Vers des matériaux automobiles plus durables : le rôle des alliages d’aluminium recyclé

Plus qu’un simple outil d’observation, l’analyse microstructurale constitue un levier essentiel pour comprendre le comportement des alliages d’aluminium destinés aux applications automobiles. La microscopie électronique, plus précisemment les plateformes FE-SEM (Field Emission Scanning Electron Microscopy), associée à des méthodes de préparation adaptées, permet d’accéder à une information fine sur la morphologie et l’organisation des phases intermétalliques formées lors des procédés de transformation.

Constellium est un acteur majeur dans le développement et la fabrication de produits et solutions en aluminium à forte valeur ajoutée, ainsi que dans le recyclage de l’aluminium. Dans cette note d'utilisateur, les équipes présentent un cas d’usage de la microscopie électronique ZEISS, afin de mieux compréhendre la formation des phases intermétalliques durant le procédé de solidification. Cette approche permet de révéler des structures à forte topographie et d’analyser leur morphologie avec un haut niveau de détail et de reproductibilité. Elle s'inscrit dans un projet global de recyclage des ressources utilisées dans l'industrie automobile, afin de promouvoir des solutions durables et une économie circulaire.

Dans cette note, apprenez :

• L'importance du marché de l'aluminium recyclé dans l'industrie automobile
• Les enjeux liés à la bonne compréhension du mécanisme de transformation des phases des alliages
• L'apport de la microscopie électronique FE-SEM dans ces études
• L'utilisation en industrie 

Si le recyclage permet de réduire fortement la consommation énergétique par rapport à l’aluminium primaire, il entraîne également une complexification de la microstructure des alliages. Il s’accompagne alors de nouveaux défis qu’il est essentiel d’identifier et de maîtriser afin d’assurer la réussite et la pérennité de cette démarche vertueuse.

En effet, la présence d’éléments résiduels tels que le fer, le manganèse et le silicium, influence la formation des phases eutectiques et intermétalliques lors de la solidification. La morphologie et l’organisation de ces phases conditionnent les propriétés mécaniques des matériaux et leur aptitude à la mise en forme.

L’analyse fine de ces microstructures nécessite des outils d’imagerie capables de résoudre des détails de petite taille, tout en conservant une bonne lisibilité sur des structures à forte topographie, dans le cadre des activités de recherche menées par Constellium.  

Les microscopes électroniques à balayage analysent un échantillon avec un faisceau d'électrons focalisé et obtiennent ainsi des images contenant des informations sur la topographie et la composition de l'échantillon. Ils se placent ainsi comme un outil incontournable pour l’analyse des matériaux métalliques complexes comme les alliages d’aluminium.

Les FE-SEM nouvelle génération de ZEISS offrent une imagerie à haute résolution et un contraste des matériaux supérieur. L'utilisation de cette technologie apporte plusieurs avantages :

1. Résolution et contraste des phases très fines : Il permet de visualiser et distinguer des phases à l’échelle sub-nanométriques, ce qui est essentiel pour comprendre la distribution des composés secondaires dans l’alliage.

2. Analyses morphologiques avancées : La technologie permet d’observer précisément des détails de microstructure tels que la morphologie des grains, les zones enrichies en éléments d’alliage ou les défauts microstructuraux (inclusions, fissures, interfaces). Cela est essentiel pour la compréhension des mécanismes de solidification et de vieillissement des alliages.

3. Cartographie chimique par détection EDS : en couplant le FE-SEM avec un détecteur EDS, il est possible de réaliser des cartographies élémentaires détaillées qui révèlent la distribution des éléments d’alliage. Ceci est particulièrement utile pour optimiser les compositions recyclées et assurer des performances mécaniques prédictibles.

L’utilisation d’un microscope électronique tel que la gamme FE-SEM ZEISS permet à Constellium de renforcer son innovation matériau dans un secteur automobile en pleine transformation. Les résultats issus de ces analyses permettent de mieux maîtriser la microstructure des alliages recyclés, favorisent des gains en performance et durabilité, et renforcent la compétitivité de leurs matériaux dans des applications automobiles exigeantes, telles que les carrosseries et composants automobiles, ainsi que des solutions pour les batteries.

Sur le long terme, ces approches microstructurales contribuent à augmenter l’efficience des matériaux recyclés dans des véhicules plus légers, plus sûrs et plus durables, tout en répondant aux défis de l’économie circulaire et de la réduction des émissions de CO₂.