Des ingénieurs fabriquent des alliages d’aluminium ultra-résistants pour la fabrication additive
Images obtenues par microscopie électronique à balayage (MEB) rétrodiffusées montrant la microstructure générale de l’aluminium tel qu’il est imprimé92Ti2Fe2Co2Ni2 alliage avec laser 300 W. Crédit : Nature Communications (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-48693-4
Les ingénieurs en matériaux de l’Université Purdue ont créé un procédé en instance de brevet pour développer des alliages d’aluminium à très haute résistance qui conviennent à la fabrication additive en raison de leur déformabilité plastique.
Haiyan Wang et Xinghang Zhang dirigent une équipe qui a introduit des métaux de transition comme le cobalt, le fer, le nickel et le titane dans l’aluminium via des intermétalliques déformables, laminés et à l’échelle nanométrique. Wang est professeur d’ingénierie Basil S. Turner et Zhang est professeur à l’École d’ingénierie des matériaux de Purdue. Anyu Shang, étudiante diplômée en génie des matériaux, complète l’équipe.
« Nos travaux montrent que l’introduction appropriée de microstructures hétérogènes et d’intermétalliques à entropie moyenne à l’échelle nanométrique offre une solution alternative pour concevoir des alliages d’aluminium ultra-résistants et déformables via la fabrication additive », a déclaré Zhang. « Ces alliages améliorent les alliages traditionnels qui sont soit ultra-résistants, soit hautement déformables, mais pas les deux. »
Wang et Zhang ont révélé l’innovation au Bureau de commercialisation technologique de Purdue Innovates, qui a déposé une demande de brevet auprès de l’Office américain des brevets et des marques pour protéger la propriété intellectuelle.
La recherche a été publiée dans la revue Nature Communications.
Inconvénients des alliages d’aluminium traditionnels
Les alliages d’aluminium légers et à haute résistance sont utilisés dans des industries allant de l’aérospatiale à la fabrication automobile.
« Cependant, la plupart des alliages d’aluminium à haute résistance disponibles dans le commerce ne peuvent pas être utilisés dans la fabrication additive », a déclaré M. Shang. « Ils sont très sensibles aux fissures à chaud, ce qui crée des défauts susceptibles d’entraîner la détérioration d’un alliage métallique. »
Une méthode traditionnelle pour atténuer la fissuration à chaud lors de la fabrication additive est l’introduction de particules qui renforcent les alliages d’aluminium en empêchant les mouvements des dislocations.
« Mais la résistance maximale que ces alliages atteignent se situe dans la gamme de 300 à 500 mégapascals, ce qui est bien inférieur à ce que les aciers peuvent atteindre, généralement de 600 à 1 000 mégapascals », a déclaré Wang. « On a connu un succès limité dans la production d’alliages d’aluminium à haute résistance qui présentent également une grande déformabilité plastique avantageuse. »
Xinghang Zhang, professeur à l’université Purdue (à droite), et Anyu Shang, assistante de recherche diplômée, se préparent à utiliser une imprimante 3D au Flex Lab du Discovery Park District de Purdue. Zhang et Haiyan Wang, professeur d’ingénierie Basil S. Turner de Purdue, ont mis au point une méthode permettant de créer des alliages d’aluminium à très haute résistance qui présentent également une grande déformabilité plastique. Leurs recherches ont été publiées dans Nature Communications. Crédit : Purdue University /Huan Li
La méthode et sa validation
Les chercheurs de Purdue ont produit des alliages d’aluminium additifs renforcés par des intermétalliques en utilisant plusieurs métaux de transition, dont le cobalt, le fer, le nickel et le titane. Shang a déclaré que ces métaux ont traditionnellement été largement évités dans la fabrication des alliages d’aluminium.
« Ces composés intermétalliques ont des structures cristallines à faible symétrie et sont connus pour être cassants à température ambiante », a déclaré Shang.
« Mais notre méthode transforme les éléments métalliques de transition en colonies de lamelles intermétalliques à l’échelle nanométrique qui s’agrègent en fines rosettes. Les rosettes nanolaminées peuvent largement supprimer la nature fragile des intermétalliques. »
Wang a déclaré : « De plus, les microstructures hétérogènes contiennent des intermétalliques nanométriques durs et une matrice d’aluminium à gros grains, ce qui induit une contrainte arrière importante qui peut améliorer la capacité de durcissement par écrouissage des matériaux métalliques. La fabrication additive utilisant un laser peut permettre une fusion et une trempe rapides et ainsi introduire des intermétalliques nanométriques et leurs nanolaminés. »
L’équipe de recherche a effectué des tests de compression à macroéchelle, des tests de compression à micropiliers et des analyses post-déformation sur les alliages d’aluminium créés par Purdue.
« Au cours des tests à grande échelle, les alliages ont révélé une combinaison de déformabilité plastique importante et de résistance élevée, supérieure à 900 mégapascals. Les tests de micropiliers ont montré une contrainte arrière importante dans toutes les régions, et certaines régions présentaient des contraintes d’écoulement dépassant un gigapascal », a déclaré M. Shang.
“Les analyses post-déformation ont révélé qu’en plus des activités de dislocations abondantes dans la matrice d’alliage d’aluminium, des structures de dislocations complexes et des défauts d’empilement se sont formés dans l’aluminium monoclinique9Co2« – intermétalliques fragiles de type ».
Plus d’information:
Anyu Shang et al., Fabrication additive d’un alliage d’aluminium ultra-résistant et déformable avec des intermétalliques à l’échelle nanométrique, Nature Communications (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-48693-4
Fourni par l’Université Purdue
Citation:Les ingénieurs fabriquent des alliages d’aluminium ultra-résistants pour la fabrication additive (2024, 9 juillet) récupéré le 9 juillet 2024 à partir de
Ce document est soumis au droit d’auteur. En dehors de toute utilisation équitable à des fins d’étude ou de recherche privée, aucune partie ne peut être reproduite sans autorisation écrite. Le contenu est fourni à titre d’information uniquement.