Les chercheurs créent de hautes

8 août 2023

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par Cactus Communications

Nos efforts continus pour nous aventurer dans l’espace exigent des avancées technologiques substantielles dans divers domaines, notamment la science des matériaux. Les matériaux utilisés dans l’industrie aérospatiale doivent être légers mais résistants mécaniquement, une combinaison difficile à réaliser. Heureusement, les composites à matrice métallique ont parcouru un long chemin depuis leur apparition au XXe siècle, et de nombreux experts estiment qu’ils joueront un rôle clé dans les applications spatiales dans un avenir proche.

L'un des types de composites à matrice métallique les plus prometteurs sont les composites à matrice d'aluminium (AMC) renforcés par des particules d'alliage à haute entropie (HEAPs), qui peuvent conférer aux AMC des propriétés mécaniques supérieures, notamment une résistance, une durabilité et une plasticité élevées. Cependant, les HEAP génèrent également des défauts structurels, tels que des microfissures et des microvides, qui peuvent s’avérer problématiques.

Dans ce contexte, une équipe de recherche dirigée par le professeur Hai-liang Yu de l'Université Central South, en Chine, étudie une nouvelle façon de fabriquer des feuilles plates HEAp/AMC hautes performances.

Dans leur dernière étude, publiée dans Transactions of Nonferrous Metals Society of China, l'équipe a exploré une technique prometteuse appelée cryoroulage asymétrique (ACR), qui combine les avantages du cryoroulage et du laminage asymétrique (AR).

L'AR est une technique bien établie dans la fabrication de l'acier qui consiste à faire passer une plaque métallique dans un laminoir. Ce processus applique une déformation de cisaillement importante uniformément dans toute l’épaisseur de la plaque, ce qui contribue à réduire le nombre de défauts. La seule différence pratique entre AR et ACR est leur température de fonctionnement. Alors que l'AR est réalisé à température ambiante, l'ACR est réalisé à des températures cryogéniques obtenues à l'aide d'azote liquide.

Certaines études antérieures ont montré que l'ACR peut améliorer les propriétés mécaniques des feuilles HEAp/AMC. Mais le mécanisme de renforcement correspondant et le lien entre les propriétés mécaniques et la microstructure des AMC au cours de l’ACR restent flous. Pour combler ce manque de connaissances, les chercheurs ont préparé des feuilles HEAp/AMC en utilisant AR à 298 K et ACR à 77 K et les ont analysées à l'aide de techniques de microscopie électronique à balayage et à transmission ainsi que d'essais de traction et de dureté.

Ils ont trouvé d’importantes différences microstructurales entre les feuilles préparées via AR et ACR. Le traitement cryogénique a produit des feuilles avec moins de microvides, une granulométrie plus fine et une densité de dislocations plus élevée. De plus, les tests mécaniques ont révélé que les tôles ACR étaient nettement plus ductiles et plus résistantes que les tôles AR. "La résistance à la traction ultime des HEAP/AMC à 3 % en poids préparés via ACR a atteint 253 MPa, soit 13,5 % de plus que celle obtenue par les feuilles préparées via AR", souligne le professeur Yu.

Les chercheurs ont conclu que les différences observées entre ACR et AR étaient principalement dues à l’effet de réduction de volume des HEAp/AMC.

"Plus l'effet de retrait volumique de l'alliage d'aluminium est important, plus l'aluminium s'enroulera étroitement autour des HEAPs de renforcement. Cela renforce la liaison entre la matrice et les particules", explique le professeur Yu. "Étant donné que l'effet de retrait volumique est plus important dans les environnements cryogéniques, l'ACR joue un rôle important dans la prévention des défauts provoqués par la déformation plastique importante des feuilles HEAp/AMC."

Dans l’ensemble, ces résultats suggèrent que l’ACR pourrait jouer un rôle clé dans le développement de nouveaux alliages pour les industries aérospatiale et automobile, et pourrait même devenir la technologie de référence pour les matériaux hautes performances à l’avenir.