Préparation métallographique de l'aluminium

Préparation métallographique de l'aluminium

Les recommandations qui suivent concernent la préparation d'échantillons d'aluminium en vue d’une analyse métallographique sur la base de caractéristiques courantes. Après une présentation des deux méthodes, en quatre et en cinq étapes, ce document fournit des conseils utiles concernant la préparation et les essais.

Attaque

L'aluminium est un métal tendre ductile. Les dommages par déformation constituent un problème de préparation fréquent en ce qui concerne les compositions les plus pures. À l'issue de la préparation, la surface présente une fine couche protective d'oxyde qui complique l'attaque. Certaines nuances commerciales contiennent de nombreuses particules intermétalliques de composition variable. Ces particules intermétalliques sont généralement attaquées avant la matrice. Même si la réaction à des agents d'attaque spécifiques est utilisée depuis de nombreuses années pour l'identification des phases, cette méthode nécessite un contrôle minutieux. Aujourd'hui, l'analyse dispersive en énergie est une méthode d'identification de phases couramment utilisée en raison de sa fiabilité supérieure.

Les Tableaux 6.1 et 6.2 décrivent les procédures en cinq et en quatre étapes applicables aux alliages d'aluminium. Les résultats escomptés sont présentés sur la Figure 6.1. L'oxyde de magnésium, ou magnésie (MgO), a longtemps constitué l'abrasif de prédilection pour le polissage final de l'aluminium et de ses alliages, mais il se révèle difficile d'emploi et n'est pas disponible dans des petites tailles de grains. Il a été supplanté pour l'étape finale par la silice colloïdale, plus fine.

En vue d'une opération d’attaque colorante ou pour les nuances d'aluminium les plus difficiles à traiter, un bref polissage vibratoire peut être nécessaire pour éliminer complètement toute trace de dommage ou rayure. La méthode en cinq étapes est recommandée pour l'aluminium super pur (SP) et l'aluminium commercialement pur (CP), ainsi que pour les alliages corroyés qui posent habituellement des difficultés de préparation.
Tableau 6.1 : Méthode en 5 étapes pour alliages d'aluminium tendres
Tronçonnage Tronçonneuse abrasive équipée d'une meule pour matériaux non-ferreux
Enrobage A chaud ou à froid, généralement avec résine PhenoCure, EpoxiCure, EpoThin ou SamplKwick.
Surface Abrasif/Taille de grain Charge - lb[N]/
échantillon
Vitesse de base [tr/min] Rotation relative Durée (min:sec)
CarbiMet SiC grain de 320[P400] refroidi à l'eau 5[22] 300 Complimentary Rotation Jusqu'à planéité
TextMet C Diamant MetaDi Supreme 9 µm* 5[22] 150 Contra Rotation 5:00
TextMet C Pâte MetaDi 3 µm* 5[22] 150 Complimentary Rotation 4:00
TextMet C Diamant MetaDi Supreme 1 µm* 5[22] 150 Complimentary Rotation 2:00
ChemoMet Silice colloïdale de 0,06 µm MasterMet 5[22] 150 Contra Rotation 1:30
Platen = Plateau Specimen Holder = Porte-échantillon *Suspension MetaDi si besoin
Imagerie et analyse Espacement dendritique, évaluation de la porosité, taille de grain (selon le type d'aluminium et de traitement)
Essais de dureté Vickers, Knoop

Pré-polissage et polissage

Du papier SiC imperméable, de grain 240 [P280] ou 320 [P400], peut également être utilisé pour l'étape de pré-polissage planaire. Un drap de polissage UltraPol permet d'obtenir une finition de surface de meilleure qualité par rapport à un drap UltraPad, mais ce dernier offre une durée de service plus longue. Le drap de polissage ChemoMet est recommandé lorsque la préservation des bords est capitale.

Le risque avec l'aluminium pur et certains alliages est que les fines particules abrasives de diamant s'y incrustent, en particulier lorsque des suspensions sont utilisées. Préférez dans ce cas une pâte diamantée qui limite le risque d’incrustation.

Les aluminiums SP et CP peuvent être soumis à un bref polissage vibratoire (produits identiques à ceux de la dernière étape) afin d'éliminer des rayures éventuelles, mais cela n'est généralement pas nécessaire. La suspension d'alumine MasterPrep a fait les preuves de sa grande efficacité comme abrasif de polissage final des alliages d’aluminium pour lesquels les abrasifs d'alumine standard obtenus par calcination ne conviennent pas.

Une procédure en quatre étapes, comme celle présentée dans le Tableau 6.2 et dont les résultats escomptés sont illustrés par la Figure 6.2, donne d'excellents résultats pour de nombreux alliages d'aluminium. Cette procédure garantit la conservation de tous les précipités intermétalliques observés dans l'aluminium et ses alliages et minimise le relief.

Les draps de polissage synthétiques non feutrés peuvent être utilisés pour l'étape finale avec de la silice colloïdale. Ils produisent moins de relief qu'un drap à poils feutrés courts ou moyens, mais peuvent être moins efficaces pour éliminer les fines rayures de polissage.

Pour les alliages d'aluminium très purs, cette procédure peut être suivie d'un polissage vibratoire afin d'améliorer la finition de surface, car il est particulièrement difficile avec ces matériaux d'obtenir une surface complètement dépourvue de fines rayures de polissage.
Tableau 6.2 : Méthode en 4 étapes pour alliages d'aluminium
Tronçonnage Tronçonneuse abrasive équipée d'une meule pour matériaux non-ferreux
Enrobage A chaud ou à froid, généralement avec résine PhenoCure, EpoxiCure, EpoThin ou SamplKwick.
Surface Abrasif/Taille de grain Charge - lb[N]/
échantillon
Vitesse de base [tr/min] Rotation relative Durée (min:sec)
CarbiMet SiC grain de 320[P400] refroidi à l'eau 5[22] 300 Complimentary Rotation Jusqu'à planéité
UltraPad Diamant MetaDi Supreme 9 µm* 5[22] 150 Contra Rotation 5:00
TriDent Diamant MetaDi Supreme 3 µm* 5[22] 150 Complimentary Rotation 4:00
ChemoMet Silice colloïdale de 0,02-0,06 µm MasterMet 5[22] 150 Contra Rotation 1:30
Platen = Platine Specimen Holder = Porte-échantillon *Suspension MetaDi si besoin
Imagerie et analyse Espacement dendritique, évaluation de la porosité, taille de grain (selon le type d'aluminium et de traitement)
Essais de dureté Vickers, Knoop

Conseils utiles concernant l'aluminium

Dans le cas d'échantillons d'aluminium faiblement alliés, il est souvent difficile d'obtenir une finition de surface parfaite avec les méthodes standard. Une polisseuse vibrante peut alors être utilisée avec de la silice colloïdale MasterMet pour préparer efficacement l'échantillon, sans déformation ni rayure, en vue d'un traitement d'anodisation ou d'attaque colorante et d'un examen à la lumière polarisée avec DIC Nomarski ou EBSD.

Pour plus d'informations sur la préparation métallographique d'échantillons d'aluminium et d'autres métaux, consultez le Guide SumMet Buehler.