Les nickels sont omniprésents dans la vie américaine, tourner dans les poches, rouler sous les sièges auto, et émergeant de l'arrière des sécheuses pour être utilisé encore et encore pour d'innombrables achats. Mais ces pièces résistantes et d'apparence quelque peu humble deviennent également coûteuses à produire. Nickel, l'homonyme de la pièce, est devenu un ingrédient précieux dans de nombreux produits modernes, pousser la valeur marchande à tel point que parfois la fabrication de la pièce de cinq cents coûte jusqu'à sept cents la pièce.

En collaboration avec la Monnaie américaine, une équipe de recherche du National Institute of Standards and Technology (NIST) a identifié une approche alternative qui réduirait le coût des matériaux pour le nickel jusqu'à 40 %. Cette approche produirait une pièce tout aussi solide et fiable que l'ancien nickel, mais aussi tout aussi familière au citoyen américain.

L'article qui détaille le travail a été publié aujourd'hui dans la revue Intégrer les matériaux et l'innovation de fabrication .

Comme avantage supplémentaire, les données de cette recherche ont également produit des résultats qui peuvent aider les entreprises de haute technologie à la recherche de nouveaux matériaux à utiliser dans des appareils électroniques résilients tels que les téléphones et les ordinateurs portables, et dans une variété de couleurs radicalement nouvelles, pour démarrer.

La fabrication de pièces de monnaie est un processus compliqué et exigeant. Les pièces ne doivent pas se corroder dans le creux d'une main humide, par exemple. Les images estampées sur leurs visages doivent être suffisamment résistantes pour résister à des décennies de commerce et au passage occasionnel à la blanchisserie. Leur éclat métallique doit toujours être reconnaissable, et d'épaisseur et de densité uniformes.

Bien qu'invisible pour le client moyen achetant une boule de gomme ou un soda, toutes les pièces américaines doivent également contenir une quantité prédéterminée de conductivité électrique pour fonctionner dans les distributeurs automatiques, qui utilisent un petit compteur pour déterminer la signature monétaire d'une pièce. Un parcmètre ou une machine à soda ne comptera pas votre centime sans cette caractéristique clé.

À bien des égards, le défi de la production de nickel était un match idéal pour la NIST Materials Genome Initiative (MGI), qui a été lancé en 2011 avec l'objectif ambitieux de réduire au moins de moitié le temps nécessaire à un nouveau matériau pour atteindre le marché tout en maintenant des coûts bas. Le MGI a construit les outils informatiques et informatiques nécessaires au développement de toutes sortes de nouveaux matériaux à utiliser dans une grande variété d'applications de fabrication.

"Repenser le nickel a été l'une des premières fois où nous avons pu déployer les nouveaux outils MGI pour concevoir un matériau pour une application spécifique, " a déclaré Carelyn Campbell, scientifique du NIST. "Nous avons été très satisfaits des résultats."

L'équipe du NIST a travaillé en arrière, identifier d'abord les qualités souhaitées pour la nouvelle pièce en nickel, puis déterminer quels alliages et procédures pourraient être nécessaires pour en faire une réalité. L'U.S. Mint a également souligné certaines contraintes spécifiques au site; à savoir, la nouvelle pièce devait être produite en utilisant les installations de fabrication existantes à Denver et Philadelphie, qui utilisent tous deux un type spécifique de procédure de refroidissement lent.

La couleur s'est avérée particulièrement difficile. Bien que la plupart des gens ne pensent pas que la pièce a un ton ou une teinte spéciale, les collectionneurs de pièces sont un groupe exigeant et rejettent souvent les pièces qui sont même légèrement décalées, et les collectionneurs forment une part importante du marché des pièces d'argent. Le grand public pourrait également ne pas faire confiance à une pièce trop orange ou trop jaune. Mais la couleur est souvent un critère subjectif, et qui peut être difficile à quantifier ou à reproduire avec n'importe quel type de norme fiable.

Dans ce cas, l'utilisation du processus MGI s'est avérée extrêmement utile, surprenant même les chercheurs eux-mêmes par l'efficacité du résultat. En commençant par l'ensemble des paramètres de résilience, conductivité et couleur, l'équipe a pu produire un nouveau mélange de cuivre, nickel et zinc qui était 40 pour cent moins cher que le mélange de métaux précédent.

L'équipe s'est fortement appuyée sur un type de système de conception de matériaux connu sous le nom de cadre d'ingénierie intégrée des matériaux informatiques (ICME). La méthode utilise une grande quantité de modélisation informatique pour découvrir comment les différents composants réagiront lorsqu'ils seront mélangés. Dans ce cas, ces composants étaient des alliages métalliques.

Le travail expérimental est coûteux et prend du temps, alors que l'exécution d'un modèle sur un ordinateur est assez rapide et bon marché. L'idée est d'utiliser davantage de ressources et d'outils de calcul pour effectuer le travail préparatoire au stade de la conception afin de réduire le temps et les coûts nécessaires pour passer de l'idée à la réalité.

"Dans l'année, nous avons pu mettre en place un cadre pour la conception d'un alliage, identifier et utiliser notre modèle pour obtenir le bon alliage, puis aller de l'avant et faire le prototype, le tester et découvrir que nous avons atteint tous nos objectifs, " a déclaré Eric Lass, chef de projet et ingénieur en matériaux du NIST. Lass est également l'auteur principal du nouvel article. Dans le passé, un tel travail aurait pris plusieurs années.

Les résultats pourraient potentiellement sauver des millions de dollars américains. En outre, plusieurs entreprises qui fabriquent des articles de haute technologie ont manifesté leur intérêt pour les résultats, car il existe une forte demande des consommateurs pour des appareils électroniques durables mais également disponibles dans une variété de couleurs telles que le rose métallique.

On ne sait pas encore si quelqu'un recherche activement un téléphone capable de passer dans un sèche-linge chaud le jour de la lessive, bien que.

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation du NIST. Lisez l'histoire originale ici.