Étude d'Ohio State : des défauts cristallins créés volontairement renforcent deux alliages sans modifier leur chimie

Une équipe dirigée par des chercheurs de l'Ohio State University rapporte que des défauts cristallins introduits délibérément, organisés en réseaux denses et ordonnés, ont rendu deux alliages métalliques plus résistants tout en laissant leur composition chimique inchangée. L'étude, évaluée par les pairs, a été publiée cette semaine dans Science, selon un communiqué de l'université. Les co-auteurs sont rattachés à l'université d'Erlangen-Nuremberg en Allemagne et au Lawrence Livermore National Laboratory en Californie.

La méthode comporte deux étapes. Les chercheurs ont d'abord déformé les cristaux de deux matériaux à base de cobalt, un superalliage contenant du nickel et un alliage chrome-tungstène, puis ont vieilli lentement le matériau par traitement thermique. Le communiqué indique que ce procédé a produit des structures denses, d'épaisseur atomique, à l'intérieur du matériau. Le titre de l'article, cité par TechXplore, les décrit comme des phases de défauts ordonnés bidimensionnels. À l'aide de la microscopie électronique en transmission et de simulations informatiques, l'équipe a relié le gain de résistance à la disposition des atomes autour de ces défauts, et le communiqué précise que modifier cette disposition pourrait influencer la résistance du matériau.

Selon le communiqué, le procédé a nettement augmenté à la fois la contrainte que les métaux pouvaient supporter et leur résistance à la déformation lente, ou fluage, à haute température. L'auteur principal, Andreas Bezold, professeur adjoint de science et génie des matériaux à Ohio State, a déclaré que les résultats suggèrent qu'une couche de défauts créés volontairement pourrait compléter la conception classique des matériaux. « Nous voulions faire de ces structures de renforcement un élément délibéré de la conception du matériau », a-t-il dit. Ces travaux s'appuient sur des recherches antérieures d'Ohio State montrant que les défauts formés lors de la déformation peuvent devenir des couches de renforcement ; le communiqué décrit la nouvelle approche comme la première à introduire des densités de défauts enrichissant pleinement ces alliages.

Le co-auteur Michael Mills, professeur de science et génie des matériaux à Ohio State, a déclaré que bien que les défauts soient généralement associés à un endommagement, « les bons défauts, avec la bonne structure et la bonne chimie, peuvent en réalité rendre un matériau plus résistant ». Le communiqué suggère que l'approche pourrait un jour servir à produire des alliages à haute résistance pour des équipements exposés à de hautes températures, citant les moteurs de turbines d'avion et les machines de centrales électriques, mais présente cela comme une possibilité future. Pour l'instant, la contribution de l'équipe est d'élargir les principes de conception en ingénierie.

Les résultats proviennent d'une seule étude évaluée par les pairs portant sur deux alliages spécifiques. Le communiqué ne fait état ni d'essais industriels, ni de tests sur composants, ni de chiffres quantitatifs de résistance, et ne donne aucun calendrier d'utilisation pratique. Le financement a été assuré par le département de l'Énergie des États-Unis et la National Science Foundation, avec le soutien supplémentaire de la Fondation Alexander von Humboldt et du Center for Electron Microscopy and Analysis d'Ohio State.