IMDEA développe une nouvelle superalliage à haute entropie imprimable en 3D

IMDEA Materials Institute a mis au point une nouvelle superalliage à haute entropie imprimable en 3D pour des applications dans les moteurs d’avion. Cette nouvelle superalliage à haute entropie à base de cobalt (Co) et de nickel (Ni), le CoNi-HESA, capable de résister à des températures de fonctionnement plus élevées, pourrait constituer une avancée vers des moteurs d’avion plus puissants et plus économes en carburant.

Le développement et la fabrication du nouveau CoNi-HESA sont détaillés dans un article récemment publié dans Materials & Design : Laser powder bed fusion of a novel CoNi-based high entropy superalloy.

Fait important, les chercheurs impliqués ont pu optimiser la conception du matériau pour la FA grâce à des techniques de fusion laser sur lit de poudre (LPBF). Cela permet de fabriquer des composants présentant moins de défauts et une microstructure plus homogène, entre autres avantages.

Faire fonctionner les moteurs d’avion à des températures plus élevées augmente l’efficacité thermique et la poussée, ce qui se traduit par une meilleure économie de carburant et de meilleures performances. Cependant, cela exige des matériaux capables de résister à une chaleur et à des contraintes extrêmes sans se dégrader. Les superalliages à base de nickel sont, à cet égard, au premier plan de la fabrication des moteurs à réaction depuis des décennies, en raison de leurs remarquables propriétés à haute température.

Les superalliages à base de cobalt offrent, quant à eux, une excellente résistance à la corrosion et à l’oxydation. Cependant, la capacité des ingénieurs à exploiter ces propriétés dans la conception et la fabrication des moteurs d’avion a été limitée par leur résistance relativement faible à haute température comparée à celle de leurs homologues à base de nickel. En combinant les propriétés exceptionnelles des deux familles de superalliages, les chercheurs ont pu créer le nouveau CoNi-HESA, qui présente à la fois une ductilité supérieure et une résistance élevée à haute température. Les auteurs de ces travaux comprennent le Professeur Torralba, les anciens chercheurs d’IMDEA Materials, le Dr Ahad Mohammadzadeh et Alessandro De Nardi, ainsi que le Dr Amir Mostafaei de l’Illinois Institute of Technology.

« Grâce à une combinaison soigneusement sélectionnée de puissance laser et de vitesse de balayage dans le procédé LPBF, le CoNi-HESA développé se prête parfaitement à la production de composants résistants aux fissures et à haute densité », a déclaré le Professeur Torralba. Outre la possibilité de contrôler la puissance du laser et la vitesse de balayage pour réduire le gradient thermique et la vitesse de refroidissement du composant imprimé, la technique LPBF utilisée a également permis de préchauffer le lit de poudre et/ou de réduire l’épaisseur de couche. Cela a également permis d’améliorer les propriétés thermiques et mécaniques des pièces fabriquées en FA. « En conclusion, nous pouvons affirmer que l’hypothèse selon laquelle la conception de superalliages à base de CoNi fondée sur des prédictions thermodynamiques basées sur l’entropie de mélange peut améliorer substantiellement les propriétés des matériaux a été confirmée », a déclaré le Professeur Torralba. « C’est très prometteur pour les futures applications de la FA dans des domaines tels que l’énergie, l’espace et la technologie nucléaire. »