 8 MS/m). Cette combinaison de dureté et de conductivité peut permettre de limiter le niveau de contraintes résiduelles des pièces à l'état brut de fabrication, ce qui peut limiter significativement le risque de fissuration, de délamination ou de distorsion, améliorant ainsi significativement la processabilité des pièces en procédé LPBF. Les excellentes performances mécaniques des pièces en service peuvent être obtenues en maximisant la dureté des pièces après traitement thermique post-fabrication (dureté Knoop HK0,05 supérieure à 70, de préférence supérieure à 80, de préférence supérieure à 90, de préférence supérieure à 100, de préférence supérieure à 114 par exemple après 4 heures de traitement thermique à 400°C). All of the alloys of the invention can make it possible to obtain both very good processability of parts in the LPBF process and excellent mechanical performance of parts in service. Good processability of parts in the LPBF process can be obtained by combining in the as-manufactured state, a sufficiently low level of hardness (Knoop HK0.05 hardness in the as-manufactured state less than 140, preferably less than 130, preferably less than 120) and a sufficiently high thermal or electrical conductivity (electrical conductivity in the as-manufactured state greater than 6 MS/m, preferably greater than 7 MS/m, preferably greater than 8 MS/m). This combination of hardness and conductivity can limit the level of residual stresses of the parts in the raw manufacturing state, which can significantly limit the risk of cracking, delamination or distortion, thus significantly improving the processability of the parts in LPBF process. Excellent mechanical performance of parts in service can be obtained by maximizing the hardness of parts after post-manufacturing heat treatment (Knoop HK0.05 hardness greater than 70, preferably greater than 80, preferably greater than 90, preferably greater than 100 , preferably greater than 114 for example after 4 hours of heat treatment at 400°C).
Le Tableau 1 montre que, à l'opposé de l'alliage de référence N°l, l'ensemble des alliages de l'invention présentait une teneur totale en éléments d'addition supérieure à 3 %. Table 1 shows that, unlike reference alloy No. 1, all of the alloys of the invention had a total content of addition elements greater than 3%.

Claims

REVENDICATIONS Procédé de fabrication d'une pièce (20) comportant une formation de couches métalliques successives (20i...20n), superposées les unes aux autres, chaque couche étant formée par le dépôt d'un métal d'apport (15, 25), 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 (15, 25) est un alliage d'aluminium comportant les éléments d'alliage suivant (% en poids) : CLAIMS Process for manufacturing a part (20) comprising a formation of successive metal layers (20i...20 n ), superimposed on each other, each layer being formed by the deposition of a filler metal (15, 25), the filler metal being subjected to an energy supply so as to melt and constitute, by solidifying, said layer, the process being characterized in that the filler metal (15, 25) is an aluminum alloy comprising the following alloy elements (% by weight):
- au moins un élément d'alliage choisi parmi : Zr, Hf, et Er, selon une fraction massique supérieure ou égale à 0,30 %, de préférence de 0,30 à 2,50 %, préférentiellement de 0,40 à 2,00 %, plus préférentiellement de 0,40 à 1,80 %, encore plus préférentiellement de 0,50 à 1,60 %, encore plus préférentiellement de 0,60 à 1,50 %, encore plus préférentiellement de 0,70 à 1,40 %, encore plus préférentiellement de 0,80 à 1,30 % chacun et au total ; - at least one alloy element chosen from: Zr, Hf, and Er, according to a mass fraction greater than or equal to 0.30%, preferably 0.30 to 2.50%, preferably 0.40 to 2 .00%, more preferably from 0.40 to 1.80%, even more preferably from 0.50 to 1.60%, even more preferably from 0.60 to 1.50%, even more preferably from 0.70 to 1.40%, even more preferably from 0.80 to 1.30% each and in total;
- au moins un élément d'alliage choisi parmi Cr, V, Ti et Mn, selon une fraction massique supérieure à 0,50 %, de préférence de plus de 0,50 à 6,00 %, préférentiellement de 1,00 à 5,00 %, plus préférentiellement de 1,00 à 4,00 %, encore plus préférentiellement de 1,00 à 3,00 %, chacun pour V, Ti et Mn, et au total ; et selon une fraction massique de plus de 0,50 à 3,00 % pour Cr ; - at least one alloy element chosen from Cr, V, Ti and Mn, in a mass fraction greater than 0.50%, preferably more than 0.50 to 6.00%, preferably 1.00 to 5 .00%, more preferably from 1.00 to 4.00%, even more preferably from 1.00 to 3.00%, each for V, Ti and Mn, and in total; and at a mass fraction of more than 0.50 to 3.00% for Cr;
