Des chercheurs développent un nouveau superalliage imprimé en 3D qui génère plus d'électricité avec moins de carbone

Les chercheurs des Sandia National Laboratories ont collaboré avec Ames National Laboratory, un laboratoire national du Département de l'énergie des États-Unis, et Bruker Corp., un fabricant américain d'instruments scientifiques pour la recherche moléculaire et sur les matériaux, pour développer un superalliage imprimé en 3D à l'aide du Laser Engineered Net Shaping (LENS). Machines. Ce nouveau superalliage imprimé en 3D peut générer plus d’électricité tout en émettant moins de carbone.

L'alliage avait une structure complexe qui permettait une dureté élevée insensible à la température jusqu'à 800 °C.

« Nous montrons que ce matériau peut accéder à des combinaisons auparavant impossibles à obtenir de haute résistance, de faible poids et de résilience à haute température. Nous pensons que nous y sommes parvenus en partie grâce à l’approche de la fabrication additive.

Table des matières

Le superalliage imprimé en 3D a été créé par les chercheurs avec une composition inhabituelle qui le rend plus solide et plus léger que les matériaux de pointe actuellement utilisés dans les machines à turbine à gaz. Les résultats pourraient avoir des implications considérables dans les secteurs de l’énergie, de l’aérospatiale et de l’automobile, et font allusion à une nouvelle classe d’alliages similaires encore à découvrir.

Les résultats mettent en évidence une classe d’alliages jusqu’alors inconnue ayant de larges applications dans les secteurs de l’énergie, de l’aérospatiale et de l’automobile.

La composition du nouveau superalliage est de 42 % d'aluminium, 25 % de titane, 13 % de niobium, 8 % de zirconium, 8 % de molybdène et 4 % de tantale. Les expériences menées par l'équipe ont montré qu'il était plus résistant à 800 degrés Celsius (1 472 degrés Fahrenheit) que les autres superalliages, et qu'il restait plus résistant même après avoir été refroidi à température ambiante.

Les résultats pourraient profiter à des secteurs autres que l’énergie. Les chercheurs en aérospatiale recherchent des matériaux légers capables de résister à des températures élevées. En outre, Nic Argibay, scientifique du laboratoire Ames, a déclaré qu'Ames et Sandia collaborent avec l'industrie pour étudier comment des alliages comme celui-ci pourraient être utilisés dans l'industrie automobile.

"La théorie de la structure électronique dirigée par Ames Lab a pu permettre de comprendre les origines atomiques de ces propriétés utiles, et nous sommes actuellement en train d'optimiser cette nouvelle classe d'alliages pour relever les défis de fabrication et d'évolutivité."

Ces découvertes pourraient être utiles au-delà du secteur de l’énergie, car les experts de l’aérospatiale recherchent également des matériaux légers qui conservent leur résistance à la chaleur extrême. Ames et Sandia travaillent également avec des entreprises pour étudier comment ces alliages pourraient être utilisés dans l'industrie automobile.

Cette nouvelle étude démontre comment l’impression 3D peut être utilisée pour créer rapidement et efficacement de nouveaux matériaux. Les membres de l'équipe Sandia ont utilisé une imprimante 3D pour fusionner rapidement des poudres métalliques et créer un échantillon.

Étant donné qu'aucun métal ne représente à lui seul plus de la moitié du matériau, l'invention de Sandia représente un changement fondamental dans la manière dont les alliages ont été créés. L’acier, quant à lui, est principalement composé de fer, dont près de 98 % est du fer, mélangé à du carbone et à d’autres matériaux.

L’équipe étudie actuellement si des approches de modélisation informatique de pointe pourraient contribuer à la découverte d’un plus grand nombre de membres de ce qui pourrait être une nouvelle classe de superalliages adaptés à la fabrication additive.

À l’avenir, les chercheurs souhaitent voir si des techniques avancées de modélisation informatique peuvent les aider à trouver davantage de membres de ce qui pourrait être une nouvelle classe de superalliages de haute performance et de fabrication additive.

Andrew Kustas a souligné qu'il y aura des défis à relever. D’une part, il peut être difficile de produire de grandes quantités du nouveau superalliage imprimé en 3D sans fissures microscopiques, ce qui constitue un défi courant dans la fabrication additive. Il a également déclaré que les matériaux utilisés pour fabriquer cet alliage sont coûteux. En conséquence, l’alliage peut ne pas convenir aux biens de consommation où le coût est une préoccupation majeure.

Le ministère de l'Énergie et le programme de recherche et de développement dirigé par les laboratoires de Sandia ont financé l'étude.