Les superalliages : pourquoi sont-ils « super » ?

Les constructeurs de turbines et de moteurs pour l’aéronautique ont besoin de matériaux résistants, et ce même au plus près du point de fusion. C’est dans cette optique que des alliages à hautes performances ou superalliages, souvent à base de nickel, ont été développés.

 

Les chercheurs du Centre Helmholtz de recherche sur les matériaux et l’énergie (HZB) de Berlin se sont intéressés à ce sujet et ont étudié la formation et l’évolution des phases au sein d’alliages à base de nickel [1]. L’équipe construite autour de Nelia Wanderka de l’Institut de recherche appliquée en matériaux du HZB espère développer des pistes d’amélioration dans les performances de ces alliages. En coopération avec l’Université de Münster (Rhénanie du Nord-Westphalie), les chercheurs du HZB se sont appuyés sur les techniques de la microscopie électronique en transmission et de la sonde atomique tomographique.

 

Pour la première fois, et grâce à l’utilisation de ces différentes techniques, les processus à l’oeuvre au sein de ces superalliages lors d’un vieillissement (simulé par un traitement thermique) ont pu être mis en évidence. Dans cette situation, au lieu de la microstructure classique biphasée, de nouvelles phases se créent, et c’est cela qui a été observé au niveau atomique. Dans le détail, les chercheurs ont documenté les transitions de phase. Dans les alliages à base de nickel, la microstructure est formée d’une matrice γ dans laquelle des précipités cubiques appelés dépôts γ’ sont présents. Lors d’un vieillissement, des particules γ sphériques se forment dans les précipités, puis se déplacent et s’agglutinent en plaquettes qui mènent à l’éclatement des précipités cubiques. Les caractéristiques thermo-mécaniques de ces alliages reposent, en grande partie, sur la stabilité de ces microstructures γ et γ’.

 

Pour déterminer la composition atomique des phases et le rôle des particules γ, l’équipe de Nelia Wanderka a utilisé la sonde atomique de tomographie de l’Université de Münster. Cela leur a permis de reconstituer la mise en place de la structure atomique de l’échantillon, étudié couche par couche et de déterminer la composition de toutes les phases, afin d’expliquer l’évolution chimique des particules γ.

Florian Vogel, doctorant, explique : « Jusqu’à présent, nous pensions que l’éclatement des phases permettait d’obtenir des propriétés intéressantes, mais nous avons au contraire montré que c’est la présence des structures sphériques ou en plaquettes qui donnent ces propriétés. » Nelia Wanderka précise : « Si nous voulons améliorer les performances de ces alliages, nous devons adapter les traitements thermiques de manière à éviter cet éclatement des phases. »

 

Pour en savoir plus, contacts :

– [1] Le résultat de ces recherches a été publié dans la revue « Nature » : http://redirectix.bulletins-electroniques.com/TW6O6
– Nelia Wanderka, Centre Helmholtz de recherche sur les matériaux et l’énergie – tél. : + 49 308062 42079 – email : wanderka@helmholtz-berlin.de

 

Sources :

 » Was Superlegierungen super macht – Hierarchische Mikrostruktur in einer Superlegierung », communiqué de presse du HZB -14/01/2014 – http://redirectix.bulletins-electroniques.com/4gvot

 

Rédacteurs :

Grégory Arzatian, gregory.arzatian@diplomatie.gouv.fr – https://www.science-allemagne.fr