Polissage alliages d'aluminium : méthode complète et consommables Akasel
Les alliages d'aluminium concentrent à eux seuls plusieurs défis métallographiques majeurs : ductilité élevée qui favorise l'incrustation de particules abrasives dans la surface, présence d'intermétalliques durs (Al₂Cu, Al₃Mg₂, Mg₂Si) dans une matrice tendre qui crée du relief au polissage, et sensibilité chimique à l'eau alcaline pour les alliages 2xxx et 7xxx contenant du cuivre. La méthodologie Akasel AKA-brief #4 fournit une séquence courte (4 étapes) parfaitement validée pour l'ensemble du nuancier : alliages de corroyage 1xxx à 8xxx, alliages de fonderie AlSi et AlCu, et plus récemment les alliages issus de fabrication additive type AlSi10Mg dont la microstructure dendritique fine doit être révélée sans masquage. Bien exécutée, elle permet la mesure de taille de grain selon ASTM E1382, l'identification des phases intermétalliques, l'évaluation de la modification eutectique des AlSi, ou le contrôle de soudures FSW (Friction Stir Welding).
Caractéristiques métallographiques
- Dureté typique
- 30 HV (1050 pur recuit) · 80–120 HV (5xxx/6xxx) · 150–180 HV (7xxx T6) · 60–110 HV (AlSi de fonderie)
- Normes applicables
- ISO 945-1 (graphite, par analogie pour Si) · ASTM E1382 · EN 573 (désignation)
- Applications industrielles
- Aéronautique (7075, 2024 T351)
- Automobile (pièces de fonderie AlSi9Cu3, blocs moteur)
- Construction (alliages 6xxx extrudés)
- Emballage et carrosserie (5xxx, 6xxx)
- Fabrication additive (AlSi10Mg, ScalmalloyⓇ)
L'aluminium pur (1050, 1199) plafonne à 30 HV à l'état recuit, ce qui en fait l'un des métaux les plus tendres rencontrés en métallographie. Les alliages de corroyage par durcissement structural (séries 2xxx, 6xxx, 7xxx) atteignent 80 à 180 HV selon le traitement (T4, T6, T7). Les alliages de fonderie eutectiques type AlSi12 contiennent jusqu'à 12 % de silicium sous forme d'aiguilles dans une matrice α-Al, avec une dureté locale très contrastée : ≈ 60 HV pour la matrice, ≈ 1000 HV pour les cristaux de Si. Cette hétérogénéité est la principale cause du relief observé : le Si dur n'est pas usé à la même vitesse que la matrice, créant une topographie qui complique l'observation. Les alliages de fabrication additive (AlSi10Mg LPBF) présentent une structure dendritique très fine (≈ 1 µm), avec un réseau de Si eutectique sub-micronique. Les ségrégations de Cu, Mg, Zn peuvent provoquer une corrosion galvanique pendant la finition à la silice colloïdale, justifiant un rinçage rapide à l'éthanol après la dernière étape.
Méthode de préparation pas à pas
1Tronçonnage
Pour le tronçonnage de l'aluminium, on évite impérativement les disques abrasifs ferreux qui se chargent (effet smearing) et perdent leur capacité de coupe. La référence est l'Aka-Cut NF10, disque abrasif spécifique métaux non ferreux à liant résine, dureté faible, qui s'auto-affûte par érosion du liant. Pour les pièces de fonderie épaisses, il accepte des avances de 0,1 à 0,3 mm/s sous flux abondant d'Aka-Cool 5 %. Pour les sections fines (tôles aéronautiques, profilés extrudés), passer au disque de précision Aka-Cut 400 HV 150 mm qui combine grain abrasif fin et liant souple, idéal pour échantillons de 2 à 10 mm d'épaisseur. Trois précautions spécifiques aluminium : (1) ne jamais utiliser de disque diamanté nu (pas de liant métallique) car le Si dur des AlSi peut éroder mécaniquement la liaison ; (2) refroidir abondamment — l'aluminium conduit très bien la chaleur mais a un point de fusion bas (≈ 660 °C pour le pur, dès 577 °C pour l'eutectique AlSi), une zone affectée thermiquement (ZAT) peut apparaître si la lubrification est insuffisante ; (3) attention aux copeaux longs qui peuvent s'enchevêtrer entre disque et pièce — préférer une coupe en plusieurs passes courtes plutôt qu'une coupe unique longue. Sur pièces de grande dimension, l'Aka-Cut 50 HV (disque diamanté spécifique alliages tendres) donne les meilleurs résultats avec une durée de vie de plusieurs centaines de découpes.
2Enrobage
L'enrobage des alliages d'aluminium doit limiter l'élévation de température sur les alliages traités thermiquement sensibles au revenu (T6, T7). À chaud, l'Aka-Resin PP (polypropylène, cycle à 150 °C) reste compatible avec la plupart des alliages 6xxx et 7xxx — disponible en quatre couleurs (noir, vert, orange, rouge) pour identifier visuellement les séries. Pour les alliages 2xxx fortement durcis ou les pièces de fabrication additive dont on veut préserver l'état post-procédé, l'enrobage à froid s'impose. Le duo Aka-Resin Liquid Epoxy + Aka-Cure Slow donne un échantillon transparent permettant d'observer la position de l'aluminium dans le moule pendant le durcissement (utile pour aligner précisément une zone d'intérêt comme une soudure ou une porosité). Cycle long (8 à 24 h à température ambiante), mais aucune élévation thermique. Pour les contrôles SEM/EBSD ultérieurs, ajouter un additif conducteur (poudre de graphite ou carbone) à la résine ou utiliser l'Aka-Resin Phenolic SEM conductrice. Les pièces de fonderie poreuses doivent être imprégnées sous vide pour éviter que la silice colloïdale ne s'infiltre dans les pores et n'arrache la matrice lors du polissage.