- optionnellement au moins un élément d’alliage choisi parmi : Co, La, Ce, mischmétal, W, Ta, Mo et Nb, selon une fraction massique d'au moins 0,10 %, de préférence d'au moins 0,25 %, plus préférentiellement d'au moins 0,50 % chacun et au total ; et selon une fraction massique inférieure à 5,00 %, de préférence inférieure à 4,00 %, de préférence inférieure à 3,00 % chacun ; et selon une fraction massique inférieure à 7,00 %, de préférence inférieure à 6,00 %, de préférence inférieure à 5,00 %, de préférence inférieure à 4,00 % au total ; - optionally at least one alloy element chosen from: Co, La, Ce, mischmetal, W, Ta, Mo and Nb, according to a mass fraction of at least 0.10%, preferably at least 0.25 %, more preferably at least 0.50% each and in total; and according to a mass fraction of less than 5.00%, preferably less than 4.00%, preferably less than 3.00% each; and according to a mass fraction less than 7.00%, preferably less than 6.00%, preferably less than 5.00%, preferably less than 4.00% in total;
- Fe, selon une fraction massique de 0,10 à 2,50 %, de préférence de 0,15 à 2,50 %, préférentiellement de 0,20 à 2,50 %, plus préférentiellement de 0,30 à 2,50 %, encore plus préférentiellement de 0,50 à 2,50 %, encore plus préférentiellement de 0,75 à 2,25 % ; - Fe, in a mass fraction of 0.10 to 2.50%, preferably 0.15 to 2.50%, preferably 0.20 to 2.50%, more preferably 0.30 to 2.50 %, even more preferably from 0.50 to 2.50%, even more preferably from 0.75 to 2.25%;
- optionnellement Ni, selon une fraction massique inférieure à 3,00 %, de préférence inférieure à 2,00 %, de préférence inférieure à 1,00 %, préférentiellement inférieure à 0,50 % ; - optionally Ni, in a mass fraction less than 3.00%, preferably less than 2.00%, preferably less than 1.00%, preferably less than 0.50%;
- optionnellement au moins un élément d'alliage choisi parmi : Cu et Ag, selon une fraction massique de 0,10 à 3,00 %, de préférence de 0,10 à 2,00 %, de préférence de O,10 à 1,60%, de préférence de 0,10 à 1,00 %, de préférence de 0,10 à 0,70 % chacun et au total ; - optionally at least one alloy element chosen from: Cu and Ag, according to a mass fraction of 0.10 to 3.00%, preferably 0.10 to 2.00%, preferably 0.10 to 1.60%, preferably 0.10 to 1.00%, preferably 0.10 to 0.70% each and in total;
- optionnellement Si, selon une fraction massique inférieure à 3,00 %, de préférence inférieure à 2,00 %, de préférence inférieure à 1,00%, de préférence inférieure à 0,50 % ; de préférence inférieure à 0,30 %, de préférence inférieure à 0,20 % ; - optionally Si, in a mass fraction less than 3.00%, preferably less than 2.00%, preferably less than 1.00%, preferably less than 0.50%; preferably less than 0.30%, preferably less than 0.20%;
- optionnellement Sc, selon une fraction massique inférieure à 0,80 %, préférentiellement inférieure à 0,70 %, préférentiellement inférieure à 0,60 %, préférentiellement inférieure à 0,50 %, préférentiellement inférieure à 0,40 %, préférentiellement inférieure à 0,30 % ; - optionally Sc, according to a mass fraction less than 0.80%, preferably less than 0.70%, preferably less than 0.60%, preferably less than 0.50%, preferably less than 0.40%, preferably less than 0.30%;
- optionnellement Mg, selon une fraction massique inférieure à 2,00 %, de préférence inférieure à 1,00 %, préférentiellement inférieure à 0,50 %, plus préférentiellement inférieure à 0,30 % ; - optionally Mg, in a mass fraction less than 2.00%, preferably less than 1.00%, preferably less than 0.50%, more preferably less than 0.30%;
- optionnellement Zn, selon une fraction massique inférieure à 2,00 %, de préférence inférieure à 1,00 %, préférentiellement inférieure à 0,50 %, plus préférentiellement inférieure à 0,30 % ; - optionally Zn, in a mass fraction less than 2.00%, preferably less than 1.00%, preferably less than 0.50%, more preferably less than 0.30%;
- optionnellement Li, selon une fraction massique inférieure à 2,00 %, de préférence inférieure à 1,00 %, préférentiellement inférieure à 0,50 %, plus préférentiellement inférieure à 0,30 % ; - optionally Li, in a mass fraction less than 2.00%, preferably less than 1.00%, preferably less than 0.50%, more preferably less than 0.30%;
- optionnellement au moins un élément choisi parmi : Nd, Y, Tm, Lu, Yb, Sr, Ba, Sb, Bi, Ca,- optionally at least one element chosen from: Nd, Y, Tm, Lu, Yb, Sr, Ba, Sb, Bi, Ca,
