Les scientifiques des matériaux de la Ruhr-Universität Bochum sont en mesure de déterminer si un nouveau matériau reste stable sous une charge thermique en l'espace de quelques jours. Ils ont développé un nouveau procédé pour analyser, par exemple, la température et la résistance à l'oxydation des alliages complexes qui sont constitués d'un certain nombre d'éléments différents. Précédemment, ces analyses prenaient des mois. L'équipe dirigée par le professeur Alfred Ludwig et le Dr Yujiao Li de l'Institute for Materials and Center for Interface-Dominated High Performance Materials décrit le processus dans la revue Horizons de matériaux .

Cette méthode est idéale pour les alliages dits à haute entropie – des matériaux qui ont récemment suscité un grand intérêt pour les chercheurs. Contrairement aux alliages traditionnels, ils ne sont pas constitués d'un élément principal et de plusieurs éléments supplémentaires en concentrations plus faibles, mais plutôt d'un mélange homogène de plusieurs éléments.

« Ces alliages constituent une nouvelle ressource pour de nouveaux matériaux. Avec un nombre quasi illimité de combinaisons de matériaux différents, il est fort probable que l'on découvre des matériaux qui surpassent les matériaux actuels en ce qui concerne certaines propriétés, " dit Ludwig. Le facteur décisif est que les alliages restent stables et ne se désintègrent pas en composants individuels, même s'ils sont exposés à des contraintes thermiques ou chimiques lors de l'application. "C'est pourquoi cette méthode est si importante, " ajoute Ludwig. " Il peut être utilisé pour tester des candidats potentiels à l'échelle atomique dans un court laps de temps. "

La combinaison de méthodes est la clé

Avant le déploiement dans des applications industrielles, tout matériau nouvellement développé doit être testé en fonction de différents paramètres, par exemple sa résistance à la température et sa sensibilité à l'oxydation. Afin d'accélérer ces tests, les groupes de Bochum ont développé une combinaison de plusieurs méthodes.

Ils ont appliqué l'alliage complexe sous forme de couche d'une épaisseur de quelques nanomètres seulement à 36 pointes microscopiques. Dans ce but, ils ont déployé la méthode de dépôt par pulvérisation pour déposer un rapport de mélange spécifique de cinq métaux sur les pointes simultanément. Dans les couches ainsi appliquées, les métaux peuvent réagir les uns avec les autres très rapidement. Les auteurs appellent le système une plate-forme de traitement combinatoire.

Ensuite, les chercheurs ont exposé les pointes individuelles à différents types de contraintes et ont utilisé la tomographie par sonde atomique pour caractériser la composition de la couche après chaque exposition aux contraintes. La technologie facilite à la fois une visualisation tridimensionnelle de millions d'atomes et la distinction entre différents éléments.

La tomographie par sonde atomique détruit l'échantillon à l'endroit où il a été testé ; par conséquent, au moins une pointe revêtue est utilisée par mesure. Cependant, car ils disposaient de 36 pointes identiques, les chercheurs ont pu effectuer de nombreux tests en succession rapprochée.

Possibilité de tester différentes propriétés

Dans la première étape, par exemple, ils appliquaient de la chaleur à l'échantillon jusqu'à ce qu'il atteigne une certaine température; puis ils ont utilisé la sonde atomique pour tester l'effet de la contrainte thermique sur l'alliage, appliqué à nouveau de la chaleur pour atteindre une température plus élevée, testé à nouveau l'alliage, etc. "En utilisant cette méthode, on peut très rapidement dire que l'alliage analysé se désintègre en plusieurs phases différentes à des températures supérieures à 300 degrés centigrades, " dit Ludwig. " De plus, nous sommes en mesure d'explorer sa sensibilité à l'oxydation et ses réactions dans différents milieux ambiants. » Sur la base des données de mesure complètes et des nouvelles méthodes de visualisation de ces données, les chercheurs peuvent ainsi appréhender l'évolution de phase dans des alliages complexes dans un laps de temps beaucoup plus court qu'avec les méthodes traditionnelles.