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Une petite révolution dans le monde de la métallurgie accélère la mise au point d'alliages

Engrenage en verre métallique. Ce matériau est testé par la Nasa pour les robots destinés à explorer des astres glacés | Nasa JPL - Caltech

Des chercheurs de l’Institut de physique de l’Académie chinoise des sciences de Pékin ont développé une technique originale pour mettre au point de nouveaux alliages métalliques. Elle leur a permis de créer un verre métallique à base d’iridium, de nickel et de tantale, qui conserve ses propriétés mécaniques à haute température.

Pourquoi c’est important. La voie traditionnelle consiste à peser et fondre de petites quantités de métaux différents, puis à les mélanger, avant de tester les propriétés de l’alliage jusqu’à trouver celui qui présente les caractéristiques recherchées. Une méthode d’essai-erreur fastidieuse puisqu’il faut refaire ces opérations des centaines de fois en changeant les proportions. La technique mise au point à Pékin permet de fabriquer plus d’un millier d’alliages à la fois. C’est une petite révolution!

Comment ça marche. Les chercheurs se sont inspirés du fonctionnement des tubes cathodiques de télévision qui produisent les nuances de couleur à partir de trois couleurs de base, en bombardant l’écran avec des faisceaux plus ou moins intenses d’électrons.

Les physiciens ont réalisé un appareil capable de cribler une surface de silicium avec des particules de métaux différents, qui fondent et forment l’alliage au point d’impact. Ils procèdent en contrôlant le refroidissement, de manière à former un verre —les atomes ne sont pas espacés régulièrement— et non un cristal. En modulant ces faisceaux, ils peuvent créer des centaines d’alliages différents en deux heures.

Des résultats concrets. Les verres métalliques sont des matériaux aux caractéristiques exceptionnelles. S’ils peuvent être cassants comme du verre, ils ont une résistance et une élasticité beaucoup plus élevée que les alliages classiques. On les utilise notamment pour leurs propriétés magnétiques, par exemple pour réaliser des transformateurs de tension électrique.

Le verre métallique décrit par l’équipe — qui contient de l’iridium, du tantale, du nickel ainsi qu’une faible quantité de bore — conserve ses propriétés à 700°C, là où d’autres ne sont plus utilisables au delà de 400°C. Il est beaucoup plus résistant que l’acier. Il a également résisté à une solution très corrosive pendant plus de cent jours, quand un verre métallique classique ne résiste que quelques dizaines de minutes.

L’avis de l’expert. William Curtin, du Laboratoire de modélisation mécanique de l’EPFL:

«Cette méthode, appelée sputtering, peut être utilisée avec plusieurs éléments (4, 5 ou même 6). Elle permet de tester de nombreuses combinaisons métalliques au cours d’une seule expérience, ce qui accélère le processus de découverte des alliages. Le nouveau verre métallique développé ici a pour avantage de conserver sa forme même lorsqu’il est confronté à de fortes températures. A priori, cela pourrait en faire un alliage intéressant pour l’industrie horlogère. Mais comme il contient du nickel, un élément qu’on préfère éviter en bijouterie car beaucoup de gens y sont allergiques, ce ne sera sans doute pas le cas.»

Et maintenant? Ce nouvel alliage pourrait servir à fabriquer des pièces métalliques destinées à être déployées dans des environnements hostiles, comme les fonds sous-marins ou l’espace. «Nous allons à l’avenir introduire des éléments d’intelligence artificielle dans le processus d’analyse des alliages, ce qui devrait le rendre encore plus rapide, a indiqué l’un des chercheurs Wang Weihua (EN) dans la presse locale. A terme, nous pourrons même créer des matériaux sur demande.»

Quant à la méthode de fabrication des échantillons, elle devrait permettre d’accélérer les découvertes de nouveaux matériaux.

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Lire l'article dans Nature (EN)

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