Pourquoi le dégazage par ultrasons à l'aide de sonotrodes en sialon est plus performant que les rotors en graphite dans l'aluminium fondu

La cavitation acoustique élimine l'hydrogène dissous tout en affinant la structure granulaire – sans argon, sans contamination par le graphite, et grâce à des sonotrodes en céramique Sialon qui résistent là où le titane cède. Les sonotrodes en Sialon pour le dégazage par ultrasons sont au cœur de ce procédé de pointe.

26 juillet 2026 · 9 min de lecture

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En bref

L'hydrogène dissous est la principale cause de porosité dans les pièces moulées en aluminium ; une structure à gros grains aggrave toutes les faiblesses mécaniques en aval. Le dégazage rotatif à l'aide de rotors en graphite traite l'hydrogène, mais introduit une contamination, consomme de l'argon, génère des scories et ne permet pas d'affiner le grain sans recourir à un processus distinct. Le dégazage par ultrasons réalise ces deux opérations simultanément – en expulsant l’hydrogène par cavitation acoustique et en affinant le grain grâce à la même énergie d’onde de choc – sans gaz vecteur, sans contamination et avec des temps de traitement trois fois plus rapides que les systèmes à turbine. Le facteur limitant a toujours été la sonotrode : le titane se dégrade au-delà de 700 °C, tandis que le graphite contamine la masse fondue. La céramique sialon résout ces deux problèmes : chimiquement inerte vis-à-vis de l’aluminium, thermiquement stable et spécialement conçue pour la transmission des ultrasons dans le métal en fusion. Ce qui rend le système particulièrement efficace, c’est l’élimination des ondes stationnaires — une avancée technique majeure qui permet une distribution homogène du champ acoustique dans toute la masse fondue, comme expliqué sur ultrasonicdegassing.com.

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Le problème que toutes les fonderies connaissent, mais qu'elles quantifient rarement

L'aluminium liquide à 750 °C contient environ 0,65 cm³ d'hydrogène dissous pour 100 g de métal. Dès qu'il se solidifie, la solubilité d'équilibre chute à 0,034 cm³/100 g, soit une baisse de 94 %. L'hydrogène qui ne peut plus rester en solution doit bien aller quelque part. Si la pièce moulée se solidifie assez rapidement, il se transforme en porosité : le fléau des composants structurels et étanches à la pression.

Un gramme d’hydrogène dissous dans une tonne d’aluminium liquide peut entraîner une porosité de 2 à 3 % dans la pièce moulée finale – un chiffre qui découle de principes thermodynamiques élémentaires, et non d’un scénario catastrophe avancé par l’industrie. Pour les pièces structurelles destinées à l’aérospatiale et à l’automobile, cela constitue à lui seul un critère d’exclusion. Pour toute pièce où la résistance à la fatigue ou l’étanchéité sous pression sont essentielles, c’est au niveau de la porosité que la défaillance trouve son origine.

L'hydrogène pénètre dans la masse fondue à partir de la vapeur d'eau présente dans l'atmosphère, des matières premières humides et des outils mouillés. À 750 °C et 30 % d'humidité relative, le dégazage naturel – qui consiste simplement à maintenir la masse fondue au repos – nécessite jusqu'à une heure pour atteindre le niveau résiduel standard dans l'industrie, compris entre 0,1 et 0,2 cm³/100 g. Personne ne procède ainsi dans une fonderie de production.

La structure granulaire constitue la deuxième variable. Les grains colonnaires grossiers présents dans une billette coulée en continu entraînent des propriétés mécaniques non uniformes, une réponse anisotrope à la déformation et une plus grande sensibilité à la fissuration à chaud lors de la solidification. L’affinage du grain est généralement réalisé par l’ajout d’alliages-maîtres à base de titane et de bore (TiBAl) à la masse fondue – une méthode efficace, mais qui implique un consommable supplémentaire, une chaîne logistique supplémentaire et un risque de contamination supplémentaire en cas d’erreur de dosage.

La question qu'il convient de se poser est de savoir pourquoi le secteur continue de considérer ces deux aspects comme deux problèmes distincts nécessitant deux processus distincts.

Comment fonctionne le dégazage rotatif – et jusqu’où ses limites s’étendent-elles ?

