Une impression d’artiste des multiples nanostructures du nouvel alliage à haute entropie.

Les nouvelles techniques de fabrication offrent la possibilité de créer de nouveaux alliages métalliques présentant un large éventail de propriétés. Une équipe de chercheurs a mis au point un nouvel alliage imprimable en 3D doté d’une nanostructure spécifique qui le rend ultra résistant et ductile.

La plupart des alliages courants, comme l’acier inoxydable ou le bronze, sont constitués d’un métal primaire mélangé à de petites quantités d’autres éléments. Mais une nouvelle catégorie de matériaux, connue sous le nom d’alliages à haute entropie (AHE ou HEA : High Entropy Alloy), consiste à mélanger cinq éléments différents dans des proportions à peu près égales. Les alliages ainsi obtenus présentent des propriétés intrigantes et utiles, comme des rapports résistance/poids élevés et une rigidité qui augmente avec la température.

La nouvelle étude porte sur un HEA contenant de l’aluminium, du cobalt, du chrome, du fer et du nickel en proportions égales. Ce mélange particulier fait l’objet d’expériences depuis quelques années déjà, mais l’équipe l’a fabriqué à l’aide d’une technique qui n’avait pas encore été appliquée : la fusion laser sur lit de poudre. Essentiellement, les formes en poudre des métaux d’origine sont étalées sur une surface, puis projetées par un laser de forte puissance qui les fait fondre et se resolidifier rapidement.

Cette technique, une forme d’impression 3D, donne à l’alliage final une microstructure très différente de celle obtenue par d’autres méthodes de fabrication. L’équipe décrit l’alliage comme ressemblant à un filet, avec des couches alternées de différentes structures cristallines cubiques. Cela confère à l’HEA une limite d’élasticité d’environ 1,3 gigapascal, soit près de trois fois plus que lorsqu’il est fabriqué à l’aide des méthodes de moulage classiques. Dans le même temps, il est également plus ductile, ce qui permet d’éviter un compromis courant.

« 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 fragiles », a déclaré Wen Chen, chercheur principal de l’étude. « 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. »

Cette combinaison spécifique de résistance et de ductilité (étirable, extensible, déformable) pourrait rendre cet alliage utile pour des composants dans l’aérospatiale, l’énergie, les transports ou d’autres domaines d’ingénierie.

https://www.nature.com/articles/s41586-022-04914-8

https://news.gatech.edu/news/2022/08/03/researchers-3d-print-first-high-performance-nanostructured-alloy-thats-both