L'installation MIAMI-2—Microscopes and Ion Accelerators for Materials Investigations—a aidé le Dr Matheus Tunes à étudier un nouvel alliage qui durcira l'aluminium sans augmenter son poids de manière significative.

Les engins spatiaux lancés depuis la Terre doivent être légers, mais ont toujours la bonne quantité de carburant pour les voir atteindre l'orbite. Si trop lourd, la quantité de carburant nécessaire serait prohibitive. Une fois hors du champ magnétique protecteur de la Terre, un véhicule peut alors être exposé à des quantités potentiellement destructrices de rayonnement solaire, ce qui devient plus important pour toute mission de longue durée comme vers Mars.

La fabrication d'engins spatiaux en aluminium est une solution, car l'aluminium est un matériau léger mais solide. Les alliages aident l'aluminium à devenir plus dur via le renforcement des précipitations, mais les radiations rencontrées dans l'espace peuvent dissoudre les précipités durcissants avec des conséquences potentiellement désastreuses et fatales pour les astronautes.

Mais les recherches menées à MIAMI-2 en partenariat avec Montanuniversitaet Leoben (MUL) en Autriche ont découvert qu'un précipité durcissant particulier d'un nouvel alliage d'aluminium - développé par un groupe de métallurgistes dirigé par le professeur Stefan Pogatscher (MUL) - ne se dissout pas. lorsqu'il est bombardé de particules de rayonnement par rapport aux données existantes sur l'irradiation des alliages d'aluminium conventionnels.

Le résultat est un alliage avec une phase de durcissement résistante aux radiations appelée phase T, qui a une structure cristalline complexe de Mg32(Zn, Al)49. La recherche a conduit à un article qui a été publié dans la prestigieuse revue Advanced Science, avec une couverture accrocheuse.

"L'idée de l'article était de tester ces nouveaux alliages en utilisant les installations de MIAMI, parce que nous pouvons soumettre l'alliage à un rayonnement de particules énergétiques et, à la fois, surveiller l'effet de ce rayonnement sur la microstructure de l'alliage avec un microscope électronique à transmission", dit Matheus.

"Nous avons surveillé le signal cristallographique de la phase T à mesure que le rayonnement augmentait et observé que par rapport à d'autres alliages d'aluminium conventionnels, l'alliage que nous avons développé était tolérant aux rayonnements, ce qui signifie que la phase de durcissement ne se dissout pas sous des doses de rayonnement élevées.

"Cela met en lumière un nouveau domaine de recherche très passionnant que nous appelons "matériaux spatiaux prototypes pour les environnements de rayonnement stellaire". Un réacteur nucléaire est également un environnement extrême, comme le soleil avec les cycles solaires, mais les instabilités dynamiques sur le soleil telles que les éruptions solaires et les éjections de masse coronale sont plus extrêmes que tout sur Terre. Le soleil est un réacteur de fusion nucléaire très efficace et un accélérateur de particules à haute énergie."

Dr Graeme Greaves, Senior Research Fellow au MIAMI Facility, ajoute, "Lorsque Matt nous est arrivé du Brésil en tant qu'étudiant de troisième cycle, il était toujours à la recherche de nouveaux projets et a créé un certain nombre de nouvelles collaborations, et je suis très heureux qu'il entame la prochaine partie de sa carrière en Autriche et se développe dans de nouveaux domaines, il continue de collaborer avec nous ici sur le site de MIAMI, ce projet d'alliages d'aluminium n'étant qu'un exemple."

Avec des missions habitées vers la Lune et Mars en cours de planification, les avantages des engins spatiaux suffisamment légers pour être lancés et résistants aux radiations pour protéger leurs équipages sont clairs. Prochain à l'ordre du jour de Matheus, Graeme et ses collègues doivent découvrir pourquoi l'alliage se comporte comme il le fait et quels autres avantages il pourrait y avoir.

"Je suis particulièrement fier d'avoir terminé mon doctorat à Huddersfield, J'ai maintenant déménagé en Autriche mais je continue à travailler avec Graeme, " Matheus ajoute. " Nous avons une collaboration active et 2021 sera une année chargée pour le projet de recherche conjoint Huddersfield-Leoben sur les matériaux spatiaux ".

"Nous avons découvert que la phase T est tolérante aux radiations, mais nous n'avons pas découvert pourquoi. Nous avons une idée qui implique la complexité chimique de la phase qui, selon nous, pourrait conduire à des recherches très intéressantes. Nous espérons que nous pourrons apporter une contribution importante à la poursuite de l'exploration humaine de l'espace. »