P, B, In et Sn, selon une fraction massique inférieure ou égale à 1,00 %, de préférence inférieure ou égale à 0,50 %, préférentiellement inférieure ou égale à 0,30 %, plus préférentiellement inférieure ou égale à 0,10 %, encore plus préférentiellement inférieure ou égale à 700 ppm chacun, et inférieure ou égale à 2,00 %, de préférence inférieure ou égale à 1,00 %, de préférence inférieure ou égale à 0,50 %, de préférence inférieure ou égale à 0,30 % au total ; P, B, In and Sn, according to a mass fraction less than or equal to 1.00%, preferably less than or equal to 0.50%, preferably less than or equal to 0.30%, more preferably less than or equal to 0, 10%, even more preferably less than or equal to 700 ppm each, and less than or equal to 2.00%, preferably less than or equal to 1.00%, preferably less than or equal to 0.50%, preferably less than or equal to 0.30% in total;
- impuretés : < 0,05 % individuellement, et au total < 0,15 % ; reste aluminium. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'alliage d'aluminium comprend au moins un élément d’alliage choisi parmi : Co, La, Ce, mischmétal, W, Ta, Mo et Nb. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la fraction massique d'aluminium est inférieure à 97 %. Tl - impurities: < 0.05% individually, and in total <0.15%; remains aluminum. Method according to claim 1, characterized in that the aluminum alloy comprises at least one alloy element chosen from: Co, La, Ce, mischmetal, W, Ta, Mo and Nb. Process according to any one of the preceding claims, in which the mass fraction of aluminum is less than 97%. Tl
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la pièce (20) présente : 4. Method according to any one of the preceding claims, in which the part (20) has:
- A l'état brut de fabrication, une conductivité électrique supérieure à 6 MS/m, de préférence supérieure à 7 MS/m, de préférence supérieure à 8 MS/m ; et - In the as-manufactured state, an electrical conductivity greater than 6 MS/m, preferably greater than 7 MS/m, preferably greater than 8 MS/m; And
- A l'état brut de fabrication, une dureté Knoop HK0,05 inférieure à 140, de préférence inférieure à 130, de préférence inférieure à 120 ; et - In the raw manufacturing state, a Knoop HK0.05 hardness less than 140, preferably less than 130, preferably less than 120; And
- Après un post-traitement de 4 heures à 400°C, une dureté Knoop HK0,05 supérieure à 70, de préférence supérieure à 80, de préférence supérieure à 90, de préférence supérieure à 100, de préférence supérieure à 114. - After post-treatment for 4 hours at 400°C, a Knoop HK0.05 hardness greater than 70, preferably greater than 80, preferably greater than 90, preferably greater than 100, preferably greater than 114.
5. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant, suite à la formation des couches (20i...20n), c'est-à-dire suite à la formation de la pièce finale, une application d’un traitement thermique post-fabrication, de préférence un revenu ou un recuit. 5. Method according to any one of the preceding claims, comprising, following the formation of the layers (20i...20 n ), that is to say following the formation of the final part, an application of a post-manufacturing heat treatment, preferably tempering or annealing.
6. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, ne comportant pas de mise en solution et/ou trempe suite à la formation des couches, c'est-à-dire suite à la formation de la pièce finale, ou suite au traitement thermique post-fabrication. 6. Method according to any one of the preceding claims, not comprising solution and/or quenching following the formation of the layers, that is to say following the formation of the final part, or following the treatment post-manufacturing thermal.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est réalisé à une température de préchauffage T allant jusqu'à 500°C. 7. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that it is carried out at a preheating temperature T of up to 500°C.
8. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le métal d’apport prend la forme d’une poudre (15), dont l’exposition à un faisceau de lumière (12) ou de particules chargées résulte en une fusion localisée suivie d’une solidification, de façon à former une couche solide (20i...20n). 8. Method according to any one of the preceding claims, in which the filler metal takes the form of a powder (15), the exposure of which to a beam of light (12) or charged particles results in fusion localized followed by solidification, so as to form a solid layer (20i...20 n ).
9. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel le métal d’apport est issu d’un fil d’apport (25), dont l’exposition à une source de chaleur (22) résulte en une fusion localisée suivie d’une solidification, de façon à former une couche solide (20i...20n). 9. Method according to any one of claims 1 to 7, in which the filler metal comes from a filler wire (25), the exposure of which to a heat source (22) results in melting localized followed by solidification, so as to form a solid layer (20i...20 n ).
10. Pièce métallique obtenue par un procédé objet de l’une quelconque des revendications précédentes. Poudre, destinée à être utilisée en tant que matériau d'apport d'un procédé de fabrication additive, caractérisé en ce qu'elle est constituée d'un alliage d'aluminium, comportant les éléments d'alliage suivants (% en poids) : 10. Metal part obtained by a process which is the subject of any one of the preceding claims. Powder, intended to be used as a feed material for an additive manufacturing process, characterized in that it consists of an aluminum alloy, comprising the following alloy elements (% by weight):
- au moins un élément d'alliage choisi parmi : Zr, Hf, et Er, selon une fraction massique supérieure ou égale à 0,30 %, de préférence de 0,30 à 2,50 %, préférentiellement de 0,40 à 2,00 %, plus préférentiellement de 0,40 à 1,80 %, encore plus préférentiellement de 0,50 à 1,60 %, encore plus préférentiellement de 0,60 à 1,50 %, encore plus préférentiellement de 0,70 à 1,40 %, encore plus préférentiellement de 0,80 à 1,30 % chacun et au total ; - at least one alloy element chosen from: Zr, Hf, and Er, according to a mass fraction greater than or equal to 0.30%, preferably 0.30 to 2.50%, preferably 0.40 to 2 .00%, more preferably from 0.40 to 1.80%, even more preferably from 0.50 to 1.60%, even more preferably from 0.60 to 1.50%, even more preferably from 0.70 to 1.40%, even more preferably from 0.80 to 1.30% each and in total;
- au moins un élément d'alliage choisi parmi Cr, V, Ti et Mn, selon une fraction massique supérieure à 0,50 %, de préférence de plus de 0,50 à 6,00 %, préférentiellement de 1,00 à 5,00 %, plus préférentiellement de 1,00 à 4,00 %, encore plus préférentiellement de 1,00 à 3,00 %, chacun pour V, Ti et Mn, et au total ; et selon une fraction massique de plus de 0,50 à 3,00 % pour Cr ; - at least one alloy element chosen from Cr, V, Ti and Mn, in a mass fraction greater than 0.50%, preferably more than 0.50 to 6.00%, preferably 1.00 to 5 .00%, more preferably from 1.00 to 4.00%, even more preferably from 1.00 to 3.00%, each for V, Ti and Mn, and in total; and at a mass fraction of more than 0.50 to 3.00% for Cr;
- optionnellement au moins un élément d’alliage choisi parmi : Co, La, Ce, mischmétal, W, Ta, Mo et Nb, selon une fraction massique d'au moins 0,10 %, de préférence d'au moins 0,25 %, plus préférentiellement d'au moins 0,50 % chacun et au total ; et selon une fraction massique inférieure à 5,00 %, de préférence inférieure à 4,00 %, de préférence inférieure à 3,00 % chacun ; et selon une fraction massique inférieure à 7,00 %, de préférence inférieure à 6,00 %, de préférence inférieure à 5,00 %, de préférence inférieure à 4,00 % au total ; - optionally at least one alloy element chosen from: Co, La, Ce, mischmetal, W, Ta, Mo and Nb, according to a mass fraction of at least 0.10%, preferably at least 0.25 %, more preferably at least 0.50% each and in total; and according to a mass fraction of less than 5.00%, preferably less than 4.00%, preferably less than 3.00% each; and according to a mass fraction less than 7.00%, preferably less than 6.00%, preferably less than 5.00%, preferably less than 4.00% in total;
- Fe, selon une fraction massique de 0,10 à 2,50 %, de préférence de 0,15 à 2,50 %, préférentiellement de 0,20 à 2,50 %, plus préférentiellement de 0,30 à 2,50 %, encore plus préférentiellement de 0,50 à 2,50 %, encore plus préférentiellement de 0,75 à 2,25 % ; - Fe, in a mass fraction of 0.10 to 2.50%, preferably 0.15 to 2.50%, preferably 0.20 to 2.50%, more preferably 0.30 to 2.50 %, even more preferably from 0.50 to 2.50%, even more preferably from 0.75 to 2.25%;
- optionnellement Ni, selon une fraction massique inférieure à 3,00 %, de préférence inférieure à 2,00 %, de préférence inférieure à 1,00 %, préférentiellement inférieure à 0,50 % ; - optionally Ni, in a mass fraction less than 3.00%, preferably less than 2.00%, preferably less than 1.00%, preferably less than 0.50%;
