Des chercheurs de l'Idaho National Laboratory ont découvert comment rendre les « superalliages » encore plus super, prolongeant la durée de vie utile de milliers d'heures. La découverte pourrait améliorer les performances des matériaux pour les générateurs électriques et les réacteurs nucléaires. La clé est de chauffer et de refroidir le superalliage d'une manière spécifique. Cela crée une microstructure dans le matériau qui peut résister à une chaleur élevée plus de six fois plus longtemps qu'un homologue non traité.

"Nous avons trouvé un moyen de fabriquer un superalliage beaucoup plus résistant aux pannes liées à la chaleur. Cela pourrait être utile dans les générateurs d'électricité et ailleurs, " dit Subhashish Meher, un scientifique des matériaux de l'INL. Il est l'auteur principal d'un nouveau Avancées scientifiques article décrivant la recherche.

Les alliages sont des combinaisons de deux ou plusieurs éléments métalliques. Les superalliages sont exceptionnellement résistants et offrent d'autres caractéristiques considérablement améliorées grâce à l'ajout de traces de cobalt, ruthénium, rhénium ou d'autres éléments à un métal de base. Comprendre comment construire un superalliage amélioré est important pour améliorer le mélange métallique dans un but particulier.

Les scientifiques de l'INL étudient les superalliages à base de nickel. Étant donné que ces superalliages peuvent résister à des températures élevées et à des forces mécaniques extrêmes, ils sont utiles pour les turbines de production d'électricité et les composants de réacteurs nucléaires à haute température. Des recherches antérieures avaient montré que les performances peuvent être améliorées si la structure du matériau du superalliage se répète d'une manière ou d'une autre de très petites tailles à très grandes, comme une boîte dans une boîte dans une boîte.

C'est ce qu'on appelle une microstructure hiérarchique. Dans un superalliage, il est constitué d'une matrice métallique avec des précipités, régions où la composition du mélange diffère du reste du métal. Intégrées dans les précipités, il y a encore des particules à plus petite échelle qui sont de la même composition que la matrice à l'extérieur des précipités, conceptuellement comme des boîtes emboîtées.

Meher et ses coauteurs ont étudié comment ces précipités se sont formés au sein d'un superalliage. Ils ont également étudié comment cette structure résistait à la chaleur et à d'autres traitements.

Ils ont découvert qu'avec la bonne recette de chauffage et de refroidissement, ils pourraient rendre les précipités deux fois ou plus plus gros que ce ne serait le cas autrement, créant ainsi la microstructure souhaitée. Ces précipités plus gros duraient plus longtemps lorsqu'ils étaient soumis à une chaleur extrême. De plus, des études de simulation informatique suggèrent que le superalliage peut résister à une défaillance induite par la chaleur pendant 20, 000 heures, contre environ 3, 000 heures normalement.

Une application pourrait être des générateurs électriques qui durent beaucoup plus longtemps car le superalliage dont ils sont construits serait plus résistant. Quoi de plus, Les scientifiques de l'INL pourraient maintenant être en mesure de proposer une procédure applicable à d'autres superalliages. Donc, il peut être possible d'ajuster la résistance d'un superalliage, tolérance à la chaleur ou d'autres propriétés pour améliorer son utilisation dans une application particulière.

« Nous sommes désormais mieux en mesure de définir les propriétés et d'améliorer les performances des matériaux, " dit Meher.

La recherche est apparue le 16 novembre dans Avancées scientifiques , "L'origine et la stabilité de la hiérarchie nanostructurale dans les solides cristallins."