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.
Un nouvel alliage de titane offre une résistance à la fatigue record. Photo : iStock
L'Académie chinoise des sciences (ACS) a détaillé cette découverte dans une étude publiée dans la revue Nature le 28 février. Cette recherche est le fruit d'une collaboration entre les scientifiques Zhang Zhenjun et Zhang Zhefeng du Laboratoire de science des matériaux de Shenyang de l'Institut de recherche sur les matériaux de l'ACS, 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 y ont également été créés. Ritchie a participé au processus d'évaluation.
Bien que l'impression 3D ait révolutionné la fabrication, son utilisation se limite à la fabrication de pièces nécessitant une résistance élevée à la fatigue. La résistance à la fatigue désigne la capacité d'une pièce mécanique à résister aux dommages dus à la fatigue, tels que les piqûres d'engrenages et les fissures de surface.
L'impression 3D métal, qui utilise des lasers pour fondre la poudre métallique et la stratifier en formes complexes en peu de temps, est idéale pour fabriquer rapidement des composants volumineux et complexes. Cependant, la chaleur élevée générée par les puissants faisceaux laser généralement utilisés lors de l'impression peut entraîner la formation de poches d'air dans la pièce, ce qui peut affecter les performances de l'alliage. Ces petites poches peuvent devenir une source de contraintes, provoquant des fissures prématurées et réduisant ainsi la résistance à la fatigue du matériau.
Pour résoudre ce problème, l'équipe a décidé de produire un alliage de titane sans pores. Elle a développé un procédé utilisant le Ti-6Al-4V, un alliage titane-aluminium-vanadium, qui a atteint la plus haute résistance à la fatigue de tous les alliages de titane connus. Selon Zhang Zhenjun, le procédé commence par une opération de pressage isotherme à chaud pour éliminer les pores, suivie d'un refroidissement rapide avant toute modification de la structure interne de l'alliage. Ce procédé a permis d'obtenir un alliage poreux dont la résistance à la fatigue en traction a augmenté de 106 %, passant de 475 MPa à 978 MPa, un record mondial .
Zhang Zhenjun a déclaré que cette réalisation était prometteuse pour des applications dans des secteurs nécessitant des matériaux légers, comme l'aérospatiale et les véhicules à énergies nouvelles. Jusqu'à présent, le matériau n'a été produit qu'à l'échelle prototype, en forme d'haltère, dont la partie la plus fine mesure 3 mm, ce qui est trop petit pour des applications pratiques. Bien que cette technologie soit encore au stade expérimental, elle offre un grand potentiel pour la fabrication de dispositifs complexes.
Selon CAS, de nombreuses pièces aérospatiales, notamment la tuyère des fusées de la NASA, la cellule de l'avion de chasse J-20 et la buse de carburant de l'avion chinois C919, ont été créées grâce à l'impression 3D. Grâce à sa capacité de développement à grande échelle, cette nouvelle technologie sera largement utilisée.
An Khang (selon Tech Times )
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