- optionnellement au moins un élément d'alliage choisi parmi : Cu et Ag, selon une fraction massique de 0,10 à 3,00 %, de préférence de 0,10 à 2,00 %, de préférence de 0,10 à 1,60%, de préférence de 0,10 à 1,00 %, de préférence de 0,10 à 0,70 % chacun et au total ; - optionally at least one alloy element chosen from: Cu and Ag, in a mass fraction of 0.10 to 3.00%, preferably 0.10 to 2.00%, preferably 0.10 to 1 .60%, preferably 0.10 to 1.00%, preferably 0.10 to 0.70% each and in total;
- optionnellement Si, selon une fraction massique inférieure à 3,00 %, de préférence inférieure à 2,00 %, de préférence inférieure à 1,00%, de préférence inférieure à 0,50 % ; de préférence inférieure à 0,30 %, de préférence inférieure à 0,20 % ; - optionnellement Sc, selon une fraction massique inférieure à 0,80 %, préférentiellement inférieure à 0,70 %, préférentiellement inférieure à 0,60 %, préférentiellement inférieure à 0,50 %, préférentiellement inférieure à 0,40 %, préférentiellement inférieure à 0,30 % ; - optionally Si, in a mass fraction less than 3.00%, preferably less than 2.00%, preferably less than 1.00%, preferably less than 0.50%; preferably less than 0.30%, preferably less than 0.20%; - optionally Sc, according to a mass fraction less than 0.80%, preferably less than 0.70%, preferably less than 0.60%, preferably less than 0.50%, preferably less than 0.40%, preferably less than 0.30%;
- optionnellement Mg, selon une fraction massique inférieure à 2,00 %, de préférence inférieure à 1,00 %, préférentiellement inférieure à 0,50 %, plus préférentiellement inférieure à 0,30 % ; - optionally Mg, in a mass fraction less than 2.00%, preferably less than 1.00%, preferably less than 0.50%, more preferably less than 0.30%;
- optionnellement Zn, selon une fraction massique inférieure à 2,00 %, de préférence inférieure à 1,00 %, préférentiellement inférieure à 0,50 %, plus préférentiellement inférieure à 0,30 % ; - optionally Zn, in a mass fraction less than 2.00%, preferably less than 1.00%, preferably less than 0.50%, more preferably less than 0.30%;
- optionnellement Li, selon une fraction massique inférieure à 2,00 %, de préférence inférieure à 1,00 %, préférentiellement inférieure à 0,50 %, plus préférentiellement inférieure à 0,30 % ; - optionally Li, in a mass fraction less than 2.00%, preferably less than 1.00%, preferably less than 0.50%, more preferably less than 0.30%;
- optionnellement au moins un élément choisi parmi : Nd, Y, Tm, Lu, Yb, Sr, Ba, Sb, Bi, Ca, P, B, In et Sn, selon une fraction massique inférieure ou égale à 1,00 %, de préférence inférieure ou égale à 0,50 %, préférentiellement inférieure ou égale à 0,30 %, plus préférentiellement inférieure ou égale à 0,10 %, encore plus préférentiellement inférieure ou égale à 700 ppm chacun, et inférieure ou égale à 2,00 %, de préférence inférieure ou égale à 1,00 %, de préférence inférieure ou égale à 0,50 %, de préférence inférieure ou égale à 0,30 % au total ; - optionally at least one element chosen from: Nd, Y, Tm, Lu, Yb, Sr, Ba, Sb, Bi, Ca, P, B, In and Sn, according to a mass fraction less than or equal to 1.00%, preferably less than or equal to 0.50%, preferably less than or equal to 0.30%, more preferably less than or equal to 0.10%, even more preferably less than or equal to 700 ppm each, and less than or equal to 2, 00%, preferably less than or equal to 1.00%, preferably less than or equal to 0.50%, preferably less than or equal to 0.30% in total;
- impuretés : < 0,05 % individuellement, et au total < 0,15 % ; reste aluminium. Utilisation d'une poudre selon la revendication 11, dans un procédé de fabrication choisi parmi : la fusion par faisceau d'électrons (electron beam melting), la pulvérisation à froid, le dépôt par fusion laser, la fabrication additive par friction, le frittage par étincelle au plasma ou le soudage par friction rotative, de préférence la pulvérisation à froid. - impurities: < 0.05% individually, and in total < 0.15%; remains aluminum. Use of a powder according to claim 11, in a manufacturing process chosen from: electron beam melting, cold spraying, laser fusion deposition, additive manufacturing by friction, sintering by plasma spark or rotary friction welding, preferably cold spray.
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