L'approche standard : le dégazage rotatif

La méthode classique consiste à utiliser un dégazeur rotatif : un rotor en graphite tournant à grande vitesse dans la masse fondue, qui injecte de l'argon (ou des mélanges argon-chlore) par l'arbre du rotor et le disperse sous forme de fines bulles dans tout le four. L'hydrogène passe de la masse fondue dans les bulles d'argon selon la loi de Sievert, et les bulles le transportent vers la surface.

Ça marche. Ça marche depuis des décennies. Mais il existe des limites structurelles que l'expérience acquise dans la fonderie nous a bien fait comprendre.

Contamination par le graphite

Le rotor s'use. Des particules de graphite pénètrent dans la masse fondue. Dans les alliages d'aluminium, cela peut entraîner la formation de phases de carbure d'aluminium (Al₄C₃), qui sont fragiles, sensibles à l'humidité et difficiles à éliminer par filtration. Cette contamination est insidieuse : suffisamment fine pour passer inaperçue lors des contrôles qualité en amont, elle ne se manifeste que par des taches superficielles ou des anomalies mécaniques sur les pièces finies.

Usure et défaillance du rotor

Le graphite est un matériau fragile. Les défaillances du rotor — fissures ou ruptures — ne sont pas rares, notamment en cas de choc thermique dû à l'ajout de charges à froid ou à de mauvaises pratiques de préchauffage. La défaillance d'un rotor entraîne un arrêt imprévu de la production et nécessite l'inspection de la coulée avant de pouvoir poursuivre l'opération.

Argon Logistics

Chaque kilogramme d'argon utilisé doit être approvisionné, livré, stocké et géré. Les mélanges d'argon et de chlore (toujours utilisés dans certaines opérations pour le dégazage des flux) ajoutent une complexité réglementaire. Le chlore réagit avec l'aluminium pour former du chlorure d'aluminium (AlCl₃), un flux efficace mais qui nécessite une manipulation et une élimination minutieuses.

Génération « Dross »

L'agitation vigoureuse provoquée par un dégazeur rotatif brise la couche protectrice d'oxyde d'aluminium à la surface de la masse fondue. L'oxyde est entraîné dans la masse fondue et le volume de scories à la surface augmente considérablement. Plus il y a de scories, plus la perte de métal est importante et plus le temps de nettoyage entre les cuites est long.

Accès restreint à la zone de fusion

Un dégazeur rotatif installé dans un four ou une poche traite efficacement le volume entourant le rotor, mais les masses de métal en fusion de grande taille comportent des zones — coins, zones éloignées — où la circulation est limitée et où l'élimination de l'hydrogène est incomplète. Pour compenser cela, il est nécessaire de multiplier les points d'injection ou d'effectuer des mouvements complexes avec la lance.

La vraie question

Aucune de ces raisons ne justifie d'abandonner immédiatement le dégazage rotatif ; il s'agit là des coûts d'exploitation que chaque fonderie a appris à prendre en charge. La question est de savoir s'il est vraiment nécessaire de supporter ces coûts.

Cavitation acoustique : les principes physiques du dégazage par ultrasons

Lorsque l'on plonge un transducteur à ultrasons dans un liquide, au-delà d'un seuil de puissance critique, le liquide se déchire – brièvement, de manière répétée, en des millions d'endroits simultanément. C'est ce qu'on appelle la cavitation acoustique, et c'est ce qui rend le dégazage par ultrasons fondamentalement différent de toute autre méthode reposant sur l'injection de gaz.

Les cinq étapes du dégazage par ultrasons de l'aluminium fondu

Le processus de traitement de l'aluminium fondu se déroule en cinq étapes :

1. Nucléation

Lorsque la pression ultrasonique descend en dessous de la pression de vapeur saturée de la masse fondue, des bulles de cavitation se forment à partir des hétérogénéités existantes : inclusions d'alumine, microbulles, joints de grains. Ce sont là les noyaux de cavitation.

2. Diffusion rectifiée

Au cours de la phase de basse pression de chaque cycle acoustique, la bulle se dilate et sa pression partielle interne d’hydrogène chute en dessous de la concentration locale dans le métal fondu. L’hydrogène atomique provenant du métal environnant se diffuse dans la bulle. L’asymétrie de l’oscillation fait qu’il y a davantage d’hydrogène qui pénètre dans la bulle lors de sa dilatation que d’hydrogène qui en sort lors de sa compression, ce qui entraîne une accumulation nette.

