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Analyse de l'émission acoustique pour contrôler la fabrication additive de pièces en verres métalliques

De nombreux secteurs tels que la santé ou l'horlogerie s'intéressent aux alliages métalliques amorphes, connus sous le nom de verres métalliques massifs (de l'anglais Bulk Metallic Glass - BMG), en raison de leurs propriétés mécaniques uniques qui diffèrent de leurs homologues cristallins par l'absence d'ordre atomique à longue distance. Cependant, la mise en forme de BMG est un défi car elle nécessite des vitesses de solidification extrêmement rapides. Ces vitesses sont rarement atteintes avec les procédés de fabrication dits conventionnels, à l'exception des pièces de petit volume.

Dans ce contexte, le procédé de fabrication additive de fusion laser sur un lit de poudre (de l'anglais Laser Powder Bed Fusion - LPBF) se distingue par son taux de refroidissement local extrêmement rapide et sa capacité à réaliser des pièces complexes et massives. Ce processus apparaît donc comme une solution prometteuse pour la problématique de mise en forme des BMG. Néanmoins, le processus LPBF impose, par l'ajout de nouvelles couches, des cycles successifs de chauffe au matériau déjà solidifié, entraînant un traitement thermique in-situ pouvant conduire à la déstabilisation de la structure amorphe, jusqu'à créer de la cristallisation. Cette dernière étant néfaste pour les propriétés, l'enjeu est de pouvoir la détecter pour mieux l'éviter. Le LMTM (Laboratoire de Métallurgie Thermomécanique) a conçu la machine LPBF SLM2 dans le souci de pouvoir répondre à ce besoin.

L'objectif de ce projet a été de tenter de détecter, à l'aide de deux capteurs acoustiques, la signature spécifique de la cristallisation se produisant lors du processus de fabrication de BMG à base zirconium. Des impressions ont été réalisées en utilisant différents paramètres, favorisant tantôt l'état amorphe, tantôt l'état cristallin du matériau. Des analyses métallographiques approfondies et des essais de microdureté Vickers ont été menés pour identifier la présence de cristaux au sein du matériau.