De nouveaux superalliages pour des réacteurs à haut rendement
Les températures à l'intérieur des moteurs d'avion peuvent dépasser le point de fusion des métaux, mais les propriétés exceptionnelles de certains matériaux leur permettent de fonctionner. Combinant résistance mécanique, résistance à la déformation due au fluage thermique, bonne stabilité de surface et résistance à la corrosion ou à l'oxydation, les superalliages sont généralement conçus pour être utilisés à des températures élevées. Comme pour tout autre matériau, les propriétés des superalliages sont fortement influencées par leur microstructure, elle-même déterminée par leur composition et le traitement qu'ils ont subi. Dans le projet NECTAR (New generation of NiAl-based eutectic composites with tuneable properties), financé par l'UE, des scientifiques ont mené des études sur des composites à base de superalliages nickel-aluminure (NiAl), en associant des calculs de thermodynamique de pointe avec des concepts avancés de conception et de traitement. À leur point eutectique, les différents composants d'un mélange sont dans des phases différentes (liquide, alpha et bêta) qui se trouvent toutes en équilibre. L'accent a été mis sur les compositions d'un mélange contenant quatre composants tels que le nickel, l'aluminium, le chrome, le tungstène, le rhénium et le vanadium. Après avoir recueilli toutes les informations expérimentales sur les diagrammes de phase quaternaire et les propriétés thermodynamiques de chaque phase, les scientifiques ont créé des bases de données thermodynamiques pour les trois phases des différents systèmes quaternaires possibles. Après avoir sélectionné deux systèmes eutectiques, l'équipe a développé des cartes structurelles et défini la composition des phases. Les scientifiques ont développé des modèles de diffusion et de phase de champs pour modéliser le processus de solidification des alliages eutectiques. Ils ont également modélisé la microstructure, la morphologie de la croissance, la régularité et l'uniformité des systèmes eutectiques. Enfin, l'équipe a décrit la dépendance des propriétés mécaniques à la température comme une fonction de la fraction volumique de la phase de renforcement, de la résistance à la rupture et des mécanismes de défaillance, ainsi que les propriétés de fluage des systèmes eutectiques. Les alliages présentant une plus faible fraction volumique de fibres se sont révélés être plus solides et avoir une meilleure résistance au fluage, alors que les alliages ayant une fraction volumique plus élevée se sont montrés plus ductiles et plus résistants à la rupture. NECTAR a ciblé une nouvelle génération de composites à base de NiAl dotés de propriétés ajustables, présentant de meilleures performances que les meilleurs alliages à base de nickel actuels, et capables de résister à des températures supérieures à 1 150°C, qu'atteignent généralement les moteurs à réaction.
Mots‑clés
Superalliages, moteurs à réaction, NECTAR, eutectique, nickel-aluminure, thermodynamique