3. Recombinaison

À l'intérieur de la bulle, l'hydrogène atomique (H) se recombine en hydrogène moléculaire (H₂), qui ne peut pas se redissoudre dans la matrice d'aluminium au même rythme. La bulle contient désormais une quantité croissante d'H₂.

4. Coalescence

Les forces de Bjerknes (pression acoustique de rayonnement) et les effets de Bernoulli font que les bulles voisines s'attirent et fusionnent pour former des structures plus grandes et plus flottantes.

5. Flottation et remise à l'eau

Le « streaming acoustique » — ce flux de masse induit par le champ ultrasonique — entraîne les bulles fusionnées vers le haut à travers la masse fondue. À la surface, celles-ci éclatent et l'hydrogène s'échappe.

Le paramètre critique : le seuil de cavitation

Le paramètre critique est le seuil de cavitation. Dans l’eau, la cavitation est facile à obtenir. Dans l’aluminium liquide à 700 °C, ce seuil est nettement plus élevé : la masse fondue est plus dense, plus visqueuse et présente une tension superficielle supérieure à celle de l’eau. Les générateurs destinés au traitement de l’aluminium fondu doivent fournir une intensité acoustique suffisante pour dépasser ce seuil dans l’ensemble du volume traité, et pas seulement à l’extrémité de la sonotrode. Il s’agit là d’un problème d’ingénierie non négligeable, qui explique pourquoi les premiers systèmes de dégazage par ultrasons des années 1960 et 1970 — notamment le système soviétique UZD-200 (10 kW, 19,5 kHz, capacité de 250 kg) — ont démontré le principe mais ont peiné à le mettre en œuvre à une échelle rentable.

L'affinage du grain, un avantage offert gratuitement

Ce même champ de cavitation qui expulse l’hydrogène a un autre effet : il affine la structure granulaire. Lorsqu’une bulle s’effondre, elle libère une onde de choc dépassant 400 MPa et provoque un pic de température localisé supérieur à 1 000 K. Ces ondes de choc fragmentent les dendrites existantes, détruisent les fronts de grains colonnaires et créent des milliers de nouveaux sites de nucléation favorisant la croissance de grains équiaxes. Il en résulte une structure granulaire plus fine et plus homogène, sans aucun ajout de TiBAl.

Dans une étude documentée portant sur un alliage Al–Mg–Sc, un traitement par ultrasons à une température de coulée réduite (700 °C contre 800 °C) a permis de réduire la taille moyenne des grains de 487 ± 20 µm à 103 ± 2 µm, soit une réduction de 78%. Même sans cette réduction de température, le traitement progressif a permis une réduction de la taille des grains d’environ 5,5 % toutes les 20 secondes de traitement, avec une réduction supplémentaire au-delà de 20 secondes. Il ne s’agit pas d’une amélioration marginale ; c’est le type de modification microstructurale qui, auparavant, nécessitait l’ajout d’alliages-maîtres et un contrôle minutieux du processus pour être obtenu.

Le problème des sonotrodes – et pourquoi la céramique Sialon y apporte une solution

La sonotrode : un goulot d'étranglement persistant

Tout ce qui a été décrit ci-dessus repose sur un élément clé : la sonotrode. Cette sonde transfère l'énergie acoustique du transducteur vers la masse fondue. Depuis des décennies, cependant, la sonotrode reste le goulot d'étranglement du processus.

Sonotrodes en titane

Les sonotrodes en titane constituent le choix standard dans le traitement ultrasonique des liquides pour les applications liées à l'eau, aux polymères et à l'agroalimentaire. Cependant, dans l'aluminium fondu à plus de 700 °C, le titane commence à se dissoudre rapidement. Par conséquent, la contamination au titane qui en résulte ne constitue pas seulement un problème métallurgique. Dans les alliages d’aluminium, un excès de titane interfère avec les mécanismes mêmes d’affinage du grain que l’on cherche à favoriser. Par conséquent, la durée de vie d’une sonotrode en titane utilisée dans un four à aluminium de grand volume se mesure en heures, et non en mois.

