Un défi dans la production forte, nanocomposites élastiques et résistants permet d'obtenir une répartition uniforme des nanoparticules dans la matrice métallique. Maintenant, les chercheurs d'A*STAR ont utilisé un processus connu sous le nom de traitement par agitation par friction (voir image) pour produire un mélange uniformément réparti de particules d'oxyde d'aluminium (Al2O3) nanométriques dans l'aluminium. Leur technique est une nouvelle méthode viable pour la fabrication de nanocomposites et a un potentiel passionnant pour la voiture, industries spatiales et de défense.

« Les méthodes actuelles de métallurgie des poudres ou de traitement des liquides ne parviennent pas à obtenir un traitement uniforme, " déclare le chef de recherche Junfeng Guo, qui est de l'Institut de technologie de fabrication A*STAR de Singapour.

L'équipe de Guo a percé des centaines de trous de 1 millimètre de diamètre dans la surface d'une fine feuille d'alliage d'aluminium. Ils ont ensuite injecté une suspension de nanoparticules d'oxyde d'aluminium dans les trous et ont chauffé la feuille dans un four. Après refroidissement de la feuille, l'équipe y a plongé un outil rotatif - il s'agit de l'étape de traitement par agitation par friction. Le frottement généré entre l'outil et la tôle a provoqué la plastification du matériau. L'outil a été déplacé pour s'assurer que toute la feuille était plastifiée.

Le placement des nanoparticules dans la feuille avant l'étape de traitement par agitation par friction a considérablement augmenté la concentration de nanoparticules dans le composite. « Cela a également réduit la quantité de particules en suspension dans l'air produites lors du placement de la poudre et du traitement par agitation par friction, " explique Guo.

L'équipe a utilisé la microscopie électronique à balayage pour vérifier deux propriétés clés qui influencent la résistance des nanocomposites. Ils ont d'abord démontré que les nanoparticules étaient uniformément dispersées, ce qui signifie que le matériau n'a pas de points faibles. Ils ont également constaté que les grains ou cristaux de la matrice d'aluminium qui recristallisent après avoir été plastifiés étaient extrêmement petits; les grains de matrice d'aluminium plus petits peuvent s'écouler les uns contre les autres plus facilement que les particules plus grosses, améliorant la résistance du matériau.

En mesurant la taille des grains après avoir effectué un traitement par friction malaxage avec et sans les nanoparticules d'Al2O3, l'équipe a montré que les nanoparticules contribuaient à la réduction de la taille des grains.

La meilleure distribution de nanoparticules et les plus petits grains d'alliage d'aluminium ont été obtenus après avoir passé quatre fois l'outil rotatif à travers la feuille. L'équipe a ensuite démontré que le composite fabriqué de cette manière présentait une dureté et une résistance à la traction considérablement améliorées par rapport aux feuilles d'alliage d'aluminium non traitées.

« Nous prévoyons de poursuivre ces recherches pour améliorer encore les propriétés mécaniques et thermiques ainsi que la résistance à l'usure des nanocomposites, " dit Guo. " Finalement, nous visons à commercialiser notre technologie pour aider l'industrie locale."