Modélisation de la Microstructure pour Analyse de la Solidification d’Alliages d’Aluminium-Cuivre-Scandium en goutelettes et bandes – MIMOSA

La solidification d’alliages métalliques est un phénomène complexe qu’a lieu lors de leur moulage par exemple par coulée. La variation des conditions de solidification (comme la surfusion ou la vitesse de refroidissement) permet le contrôle de la morphologie et de la taille des structures cristallines générées, avec une influence sur les propriétés physiques et chimiques finales. En particulier, la surfusion d’alliages en dessous de l’équilibre du liquide et l’eutectique lors de la solidification rapide fournissent des matériaux avec des propriétés mécaniques, magnétiques et électriques améliorées. Le projet proposé a une durée de trois ans et est une collaboration entre le Canada et la France. Il fait intervenir trois équipes de chercheurs et un industriel canadien. Des poudres métalliques seront générées par atomisation (« Impulse Atomization », IA) au Canada. Des alliages aluminium-cuivre (Al-Cu), avec et sans addition de Scandium seront générés. Le Scandium agira comme un réducteur de la taille des grains, permettant aussi une diminution de la porosité. Les poudres seront caractérisées par des techniques standard comme le SEM, diffraction aux rayons X et microdureté (Canada). Des détails sur les structures seront obtenus par micro et nano tomographie 3D et diffraction de neutrons (France et Canada). Les différents partenaires du projet ont déjà de l’expérience dans ces domaines et travaillent ensemble depuis quelques années. Finalement, la structure dendritique de ces alliages et la porosité d’une gouttelette atomisée sera modélisée par des méthodes numériques avancées, comme la méthode level-set, l’adaptation de maillage ou le calcul parallèle. Les données expérimentales obtenues auparavant seront utilisées pour valider le modèle. Les effets de surfusion ou de chimie de l’alliage seront explorés. La modélisation pour la prédiction ainsi que la caractérisation expérimentale fourniront une base pour la compréhension des structures formées lors de la solidification dans des procédés comme le « strip casting » ou la déposition spray, où les vitesses de refroidissement sont du même ordre de grandeur que lors de l’atomisation. Par ailleurs, des essais de ces deux procédés et analyses des structures formées seront aussi réalisées dans le cadre du projet. Les alliages proposés sont importants pour l’industrie automobile, pour laquelle la France et le Canada ont un rôle important.