Niobium et métaux réfractaires

Le niobium et les métaux réfractaires ont fait l'objet d'essais. Ils présentent une durée de vie plus longue, mais sont coûteux, difficiles à usiner pour obtenir des géométries complexes de sonotrodes, et restent sensibles à l'érosion dans la zone de cavitation.

Graphite

Le graphite est chimiquement relativement stable dans l'aluminium, mais ne présente aucune propriété acoustique utile pour la transmission des ultrasons : son module d'Young est trop faible pour transmettre l'énergie acoustique requise sans dissipation excessive.

Les céramiques au sialon – l'oxynitrure de silicium et d'aluminium, ce matériau que la société Sialon Ceramics ApS a mis 40 ans à mettre au point – réunissent les propriétés requises pour l'application des sonotrodes :

Inertie chimique. Le sialon ne se mouille pas au contact de l'aluminium fondu et ne s'y dissout pas. L'interface entre la pointe d'une sonotrode en sialon et le bain de fusion reste chimiquement stable tout au long de cycles de traitement prolongés. Il n'y a ni absorption de titane, ni contamination par le carbone, ni formation de phases secondaires.

Résistance aux chocs thermiques. Une sonotrode est plongée dans un bain fondu à une température comprise entre 700 et 800 °C, puis retirée et replongée. La plupart des céramiques se fissurent sous l’effet de ces cycles thermiques. La structure combinée Si₃N₄–Al₂O₃ du sialon lui confère une résistance aux chocs thermiques nettement supérieure à celle de l’alumine ou de la zircone – c’est cette même propriété qui assure la durabilité des tubes chauffants et des tubes de protection de thermocouples en sialon dans les fonderies, où la défaillance des composants due aux cycles thermiques constitue le mode de défaillance habituel des céramiques conventionnelles.

Module d'Young pour la transmission acoustique. Pour assurer un couplage efficace de l'énergie acoustique dans la masse fondue, il faut que le matériau de la sonotrode présente un module d'Young adapté à la gamme de fréquences utilisée (généralement comprise entre 15 et 25 kHz pour la transformation industrielle de l'aluminium). Les céramiques en sialon possèdent le module d'élasticité nécessaire pour transmettre les amplitudes ultrasoniques sans absorber d'énergie dans le corps même de la sonotrode : l'énergie est ainsi transférée vers la masse fondue, là où elle est nécessaire.

Flexibilité géométrique. La conception de la sonotrode joue un rôle déterminant dans la répartition du champ acoustique. Le sialon peut être fabriqué avec des tolérances de ±0,02 mm, ce qui permet un contrôle précis de la géométrie de la sonotrode et du profil du champ acoustique qui en résulte dans la masse fondue. Sialon Ceramics fabrique également des composants pouvant atteindre 3 000 mm de longueur dans sa gamme de carbure de silicium, ce qui témoigne de sa capacité de production nécessaire à la fabrication d’ensembles de sonotrodes de grand format.

Ce que révèlent réellement les chiffres

Les performances du dégazage par ultrasons sont largement documentées dans la littérature scientifique évaluée par des pairs et corroborées par des recherches indépendantes menées notamment à l'université de Brunel (BCAST) et au Laboratoire national d'Oak Ridge. Voici les principaux résultats obtenus sur un lot d'alliage Al–Si–Mg :

| Paramètre | Avant traitement | Après traitement par ultrasons | Variation | | — | — | — | — | | Teneur en hydrogène | 0,35 cm³/100 g | 0,17 cm³/100 g | -52 % | | Densité | 2,660 g/cm³ | 2,706 g/cm³ | +1,7 % | | Indice de porosité | 4 (échelle) | 1-2 (échelle) | Réduction > 50 % | | Résistance à la traction maximale | 200 MPa | 245 MPa | +22,5 % | | Allongement | 3,8 % | 5,1 % | +34 % |

L'amélioration de l'allongement est particulièrement significative. L'allongement dépend à la fois de la teneur en film d'oxyde (indice bifilm) et de la porosité. Le fait que l'allongement s'améliore de 34 % – soit davantage que ce que la réduction de l'hydrogène pourrait expliquer à elle seule – témoigne du rôle joué par les ondes de choc de cavitation dans la fragmentation et la redistribution des inclusions d'oxyde bifilm, qui sont par ailleurs invisibles lors d'une filtration classique.

