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    Compression de micropiliers pour trouver des alliages résistants à la chaleur

    Les scientifiques ont mesuré la déformation plastique qui s'est produite lorsqu'une minuscule sonde a exercé une force sur les spécimens de micropiliers avec diverses orientations d'axe de chargement. Crédit :Institut national des sciences des matériaux (NIMS)

    Les métaux contenant du siliciure de niobium sont des matériaux prometteurs capables de résister à des températures élevées et d'améliorer l'efficacité des turbines à gaz dans les centrales électriques et les avions. Mais il a été difficile de déterminer avec précision leurs propriétés mécaniques en raison de leurs structures cristallines complexes. Maintenant, des scientifiques de l'Université de Kyoto au Japon ont mesuré ce qui se passe au niveau micro lorsqu'une pression est appliquée sur de minuscules échantillons de ces matériaux. L'approche, publié dans la revue Science et technologie des matériaux avancés , pourrait aider les scientifiques à obtenir les mesures précises nécessaires pour comprendre le comportement au niveau atomique des cristaux complexes afin de développer des composants plus tolérants à la chaleur dans les turbines à gaz.

    « Nos résultats démontrent la pointe de la recherche sur le comportement à la déformation plastique des matériaux cristallins, " dit Kyosuke Kishida, l'auteur correspondant de l'étude.

    La déformation plastique décrit la distorsion qui se produit au niveau atomique lorsqu'une force soutenue est appliquée à un cristal. Il est difficile à mesurer dans des cristaux complexes. Kishida et ses collègues ont utilisé une nouvelle approche pour mesurer systématiquement la déformation plastique des cristaux, ce qui est prometteur pour une utilisation dans les turbines à gaz à haute température.

    Dans cette étude, ils ont mesuré la déformation plastique dans un siliciure de niobium appelé α-Nb5Si3. De minuscules « micropiliers » de ces cristaux ont été exposés à de très petites quantités de contraintes à l’aide d’une machine dotée d’un pénétrateur à poinçon plat à son extrémité. La contrainte a été appliquée à différentes faces de l'échantillon pour déterminer où et comment la déformation plastique se produit dans le cristal. En utilisant la microscopie électronique à balayage sur les échantillons avant et après le test, ils ont pu détecter les plans et les directions dans lesquels la déformation s'est produite. Cela a été suivi par des études de simulation basées sur des calculs théoriques pour mieux comprendre ce qui se passait au niveau atomique. Finalement, l'équipe a comparé les résultats avec ceux d'un siliciure de molybdène contenant du bore (Mo 5 SiB 2 ) qu'ils avaient préalablement examinés.

    "Nous avons constaté que la défaillance instantanée se produit assez facilement dans α-Nb 5 Si 3 , qui est en contraste marqué avec Mo 5 SiB 2 , " dit Kishida.

    Cela pourrait signifier α-Nb 5 Si 3 est désavantagé par rapport à Mo 5 SiB 2 pour une utilisation comme composant de renforcement dans les alliages à base de métal. Kishida et son équipe pensent, cependant, que la fragilité inhérente à ce matériau pourrait être améliorée en ajoutant d'autres éléments d'alliage.

    L'équipe prévoit d'utiliser l'approche pour étudier les propriétés mécaniques d'autres matériaux cristallins avec des structures complexes.


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