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Des alliages multicomposants extrêmement solides et incroyablement ductiles développés.

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Des alliages multicomposants extrêmement solides et incroyablement ductiles développés

Phys.org

Une équipe de recherche dirigée par la City University de Hong Kong (CityU) a élaboré une stratégie de création de nouveaux alliages à haute résistance extrêmement solides, ductiles et flexibles. La stratégie résout les problèmes critiques du dilemme du compromis force-ductilité, ouvrant la voie à des matériaux structurels innovants à l’avenir. Les alliages à éléments principaux multiples, généralement appelés alliages à entropie élevée, constituent un nouveau type de matériau construit avec des quantités égales ou presque égales de cinq métaux ou plus. Ils sont actuellement au centre de l’attention en science des matériaux et en génieen raison de leurs applications structurelles potentielles. Pourtant, la plupart des alliages partagent les mêmes caractéristiques néfastes: plus la résistance de l’alliage est élevée, moins la ductilité et la ténacité sont importantes, ce qui signifie que les alliages forts ont tendance à être moins déformables ou étirables sans rupture. Récemment, cependant, une étude dirigée par le professeur Liu Chain Tsuan, professeur distingué du département de science des matériaux et d’ingénierie des matériaux à CityU, a trouvé une solution révolutionnaire à ce dilemme impressionnant qui dure depuis plusieurs décennies: fabriquer des alliages à haute entropie par la précipitation massive de nanoparticules les particules. Cette recherche de pointe vient de paraître dans le dernier numéro de la prestigieuse revue  Science , intitulée «Nanoparticules intermétalliques à plusieurs composants et comportement mécanique superbe des alliages complexes».

Résoudre le compromis force-ductilité

«Nous sommes en mesure de fabriquer un nouvel alliage à entropie élevée appelé Al 7 Ti 7  ((FeCoNi) 86- Al 7 Ti 7 ) avec une résistance supérieure de 1,5 gigapascals et une ductilité atteignant 50% en traction à la température ambiante. Renforcé par des nanoparticules, ce nouvel alliage est cinq fois plus résistant que celui de l’alliage à base de fer, de cobalt et de nickel (FeCoNi) », explique le professeur Liu.

«La plupart des alliages classiques contiennent un ou deux éléments majeurs, tels que le nickel et le fer, pour la fabrication», explique-t-il. « Cependant, en ajoutant des éléments supplémentaires en aluminium et en titane pour former des précipités massifs dans l’alliage à base de FeCoNi, nous avons constaté que la résistance et la ductilité avaient considérablement augmenté, résolvant ainsi le problème crucial du dilemme du compromis pour les matériaux de structure. »

De plus, les alliages à haute résistance font généralement face à une instabilité de déformation plastique, connue sous le nom de problème de striction, ce qui signifie que lorsque l’alliage est soumis à une résistance élevée, sa déformation devient instable et conduit très facilement à une fracture de striction (déformation localisée) avec un allongement uniforme très limité. . Mais l’équipe a également découvert qu’en ajoutant des nanoparticules intermétalliques à plusieurs composants, qui sont des nanoparticules complexes composées de différents éléments, il est possible de renforcer uniformément l’alliage en améliorant l’instabilité de la déformation.

S’attaquer au «problème de la nuque»

Et ils ont trouvé la formule idéale pour ces nanoparticules complexes, composées d’atomes de nickel, de cobalt, de fer, de titane et d’aluminium. Le professeur Liu explique que chaque nanoparticule mesure de 30 à 50 nanomètres. Les atomes de fer et de cobalt qui remplacent certains composants du nickel contribuent à réduire la densité électronique de valence et à améliorer la ductilité du nouvel alliage. D’autre part, le remplacement d’une partie de l’aluminium par du titane réduit considérablement l’impact de l’humidité dans l’air afin d’éviter la fragilisation induite de ce nouvel alliage puissant.

«Cette recherche ouvre une nouvelle stratégie de conception pour développer des superalliages, en élaborant des nanoparticules à composants multiples afin de renforcer des alliages complexes afin d’obtenir des propriétés mécaniques superbes à température ambiante et élevée», explique le professeur Liu.

Il pense que les nouveaux alliages développés avec cette nouvelle stratégie se comporteront bien à des températures allant de -200 ° C à 1000 ° C. Par conséquent, ils peuvent constituer une bonne base de développement pour une utilisation structurelle dans les dispositifs cryogéniques, les systèmes aéronautiques et aéronautiques et au-delà.

Pour plus d’informations:  T. Yang et al., Nanoparticules intermétalliques à plusieurs composants et superbes comportements mécaniques d’alliages complexes,  Science  (2018). DOI: 10.1126 / science.aas8815

La source:

https://phys.org/news/2018-11-extremely-strong-incredibly-ductile-multicomponent.html

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