La « sauce secrète » permet une nouvelle façon de fabriquer des alliages à composition graduée

21 juillet 2023

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par Emily R Tomlin, Laboratoire national d'Oak Ridge

La recherche sur une nouvelle technologie unique pour fabriquer des pièces métalliques composites pour une large gamme d’applications fonctionnant dans des environnements extrêmes dans les secteurs de l’aviation, de l’espace et de l’énergie s’avère prometteuse pour la fabrication additive.

Développée par des scientifiques du laboratoire national d'Oak Ridge du ministère de l'Énergie, cette technique permet de concevoir des pièces composites de composition graduée. Ces composants passent des superalliages à haute résistance aux alliages réfractaires capables de résister à des températures extrêmement élevées, de sorte qu'aucune soudure n'est nécessaire.

Bien que les superalliages et les alliages réfractaires ne puissent généralement pas être soudés ou assemblés les uns aux autres, de nombreuses applications nécessitent des matériaux dotés de propriétés à haute température et à haute résistance spécifiques au site.

"Nous pouvons permettre des compositions qui passent facilement d'un alliage à un autre", a déclaré Soumya Nag, scientifique en matériaux à l'ORNL qui dirige les études. « Nous pouvons affiner une pièce composite que nous pouvons niveler d'un bout à l'autre et qui présente une capacité de résistance et de température élevée de chaque côté. »

Le secret est dans la « sauce ».

"C'est comme cuisiner. En gros, vous avez des ingrédients différents. Donc, si vous avez plus de pâtes d'un côté et plus de risotto de l'autre, comment passer continuellement des pâtes au risotto ? Vous changez les ingrédients au fur et à mesure que vous passez de d'un bout à l'autre, et c'est exactement ce que nous faisons", a déclaré Nag.

La sauce dans ce cas est une poudre composée d'un troisième alliage de transition qui possède des caractéristiques de légèreté ou de haute température. Nag et les membres de l'équipe ont utilisé une modalité de fabrication additive appelée dépôt d'énergie dirigé pour déposer différentes compositions de poudre dans un environnement d'argon inerte, modifiant ainsi le taux de dépôt au fur et à mesure.

Pour la plupart des applications structurelles, a déclaré Nag, une seule composition d'alliage est souvent utilisée pour fabriquer des composants destinés à des environnements corrosifs, à haute température ou radiatifs, mais ce processus est coûteux et compromet les performances. Pour les composants nécessitant des propriétés très variées, des pièces soudées fabriquées à partir de matériaux différents sont souvent fabriquées, ce qui entraîne des interfaces abruptes qui peuvent avoir un impact négatif sur les performances.

Dans les dernières études, les scientifiques ont utilisé des poudres d'Inconel 718, un alliage à base de nickel, et de C103, un alliage à base de niobium. Ces alliages, l'un à haute résistance et l'autre résistant aux températures élevées, ne veulent pas se joindre et ont tendance à créer des fissures lorsqu'ils le font. Mais en utilisant une machine à faisceau de dépôt d'énergie dirigé par poudre soufflée et en modifiant la vitesse à laquelle les poudres s'écoulent, les scientifiques peuvent modifier la composition des métaux assemblés afin qu'ils présentent les propriétés bénéfiques des deux.