Dans les applications de coulée continue en courant continu à des débits industriels de 70 à 100 kg/min, le traitement par ultrasons a permis de réduire de 1,5 à 2 fois la concentration en hydrogène dans la masse fondue en écoulement – un résultat obtenu avec une seule sonotrode correctement positionnée dans la géométrie de la goulotte. La durée de traitement nécessaire pour atteindre la teneur résiduelle conforme aux normes industrielles (0,1 à 0,2 cm³/100 g) est de 5 à 10 minutes en mode discontinu, ce qui est comparable à celle d’un dégazeur rotatif, mais sans consommation d’argon et avec un affinage simultané du grain.

Rotatif ou ultrasonique : une comparaison objective

Mécanisme d'élimination de l'hydrogène

Les systèmes rotatifs reposent sur la diffusion par bulles d'argon. À l'inverse, les systèmes à ultrasons utilisent la cavitation acoustique.

Gaz vecteur

Le dégazage rotatif nécessite un gaz vecteur. On peut notamment utiliser de l'argon, de l'azote ou des mélanges d'argon et de chlore. En revanche, le dégazage par ultrasons ne nécessite aucun gaz vecteur.

Risque de contamination

Les rotors en graphite peuvent introduire du carbone. Cela peut entraîner la formation de carbure d'aluminium (Al₄C₃). En revanche, les sonotrodes en sialon sont inertes. Elles n'introduisent donc aucune contamination.

Génération « Dross »

L'agitation rotative perturbe la surface de la masse fondue. Cela entraîne donc la formation de volumes importants de scories. En revanche, le traitement par ultrasons génère environ cinq fois moins de scories.

Vitesse de traitement

Le dégazage rotatif constitue la vitesse de référence. En comparaison, le traitement par ultrasons est environ trois fois plus rapide.

Affinage du grain

Les systèmes rotatifs ne permettent pas d'affiner la structure granulaire. Un procédé distinct ou un additif est donc nécessaire. À l'inverse, les systèmes à ultrasons affinent les grains simultanément. De plus, aucun additif n'est nécessaire.

Pièces mobiles

Les équipements rotatifs comportent des pièces mobiles : rotor, arbre et joints d'étanchéité. En revanche, les systèmes à ultrasons ne comportent aucune pièce mobile au sein de la masse fondue.

Qualité de la masse fondue (Bifilm)

Le dégazage rotatif n'apporte qu'une amélioration limitée des niveaux de bifilm. En revanche, la cavitation ultrasonique brise les bifilms et améliore ainsi la qualité de la masse fondue.

Coût d'exploitation

Les coûts liés au procédé rotatif comprennent l'approvisionnement en argon et le remplacement fréquent du rotor. En revanche, les coûts liés au procédé par ultrasons se limitent principalement à l'entretien de la sonotrode.

Évolutivité

Les systèmes rotatifs ont déjà fait leurs preuves pour les grands volumes de matière fondue. De même, les systèmes à ultrasons s'adaptent bien à une production à grande échelle grâce à leurs conceptions à sonotrodes multiples.

Le dégazage rotatif n'est pas obsolète. Pour les très grands volumes de masse fondue disposant d'une infrastructure d'argon déjà en place, l'analyse de rentabilité d'un remplacement prend du temps à se concrétiser. En revanche, pour les nouvelles installations, pour les fonderies qui évaluent leurs dépenses en argon, et pour toute activité où la contamination par le graphite constitue un problème de qualité récurrent, le calcul économique penche en faveur des systèmes à ultrasons – en particulier lorsque l'affinage du grain est pris en compte comme une étape du processus qui, sans cela, nécessiterait l'utilisation d'un alliage-maître TiBAl.

« Le dégazage par ultrasons produit plus de cinq fois moins de scories que le dégazage rotatif à l'argon, tout en offrant une cinétique de réduction de l'hydrogène trois fois plus rapide que l'élimination des gaz par turbine. » – BCAST de l'université de Brunel, aperçu du développement du dégazage par ultrasons

Intégration dans l'atelier de fonderie

Les équipements de dégazage par ultrasons ne constituent pas un système monolithique. Leur configuration dépend du procédé :

Traitement par lots (dans un four ou une poche de coulée).

