Les alliages nickel-tungstène (Ni-W) constituent une classe d'alliages particulièrement intéressante pour les applications militaires. Ces alliages possèdent une grande durabilité, ce qui les rend utiles comme revêtements. Comme Ni et W ont des propriétés différentes, leur interface de jonction forme des couches uniques où les composés intermétalliques (IMC) et les régions de recristallisation induite par diffusion (DIR) sont formés par des processus tels que la diffusion et les réactions interfaciales.

Ces régions présentent des comportements mécaniques, thermiques et chimiques significativement différents de ceux du reste de l'alliage. Par conséquent, comprendre les propriétés de ces interfaces est un aspect important de la conception d’alliages dotés de propriétés appropriées.

Aujourd'hui, des chercheurs dirigés par le professeur adjoint Minho Oh de l'Institut de technologie de Tokyo et dont le professeur Hee-Soo Kim, actuellement à l'Université Chosun, en Corée du Sud, ont révélé comment différentes phases, y compris les IMC, se forment au sein d'un alliage Ni-W. Leurs conclusions publiées dans le Journal of Alloys and Compounds peut s'avérer utile dans le développement d'alliages Ni-W qui durent plus longtemps et sont plus efficaces en tant que revêtements.

"Les résultats des études sur les IMC et les couches intermédiaires formées par diffusion à l'interface Ni/W ont le potentiel d'améliorer considérablement l'efficacité et la longévité de matériaux importants dans divers domaines", explique Oh.

Pour examiner l’interface Ni/W, les chercheurs ont placé une feuille de W entre deux plaques de Ni. Ils ont ensuite chauffé l'échantillon à 1 123 K pendant 112 heures pour favoriser la diffusion, suivi d'un recuit à la même température pendant 234,15 heures.

Par la suite, les chercheurs ont analysé la morphologie et les compositions chimiques de l’interface à l’aide de techniques expérimentales. Ils ont analysé les concentrations de Ni et de W dans chaque phase de la section transversale du matériau, ainsi que la taille des grains des régions formées à l'interface.

De plus, les chercheurs ont développé un modèle de diffusion prenant en compte les taux de diffusion du Ni et du W à la fois dans le métal en vrac et dans différentes régions d'interface pour expliquer la formation de ces régions d'interface.

Leur analyse a révélé que l'interdiffusion de Ni et W aboutit à une couche IMC de Ni₄ W, qui croît de manière bidirectionnelle vers les plaques Ni et W. Les atomes de W continuent de se déplacer dans la matrice Ni, formant une région recristallisée induite par diffusion (DIR) entre la matrice Ni et la couche IMC. Notamment, le Ni₄ W IMC et la région DIR présentent une structure polycristalline.

La région DIR n'est pas une phase individuelle mais une région de solution solide au sein de la phase Ni. Il se caractérise par la présence de grains allongés en forme de colonne qui facilitent la diffusion aux limites des grains des atomes de W.

Dans la région DIR, le déséquilibre des taux de diffusion de Ni et W provoque la formation de vides de forme irrégulière appelés vides de Kirkendall près de l'interface entre Ni et DIR dans la région DIR. Notamment, les interfaces constituées de la région DIR, de l'IMC et des vides influencent la résistance et les propriétés thermiques du matériau.

"Ces résultats font non seulement progresser notre compréhension de la région DIR résultant de la formation et de la diffusion d'IMC à l'interface Ni/W, mais offrent également des informations cruciales sur le phénomène de génération de vides de Kirkendall et le mécanisme de formation de défauts dans la région DIR du système métallique. ", dit Oh.

"Cette approche intégrée améliore notre compréhension de la thermodynamique et de la cinétique du couple de diffusion Ni-W, faisant ainsi progresser les connaissances cruciales pour la science des matériaux à haute température."