Un alliage haute performance nanostructuré mis au point par impression 3D : Détails

En utilisant une technique d’impression 3D par laser, des chercheurs de l’Université du Massachusetts Amherst et de l’Institut de technologie de Géorgie ont mis au point un alliage nanostructuré à haute entropie qui est bien plus ductile et plus résistant que d’autres matériaux de pointe fabriqués de manière additive. Cette découverte pourrait ouvrir la voie à la fabrication de composants plus performants utilisés dans l’aérospatiale, l’énergie, la médecine et les transports. Les alliages à haute entropie (HEA) ont gagné en popularité dans la science des matériaux. Ils contiennent cinq éléments ou plus en proportions quasi égales et permettent de créer un nombre quasi infini de combinaisons uniques dans la conception des alliages.

L’impression 3D ou la fabrication additive, quant à elle, est considérée comme une approche puissante pour le développement de matériaux. De grands gradients de température et des taux de refroidissement élevés peuvent être produits en utilisant cette technique d’impression 3D basée sur le laser, ce qui n’est pas possible avec les méthodes conventionnelles.

Dans la nouvelle étude, les chercheurs ont combiné le potentiel de l’HEA et une technique d’impression 3D appelée infusion laser sur lit de poudre pour développer le nouveau matériau. Au cours du processus, les matériaux fondent puis se solidifient très rapidement par rapport aux techniques traditionnelles. De ce fait, selon Wen Chen, professeur adjoint de génie mécanique et industriel à l’UMass, on obtient un type de microstructure très différent qui est loin de l’équilibre sur les composants utilisés.

La microstructure ainsi créée a une structure de filet et se compose de couches alternées appelées structures nanolamellaires cubiques à faces centrées (FCC) et cubiques à corps centrées (BCC) intégrées dans les colonies eutectiques à micro-échelle ayant des orientations aléatoires. La propriété nanostructurée hiérarchique de l’HEA permet une déformation coopérative des deux phases.

“Le réarrangement atomique de cette microstructure inhabituelle donne lieu à une résistance ultra élevée ainsi qu’à une ductilité accrue, ce qui est rare car les matériaux habituellement solides ont tendance à être cassants”, a déclaré Chen. Il est également l’auteur principal de l’étude publiée dans Nature.

Le professeur a ajouté que, contrairement au moulage métallique conventionnel, ils ont pu tripler le niveau de résistance, et ce sans utiliser la ductilité. “Pour de nombreuses applications, une combinaison de résistance et de ductilité est essentielle. Nos résultats sont originaux et passionnants tant pour la science des matériaux que pour l’ingénierie”, a ajouté M. Chen.

Les chercheurs ont souligné que l’étude a montré que les matériaux imprimés en 3D étaient plus robustes lorsqu’il s’agissait de résister à des déformations appliquées. Selon l’équipe, cet aspect est crucial pour la conception de structures légères permettant d’économiser de l’énergie et d’améliorer l’efficacité mécanique.


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