L'alliage de titane le plus dur au monde créé à l'aide de la technologie d'impression 3D

Des scientifiques ont obtenu de nouveaux résultats en appliquant la technologie d'impression 3D aux alliages de titane, doublant la résistance du matériau et élargissant ses applications potentielles dans l'aérospatiale.

Nouvel alliage de titane avec une résistance à la fatigue record. Photo : iStock — Nouvel alliage de titane avec une résistance à la fatigue record. Photo : *iStock*

L'Académie chinoise des sciences (CAS) a détaillé cette réalisation dans une recherche publiée dans la revue Nature le 28 février. La recherche est le résultat d'une collaboration entre les scientifiques Zhang Zhenjun et Zhang Zhefeng du Shenyang Key Laboratory of Materials Science, de l'Institut de recherche sur les matériaux de la CAS, et Robert Ritchie de l'Université de Californie à Berkeley. Selon l'article, l'idée de recherche est née en Chine et les échantillons de matériaux ont également été créés là-bas. Ritchie a participé à l’examen du processus.

Bien que l’impression 3D révolutionne la fabrication, le procédé est utilisé de manière assez limitée dans la fabrication de pièces nécessitant une résistance élevée à la fatigue. La résistance à la fatigue est la capacité d'une pièce de machine à résister aux dommages dus à la fatigue tels que les piqûres d'engrenages et les fissures de surface.

L'impression 3D métal utilise des lasers pour faire fondre la poudre métallique et la superposer en formes complexes en peu de temps, ce qui la rend parfaite pour la fabrication rapide de composants volumineux et complexes. Cependant, la chaleur élevée générée par le puissant faisceau laser couramment utilisé dans le processus d'impression conduit à la formation de poches d'air à l'intérieur de la pièce, affectant les performances de l'alliage. Ces petits trous peuvent devenir une source de concentration de contraintes, entraînant des fissures prématurées, réduisant la durée de vie en fatigue du matériau.

Pour résoudre le problème ci-dessus, l’équipe de recherche a décidé de produire un alliage de titane sans pores. Ils ont développé un procédé utilisant du Ti-6Al-4V, un alliage titane-aluminium-vanadium, qui a atteint la résistance à la fatigue la plus élevée de tous les alliages de titane connus à ce jour. Selon Zhang Zhenjun, le processus commence par un pressage isotherme à chaud pour éliminer les trous d'air, suivi d'un refroidissement rapide avant que des changements dans la structure interne de l'alliage puissent se produire. Le procédé permet d'obtenir un alliage poreux avec une augmentation de 106 % de la résistance à la fatigue par traction, passant des 475 MPa conventionnels à 978 MPa, établissant ainsi un record mondial .

Zhang Zhenjun a déclaré que cette réalisation promet de nombreuses applications dans les industries qui nécessitent des matériaux légers tels que l'aérospatiale et les véhicules à énergie nouvelle. Jusqu'à présent, le matériau n'a été produit qu'à l'échelle du prototype, qui a la forme d'un haltère et dont la partie la plus fine mesure 3 mm, trop petite pour une application pratique. Bien que la technologie soit encore au stade expérimental, elle présente un grand potentiel pour la fabrication de dispositifs complexes.

Selon CAS, de nombreuses pièces aérospatiales, notamment la buse des fusées de la NASA, la cellule de l'avion de combat J-20 et la buse de carburant de l'avion chinois C919, sont toutes créées à l'aide de la technologie d'impression 3D. Avec la possibilité d’évoluer à l’avenir, les nouvelles technologies seront appliquées plus largement.

An Khang (selon Tech Times )

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