Les opérateurs insèrent la sonotrode dans le bain de fusion à l'aide d'un bras de positionnement. Ils traitent le bain de fusion pendant 5 à 10 minutes, puis retirent la sonde. Cette approche nécessite un investissement en capital minimal et s'adapte à l'infrastructure existante du four. Les opérateurs peuvent déplacer la sonotrode selon des positions programmées afin d'optimiser la couverture acoustique de grands volumes de bain de fusion. Les installations modernes recourent de plus en plus au positionnement robotisé pour cette tâche.

En ligne (traitement dans un canal ou un puisard).

Les opérateurs positionnent la sonotrode dans un flux de métal en fusion, soit dans la goulotte reliant le four à la machine de coulée en continu à courant continu, soit directement dans le bac de coulée. Le système traite le métal en continu à des débits pouvant atteindre 100 kg/min, comme l’ont démontré des installations industrielles avérées. Les lignes de coulée en continu verticales Wagstaff et Bruno Presezzi utilisent cette configuration. Elle offre la plus grande amélioration de qualité par tonne sans allonger la durée du cycle.

Hybride (gaz + ultrasons).

Certains modèles de sonotrodes intègrent un canal central destiné à l’injection de gaz. Cela permet de combiner l’injection d’argon avec le champ ultrasonique. Cette combinaison permet aux usines de conserver leur infrastructure de dégazage existante tout en bénéficiant d’un affinage des grains induit par la cavitation et d’une réduction de la production de scories. Les entreprises qui ont déjà investi dans des systèmes d’alimentation en gaz y voient une transition logique.

Les exigences relatives aux générateurs sont simples. Aktive Arc Sarl – la société suisse d’ingénierie ultrasonique à l’origine de la gamme de générateurs NIMA – conçoit des systèmes ultrasoniques industriels destinés au traitement de l’aluminium en fusion, fonctionnant généralement à environ 19,7 kHz avec un suivi automatique de la fréquence, dans des plages de puissance allant de 100 W à 4 000 W (puissances supérieures disponibles sur demande). Leur approche de conception « sans ondes stationnaires » permet de traiter de grands volumes de métal en fusion sans l’inhomogénéité du champ qui affectait les premières installations. En collaboration avec =« https://www.sialon.com »>Sialon Ceramics ApS, Aktive Arc gère le portail technologique commun ultrasonicdegassing.com, sur lequel les deux entreprises présentent des configurations de systèmes intégrés associant les générateurs NIMA aux sonotrodes en céramique Sialon pour offrir une solution complète de dégazage.

Essayez le système intégré

Pour obtenir un dégazage par ultrasons efficace de l'aluminium fondu, deux conditions doivent être réunies : un générateur capable de fournir une intensité acoustique suffisante au-delà du seuil de cavitation dans le métal liquide, et une sonotrode capable de résister à la fusion sans contaminer le métal fondu. C'est précisément cette combinaison que Sialon Ceramics ApS et Aktive Arc Sarl ont mise au point conjointement.

Sialon Ceramics ApS fabrique des sonotrodes en céramique – des composants en oxynitrure de silicium et d’aluminium présentant un module de Young de 345 GPa, un comportement non mouillant dans l’aluminium fondu et une résistance aux chocs thermiques sur des milliers de cycles d’insertion. Forte de 40 ans d’expérience dans le développement de céramiques de pointe destinées au traitement des métaux à des températures extrêmes, Sialon fabrique des sonotrodes avec des tolérances de ±0,02 mm et conçues pour fonctionner en continu jusqu’à 1 400 °C en contact direct avec la masse fondue.

La société Aktive Arc Sarl (Neuchâtel, Suisse) fournit les systèmes de générateurs à ultrasons NIMA, spécialement conçus pour le traitement des métaux en fusion. Ces systèmes sont dotés d'un suivi automatique de la fréquence, d'une commande programmable et de configurations de puissance adaptées aux volumes de coulée en continu ou par lots. Fondée en 2001 et dirigée par Mario Plasencia, Aktive Arc apporte 25 ans d'expérience en ingénierie des ultrasons de puissance dans le domaine des générateurs.

Ensemble, les deux entreprises présentent des configurations de systèmes intégrés sur le site ultrasonicdegassing.com. Si votre fonderie envisage de recourir au dégazage par ultrasons – ou si la contamination par le graphite, la consommation d’argon ou les coûts liés aux alliages-maîtres TiBAl constituent déjà des préoccupations concrètes –, ce site constitue le point de départ pour définir les spécifications d’un système adapté à votre volume de coulée et à la configuration de votre processus.

