alliage de nickel

Des scientifiques américains découvrent que l'alliage le plus résistant a toujours des performances ultra-élevées par froid extrême

Le laboratoire national de Berkeley aux États-Unis a découvert qu'un alliage composé de chrome, de cobalt et de nickel est le matériau le plus dur avec les propriétés les plus résistantes à la fracture. L'image montre le chemin de fracture à l'échelle nanométrique et la déformation de la structure cristalline qui l'accompagne Alliage CrCoNi lors de l'épreuve d'effort à 20 Kelvin. Les fissures s'étendent de gauche à droite

Avec la demande croissante d'exploration humaine de l'espace et des régions extrêmes, les gens ont commencé à rechercher des matériaux métalliques pouvant être utilisés à basse température. Le Laboratoire national des États-Unis a découvert un alliage composé de chrome, de cobalt et de nickel, qui peut maintenir une ténacité extrêmement élevée à des températures extrêmement basses et qui est actuellement l'alliage le plus résistant au monde.

Le Lawrence Berkeley National Laboratory et le Oak Ridge National Laboratory aux États-Unis ont rédigé conjointement les résultats de cette expérience dans un article qui sera publié dans la revue Science en décembre 2022. Cette recherche a été soutenue par le Bureau des sciences du Département américain de l'énergie.

Les scientifiques étudient les alliages métalliques constitués de « chrome, cobalt et nickel » et de « chrome, manganèse, fer, cobalt et nickel » dans des proportions égales, et testent leurs valeurs de ténacité à la rupture. On observe que les valeurs de "chrome manganèse fer cobalt nickel" et de "chrome ténacité à la rupture de l'alliage "cobalt-nickel" à moins 253.15 ° C sont respectivement de 262 et 459 MPa-mètres de racine carrée.

De plus, il a été découvert par des expériences que le «Chrome-Cobalt-Nickel” a montré une ténacité à la croissance des fissures dépassant 540 MPa-mètres de racine carrée après une fissure stable de 2.25 mm. Les valeurs ci-dessus indiquent que l'alliage a la ténacité la plus élevée au monde. Les scientifiques ont également découvert que la déformation du métal à basse température et la structure de déformation à haute température ont des résultats complètement différents.

Cet alliage est non seulement extrêmement ductile, mais aussi extrêmement malléable, et en même temps très solide (résistant presque en permanence à la déformation). De plus, l'alliage a une propriété très spéciale, sa résistance et sa ductilité augmenteront à mesure que la température diminue, ce qui est à l'opposé des propriétés de la plupart des matériaux dans le monde.

Alliage composé de chrome, de cobalt et de nickel, qui appartient au type d'alliage à haute entropie, qui est différent des autres alliages généraux. La différence est que d'autres alliages seront constitués d'une forte proportion d'un métal (par exemple, le fer, l'or, l'argent ou le cuivre, etc.) et de petites quantités d'autres éléments ou métaux (par exemple, l'acier inoxydable, l'or 18 carats, etc. .), mais des alliages de type HEA, Il est fabriqué en mélangeant chaque élément dans des proportions presque égales.

Ces alliages, dans lesquels des quantités égales de chaque élément sont mélangées, semblent doter le matériau d'une «résistance» et d'une «ductilité» très élevées combinées à la «résistance» du métal lorsqu'il est sollicité.

Ils ont découvert que ces alliages n'avaient pas de microstructure complexe lorsqu'une pression était appliquée à température ambiante, mais lorsque la pression était appliquée à des températures extrêmement basses, la microstructure commençait à devenir complexe. La cristallisation dans l'alliage passera de grains ronds à des bandes, avec une forte tendance à la déformation plane, et enfin, formera un bouquet de bandes de déformation entrecroisées. Par conséquent, on suppose que ces changements permettent au métal d'alliage d'améliorer sa ténacité.

"À l'origine, les atomes métalliques de cet alliage étaient des grains lisses et simples, mais à basse température, ils apparaissent. Lorsqu'il se déforme, il commence à avoir beaucoup d'obstacles à l'intérieur, ce qui lui donne une valeur de ténacité qui dépasse de loin celle de la plupart. matériaux."

Andrew Jr., directeur du Centre de microscopie électronique du laboratoire, a ajouté : « Lorsqu'un métal se déforme, sa structure devient très complexe, et cette transformation aide à expliquer pourquoi il présente cette résistance à la fracture.

En outre, le professeur Rich a également déclaré: "Ce matériau a une valeur de ténacité à la rupture aussi élevée que 500 MPa-mètres de racine carrée à la température de l'hélium liquide (-253.15 ° C)."

Le professeur Rich a expliqué: «Si dans la même unité, la valeur de ténacité à la rupture d'un morceau de silicium est de 1 M MPa-mètre carré, la valeur de ténacité à la rupture du fuselage en alliage d'aluminium utilisé dans les avions de passagers est de 35 MPa-mètres de racine carrée, et les meilleures ruptures d'acier Avec une valeur de ténacité de 100 MPa-mètres de racine carrée, la valeur présentée par cet alliage est assez étonnante.

Cependant, le professeur Ritchie a déclaré que si le développement actuel est passionnant, il est encore trop tôt pour être pratique. "Nous avons besoin de plus de temps pour mieux comprendre les propriétés de ce matériau afin de pouvoir le mettre en pratique à l'avenir et éviter les accidents que les gens ne veulent pas voir lorsqu'ils l'utilisent."

La salle de presse a rapporté que George et Ritchie, professeurs d'ingénierie au Laboratoire national d'Oak Ridge, ont commencé des recherches alliages chrome-cobalt-nickel il y a dix ans, combinant le métal avec du manganèse et un alliage de chrome-manganèse-fer-cobalt nickel contenant du fer.

Lorsqu'ils ont mis le matériau à la température de l'azote liquide (-196 ° C) pour observer les changements dans le métal, ils ont constaté que l'alliage avait une ténacité et une résistance impressionnantes. Afin de tester divers échantillons à cette température froide, il leur a fallu 10 ans pour trouver toutes sortes de personnel et d'outils, et est finalement arrivé aux résultats expérimentaux.