Dans une étude collaborative impliquant Equal Channel Angular Extrusion (ECAE), un procédé unique de déformation plastique sévère (SPD), chercheurs Dr Ibrahim Karaman de la Texas A&M University et les Drs. Don Susan et Andrew Kustas de Sandia National Laboratories ont pu améliorer les propriétés mécaniques des alliages magnétiques sans modifier leurs propriétés magnétiques grâce au raffinement microstructural. Ce processus s'est avéré gênant dans le passé.

La production d'alliages magnétiques haute performance et d'autres intermétalliques pourrait s'avérer particulièrement utile dans l'exploration aérospatiale et spatiale où les matériaux doivent supporter des environnements difficiles, y compris des températures extrêmes, choc, et vibrations.

ECAE force une barre de matériau métallique ou polymère à un angle de 90 degrés à travers un canal de filière. Ce processus induit SPD sans aucun changement dans la section transversale de l'échantillon.

À l'origine, les chercheurs de Sandia National Laboratories et de Texas A&M ont travaillé ensemble sur un sujet différent impliquant les alliages à mémoire de forme. Ils ont rapidement réalisé le potentiel de combiner les points forts de leurs installations respectives sur une étude entièrement nouvelle et ont ensuite appliqué les expériences aux alliages magnétiques.

Sandia a vu le besoin de fabriquer des alliages magnétiques en vrac démontrant des propriétés mécaniques supérieures. Parce que l'ECAE permet de modifier radicalement la microstructure des matériaux sans affecter sa section transversale, des échantillons plus grands avec des dimensions supérieures à un pouce pourraient être produits tout en améliorant simultanément les propriétés mécaniques.

"Au départ, j'étais sceptique quant à l'augmentation de la résistance des matériaux particuliers tout en gardant les propriétés magnétiques inchangées, " a déclaré le Dr Ibrahim Karaman, chef du département des sciences et de l'ingénierie des matériaux à Texas A&M. "Toutefois, grâce à la collaboration avec les scientifiques de Sandia, nous avons pu réaliser ce dont nous rêvions et cela a conduit à une demande de brevet pour les alliages magnétiques doux traités par ECAE."

Des chercheurs de Texas A&M ont effectué le traitement ECAE ainsi que certaines caractérisations microstructurales et tests mécaniques. Sandia a pris ces résultats et a administré d'autres tests de caractérisation microstructurale et mécanique et de propriétés magnétiques.

"Le processus ECAE a été un élément clé de la recherche sur le traitement des matériaux au Texas A&M au cours des deux dernières décennies et nous avons appliqué cette technique avec succès à de nombreux matériaux non conventionnels, " dit Karaman.

« ECAE a traditionnellement été appliqué à des matériaux courants tels que l'aluminium, le cuivre, ou en acier, " a déclaré le Dr Don Susan, membre principal du personnel technique de Sandia, qui a ajouté que ces matériaux étaient malléables et facilement manipulables, prenant facilement la forme de la matrice. "Ce travail était révolutionnaire car il tentait l'ECAE sur un alliage intermétallique fragile."

Classiquement un procédé à froid, l'équipe a dû expérimenter avec des ECAE à haute température qui n'avaient pas été explorées de manière approfondie dans les alliages magnétiques.

"Les scientifiques de Sandia voulaient appliquer l'ECAE à des alliages magnétiques de faible résistance et de fragilité extrême tels que Fe-Co-V, " dit Karaman.

Par conséquent, leur travail a permis de montrer que l'ECAE peut être réalisé dans des conditions de traitement extrêmes, produisant des alliages hautes performances capables de résister à des environnements mécaniques exigeants.

"Nous pensons qu'il peut y avoir des opportunités d'appliquer ECAE à d'autres alliages intermétalliques, tels que Fe-Si ou Ni-Ti, pour affiner leurs microstructures et améliorer leurs propriétés, " a déclaré Susan. "Ces expériences ont ouvert la porte à d'autres études dans le domaine."

"Maintenant, Sandia poursuit une mise à l'échelle du processus avec une entreprise dérivée de Texas A&M pour vérifier les propriétés magnétiques et mécaniques à l'échelle industrielle de ces alliages magnétiques, " a déclaré Karaman. " C'est excitant pour nous de voir le fruit de notre collaboration commune. "

Les résultats sont publiés électroniquement sur Cambridge Core en Journal de recherche sur les matériaux par la Cambridge University Press.