Les techniques de fabrication additive utilisées pour produire des alliages métalliques ont gagné en popularité en raison de leur capacité à être fabriquées dans des formes complexes pour une utilisation dans diverses applications d'ingénierie. Pourtant, la majorité des études menées se sont concentrées sur le développement de matériaux monophasés.

L'équipe du Dr Kelvin Xie du Département de science et d'ingénierie des matériaux de l'Université Texas A&M a utilisé des techniques de caractérisation avancées pour révéler la microstructure des éléments multi-principaux biphasés imprimés en 3D, également connus sous le nom d'alliages à haute entropie (HEA), qui affichent propriétés ultra résistantes et ductiles. Ce travail est une collaboration avec le Dr Wen Chen de l'Université du Massachusetts à Amherst et le Dr Ting Zhu du Georgia Institute of Technology.

Cette étude a été récemment publiée dans Nature .

Le HEA rapporté dans cette étude a été fabriqué par fusion laser sur lit de poudre (L-PBF) à l'Université du Massachusetts à Amherst. Le L-PBF est le processus de chauffage et de refroidissement des matériaux à des vitesses très rapides, ce qui permet la création de microstructures uniques et l'adaptation des propriétés mécaniques. Cependant, les chercheurs se sont largement concentrés sur l'utilisation du L-PBF pour les matériaux monophasés.

Dans ce travail, Xie et son étudiant diplômé Dexin Zhao ont dirigé l'effort de caractérisation pour comprendre les HEA eutectiques biphasés imprimés en 3D. Plutôt que d'être composés d'une seule phase, les HEA biphasés sont stratifiés dans une structure auto-organisée à l'échelle nanométrique.

"Un alliage eutectique est similaire à une lasagne", a déclaré Xie. "D'abord, vous avez une feuille de pâtes, puis de la sauce, de la viande et du fromage. Ces couches se répètent. Dans les matériaux, la phase cubique centrée sur la face et la phase cubique centrée sur le corps sont comme des feuilles de pâtes et la garniture."

Les interfaces séparant ces phases sont des barrières fortes qui apportent une résistance supplémentaire. La vitesse de refroidissement ultra-rapide, unique à l'impression 3D L-PBF, a créé des "feuilles de pâtes" et une "garniture" super fines. Cela crée des interfaces exceptionnellement haute densité qui sont essentielles à la combinaison d'une excellente résistance et ductilité.

Selon Xie, c'est la première fois que les chercheurs réalisent le HEA nanostructuré imprimé en 3D qui affiche à la fois des propriétés ultra-résistantes et ductiles, un exploit difficile à surmonter en science des matériaux en raison de la nature opposée de ces caractéristiques.

En plus de ses propriétés physiques favorables, lorsqu'il est utilisé dans des applications telles que l'aérospatiale ou l'automobile, ce matériau offre la possibilité de réduire les coûts énergétiques.

"Partout où l'énergie est consommée, il y a une préoccupation", a déclaré Xie. "Par exemple, une voiture qui déplace des passagers consomme beaucoup plus d'énergie pour se déplacer elle-même que pour déplacer les passagers. Nos découvertes montrent de nouvelles voies pour la conception de matériaux, qui peuvent éventuellement conduire à des alternatives légères à de nombreux matériaux que nous utilisons actuellement dans la fabrication."

À l'avenir, les chercheurs espèrent exploiter cette technologie pour diverses applications d'ingénierie et de fabrication de matériaux qui doivent être légers tout en résistant à la déformation.

Cette recherche est un effort de collaboration entre l'Université du Massachusetts à Amherst, le Georgia Institute of Technology, l'Université de Californie à Los Angeles, l'Université Rice et les laboratoires nationaux Oak Ridge et Lawrence Livermore. + Explorer plus loin

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