Développement d’alliages à haute entropie pour fabrication additive combinant méthode expérimentale et approche CALPHAD
(2022) Journées Annuelles GDR HEA 2022 — Location: Toulouse (13.September.2022)
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- et. al.
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- Les matériaux actuels doivent répondre à des critères de plus en plus exigeants. Ceci se traduit en la conception d’alliages à la mise en œuvre énergétiquement efficace, économiquement et environnementalement rentables, fonctionnellement robustes, et recyclables. La fabrication additive (FA) devrait permettre de répondre aux défis énumérés ci-dessus. Entre autres, les industries de l’aviation, de l’espace, de l’automobile, et de l’énergie devraient tirer le meilleur parti du potentiel de fabrication de pièces sur mesure, autant en termes de forme que de composition. Les alliages commerciaux pour applications à haute température tels que les superalliages à base nickel et les alliages TiAl n’ont pas été jusqu’à présent optimisés pour la FA qui engendre d’autres défis liés à la fissuration à chaud, la ségrégation d’éléments, le soudage, etc. Il est donc nécessaire de concevoir des alliages spécifiquement destinés à la FA tout en définissant des objectifs de procédé-structure-propriétés pertinents. L’approche CALPHAD consiste à modéliser l’équilibre thermodynamique pour une composition donnée en se basant sur des résultats expérimentaux. Cette méthode a déjà fait ses preuves dans la conception de nouvelles nuances d’alliages mis en forme par des procédés conventionnels. Les modèles thermodynamiques et les bases de données sont développés en continu afin de répondre aux enjeux actuels. Récemment, des systèmes d’alliages basés sur le concept d’alliage à haute entropie (AHE) ont montré une combinaison de résistance à haute température, de ductilité, de ténacité, et de résistance à la corrosion. L’alliage AlCoCrNiFe, par exemple, présente de bonnes propriétés mécaniques à haute température grâce à la stabilisation d’une microstructure \gamma+\gamma^\prime ressemblant à la structure d’un superalliage de Ni. Nous proposons ici d’étendre le domaine de conception du système AlCoCrNiFe en se fixant les trois objectifs suivants : 1) obtenir une microstructure composée d’une matrice ductile et d’une phase dispersée durcissante (e.g. CFC désordonnée + CC ordonnée) ; 2) minimiser le contenu en cobalt afin de réduire le coût et la durabilité ; 3) optimiser le chemin de solidification afin de réduire les défauts de solidification et la précipitation d’une phase fragile. Afin d’atteindre ses objectifs, le système AlCoCrNiFe a été examiné en détails, en température et composition, à l’aide du logiciel Thermo-Calc (CALPHAD). Ces résultats ont été validés par l’étude d’un couple de diffusion. De plus, plusieurs compositions ont été sélectionnées et mises en forme par FA. L’utilisation d’une buse de pulvérisation de poudre (COAXshield) a permis de produire des échantillons avec un gradient de composition afin d’accélérer la caractérisation du système AlCoCrNiFe.
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Citations
Hilhorst, A., & et al. (2022). Développement d’alliages à haute entropie pour fabrication additive combinant méthode expérimentale et approche CALPHAD. Journées Annuelles GDR HEA 2022, Toulouse.