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Foire aux questions

Comment le dégazage par ultrasons permet-il d'éliminer l'hydrogène de l'aluminium fondu ?

Les ondes ultrasonores génèrent une cavitation acoustique : des millions de bulles microscopiques se forment, oscillent et s’effondrent dans la masse fondue. Au cours de la phase de basse pression de chaque cycle d’oscillation, l’hydrogène atomique dissous se diffuse dans les bulles et se recombine en H₂ moléculaire. Les bulles fusionnent et remontent à la surface, libérant ainsi l’hydrogène gazeux. Ce procédé permet de réduire la teneur en hydrogène de 0,35 cm³/100 g à 0,17 cm³/100 g (soit une réduction de 52 %) en un seul traitement sur un lot d’alliage Al–Si–Mg.

Qu'est-ce que l'indice Bifilm et comment le traitement par ultrasons l'influence-t-il ?

L'indice Bifilm mesure la longueur totale des films d'oxyde (bifilms) présents sur une section transversale polie d'une pièce moulée. Il s'agit d'un indicateur direct de la qualité de la masse fondue. Il permet également de prédire les défaillances mécaniques. Les bifilms se forment lorsque la couche d'oxyde d'aluminium à la surface de la masse fondue se replie sur elle-même. Ce phénomène se produit lors d'une coulée turbulente. Les films repliés restent piégés dans le métal. La cavitation ultrasonique brise ces films d’oxyde. Le procédé utilise des ondes de choc dont la pression dépasse 400 MPa. Cela réduit l’indice Bifilm. Cela diminue également le nombre de sites d’amorçage de fissures. Les pièces moulées finies présentent alors des valeurs d’allongement nettement supérieures.

Pourquoi utiliser des sonotrodes en céramique Sialon plutôt qu'en titane ou en graphite ?

Les sonotrodes en titane s’érodent rapidement dans l’aluminium fondu à des températures supérieures à 700 °C, contaminant ainsi la masse fondue avec des particules de titane. Le graphite se dissout et introduit du carbone, susceptible de former des phases de carbure dans les alliages d’aluminium. Les céramiques en sialon sont chimiquement inertes face à l’aluminium fondu, thermiquement stables jusqu’à 1 100 °C, résistantes aux chocs sur des milliers de cycles thermiques, et possèdent un module d’Young adapté à une transmission ultrasonique efficace. Il en résulte une sonotrode dont la durée de vie est nettement plus longue et qui ne contamine pas du tout le bain de fusion, ce qui en fait la seule catégorie de matériaux à la fois sûre sur le plan métallurgique et viable sur le plan mécanique à l'échelle industrielle.

Le dégazage par ultrasons peut-il être intégré à une ligne de coulée continue en courant continu ?

Oui. Des ingénieurs ont mis au point des configurations en ligne pour la coulée verticale en courant continu (refroidissement direct) à des débits compris entre 70 et 100 kg/min. Ces configurations permettent de réduire de 1,5 à 2 fois la concentration en hydrogène dans la masse fondue en écoulement. Les opérateurs peuvent positionner la sonotrode dans la goulotte ou dans le bac de réception.

Le traitement par lots est également envisageable pour les fours et les poches de fonderie. Le critère de conception essentiel est la puissance acoustique délivrée : l'intensité ultrasonique doit dépasser le seuil de cavitation du métal liquide, qui est plus élevé que celui de l'eau.

Le dégazage par ultrasons nécessite-t-il de l'argon ou d'autres gaz vecteurs ?

Non – c’est l’un de ses principaux avantages par rapport au dégazage rotatif. Les systèmes rotatifs ont besoin d’argon (ou d’azote, ou de mélanges chlore-argon) pour évacuer l’hydrogène de la masse fondue. La cavitation ultrasonique est un processus entièrement mécanique : le champ acoustique crée les sites de nucléation et expulse l’hydrogène sans aucun gaz vecteur. Cela permet d’éliminer l’approvisionnement en gaz, son stockage, les infrastructures de distribution ainsi que les émissions environnementales associées. Cela évite également la perturbation de la couche protectrice d’oxyde d’aluminium provoquée par l’injection d’argon.