3Pré-polissage
Le pré-polissage aluminium démarre directement sur papier abrasif Rhaco Grit P320 (lubrification eau, 300 rpm, 20 N) jusqu'à obtention d'une surface plane — l'aluminium étant tendre, P220 est trop agressif et risque de créer des rayures profondes difficiles à éliminer. Pour les alliages très tendres (1xxx, 5xxx recuits), commencer plutôt en P500 voire P800. Étape suivante : drap Aka-Largan 9 (drap rigide à pré-polissage diamant) avec suspension DiaUltra 9 µm, 150 rpm, 30 N, 3 min 30. C'est ici que se joue la maîtrise de l'incrustation : la matrice α-Al est suffisamment tendre pour incorporer mécaniquement des particules de diamant ou de SiC. Si les paramètres ne sont pas respectés, l'observation finale révèle de fines aiguilles brillantes interprétables comme des inclusions — c'est en réalité du diamant incrusté. Pour limiter ce phénomène : utiliser une suspension diamantée monocristalline DiaUltra (et non polycristalline), maintenir une lubrification généreuse à l'Aka-Lube Blue, et respecter strictement le temps de 3 min 30. Sur les AlSi de fonderie, les cristaux de Si commencent à apparaître en relief dès cette étape ; il sera quasiment impossible de le réduire entièrement, c'est inhérent à la métallurgie de l'alliage. Une astuce : alterner brièvement le sens de rotation tête/plateau (mode contra) lors des 30 dernières secondes pour aplanir.
4Polissage final et attaque chimique
Le polissage final aluminium suit en deux étapes Akasel. Étape 3 : drap Aka-Moran-U (drap moyen-doux, structure feutrée poreuse) avec suspension DiaUltra 3 µm, 150 rpm, 25 N, 2 min 30. Le Moran-U se distingue du Moran standard par une porosité plus marquée qui favorise l'évacuation des débris et limite l'incrustation. Étape 4 (finition) : drap Aka-Chemal avec silice colloïdale alcaline 50 nm, 150 rpm, 15 N, 2 min. La silice colloïdale alcaline (pH 9–10) a une triple action : abrasion mécanique très douce, gravure chimique de l'aluminium (réaction Al + OH⁻ → AlO₂⁻), et polissage par réaction. Cette dernière phase rend visibles les joints de grains et les interfaces α/Si sans nécessiter d'attaque chimique supplémentaire dans de nombreux cas. Important : pour les alliages 2xxx et 7xxx riches en cuivre, la silice colloïdale alcaline peut être corrosive si laissée en contact prolongé — ne pas dépasser 2 min et rincer immédiatement à l'eau puis à l'éthanol. Pour révéler la microstructure si nécessaire : réactif de Keller (HF 1 ml, HCl 1,5 ml, HNO₃ 2,5 ml, eau 95 ml) pendant 10 à 60 s — révèle joints de grains et phases intermétalliques. Réactif de Barker (acide fluoborique électrolytique, 20 V) pour observation en lumière polarisée — révèle les grains par couleurs.
Attaques chimiques recommandées
Réactif de Keller (HF/HCl/HNO₃/eau) · Réactif de Barker (HBF₄ électrolytique, polarisé) · NaOH 1 % pour AlSi · Réactif de Weck (KMnO₄) pour AlMg.
Séquence Akasel — récapitulatif (système 300 mm, échantillon Ø 40 mm)
| Étape | Surface | Abrasif | Lubrifiant | Vitesse | Force | Temps |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1. Planage | Rhaco Grit P320 | Papier SiC grain 320 | Eau | 300 rpm | 20 N | jusqu'à plan |
| 2. Pré-polissage diamant | Aka-Largan 9 | DiaUltra 9 µm | Aka-Lube Blue | 150 rpm | 30 N | 3 min 30 |
| 3. Polissage diamant fin | Aka-Moran-U | DiaUltra 3 µm | Aka-Lube Blue | 150 rpm | 25 N | 2 min 30 |
| 4. Finition oxyde | Aka-Chemal | Silice colloïdale 50 nm alcaline | — | 150 rpm | 15 N | 2 min |
Sur système 250 mm, augmenter les temps de 30 %. Sur 200 mm, doubler les temps. Adapter les forces au prorata de la surface réelle si plusieurs échantillons.
Produits Akasel recommandés
Sélection des consommables Akasel utilisés dans cette méthodologie, par ordre d'intervention.
Aka-Cut NF10
Aka-Cut 400 HV, 150 mm
Aka-Cool
Aka-Resin PP, orange
Aka-Resin liquide Epoxy
Rhaco Grit P320
Aka-Largan 9
DiaUltra 9 µm
Aka-Moran-U
DiaUltra 3 µm
Aka-Chemal
Aka-Lube bleu
Questions fréquentes
Pourquoi ai-je des points brillants sur la matrice après polissage d'un AlSi12 ?
Comment éviter le relief des cristaux de silicium dans les AlSi de fonderie ?
L'enrobage à chaud altère-t-il l'état T6 d'un 7075 ?
Quelle attaque pour révéler les grains de recristallisation d'un alliage 6061 ?
Peut-on polir un alliage AlLi sans précautions particulières ?
Pour aller plus loin
Source originale (anglais)
Akasel AKA-Brief #4 — alliages d'aluminium (PDF)Document publié par Akasel A/S, Danemark. Disponible en français sur demande auprès de Metallab.