Les matériaux utilisés dans les domaines de l'aérospatiale, de l'automobile, de l'équipement médical et de la défense doivent résister à des environnements extrêmement difficiles. De petits défauts dans les matériaux, c'est-à-dire des fissures, peuvent entraîner des conséquences catastrophiques et des pertes économiques massives. Cependant, la plupart des matériaux ne peuvent pas supporter des températures et des pressions aussi élevées. Les multimatériaux, comme les matériaux à gradient fonctionnel (FGM), qui combinent différents matériaux pour produire des performances améliorées, sont idéaux dans ces situations.

Les multimatériaux sont normalement fabriqués par fabrication additive (FA), où des couches de différents matériaux sont déposées les unes sur les autres. Cependant, les fissures et les pores sont courants au niveau des couches limites en raison des propriétés différentes des matériaux. Les FGM cherchent à réduire ces fissures en créant un « gradient » de changement de composition dans le volume du matériau. Aujourd'hui, des chercheurs de la Korea Maritime and Ocean University ont mis au point un moyen de synthétiser un FGM haute performance en Inconel 718 et en acier inoxydable (STS) 316L et de minimiser ses défauts.

Selon le professeur Do-Sik Shim, qui a dirigé l'étude, "l'Inconel 718 a d'excellentes propriétés, mais il est cher. En le mélangeant avec du STS 316L pour créer un FGM performant, nous avons non seulement amélioré ses avantages techniques et commerciaux, mais aussi sa faisabilité économique." Leurs conclusions sont publiées dans le Journal of Materials Research and Technology .

Pour leur travail, l'équipe de recherche a déposé du STS 316L sur de l'Inconel 718 en utilisant une technique d'impression 3D appelée "dépôt d'énergie dirigée". Ils ont créé trois types de FGM, non gradués (NG), qui impliquaient une couche de STS déposée directement sur Inconel, graduée (10) et graduée (25), qui avaient des gradients de mélange de 10 % et 25 % respectivement. Ils ont constaté que les fissures interfaciales étaient courantes dans le type NG, alors que les fissures graduées (10) et graduées (25) n'avaient des fissures que dans des régions spécifiques en raison de la « transition colonnaire à équiaxiale » (une transition dans la microstructure du FGM), la précipitation , ou l'inclusion d'impuretés de titane, d'aluminium ou de chrome. Ils ont en outre constaté que le type Graded (25) présentait la résistance à la traction et l'allongement les plus élevés.

Ces résultats indiquent que la microstructure et les propriétés mécaniques des FGM dépendent fortement du rapport de gradient des composants, créant ainsi la possibilité d'obtenir des défauts minimes, voire nuls, dans les FGM. "Ces découvertes conduiront à des améliorations dans le domaine, telles que des coûts réduits, des durées de vie prolongées des composants de l'équipement et une fonctionnalité améliorée", déclare le professeur Shim. Les plans futurs de l'équipe de recherche incluent l'utilisation du nouveau FGM pour fabriquer des pièces de forme complexe à l'aide de technologies AM. + Explorer plus loin

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