Le CNES, en collaboration avec CETIM-CTIF, développe des matériaux pour les futurs étages de lanceur qui seront fortement sollicités thermiquement notamment lors du freinage par l’atmosphère en phase de retour au sol.

Dans une phase préparatoire, CTIF a réalisé une étude prospective des alliages intermétalliques, matériaux prometteurs pour cette application, à partir d’un état de l’art bibliographique. Un certain nombre de solutions ont pu être proposées :

• Soit visant à améliorer les propriétés d’alliages déjà relativement bien connus mais actuellement de performances insuffisantes : des essais ont ainsi été réalisés avec l’alliage intermétallique Fer-Aluminium (fragile à température ambiante du fait d’une réaction avec l’hydrogène de l’humidité atmosphérique) en le dopant avec différents éléments ;
• Soit au contraire, testant des nouveaux alliages : l’intérêt a été porté sur les siliciures (formules génériques Si _n (X, Y, Z)), possédant une bonne résistance à l’oxydation alliée à une faible masse volumique.

Des alliages ont été sélectionnés d’après leur comportement lors de la solidification, simulé avec l’aide de Thermo-Calc.

Ces alliages ont été élaborés et mis en œuvre à la fonderie expérimentale de CTIF, sur les fours de fusion à induction de 20 kg.

Les résistances à la traction à température ambiante et haute température (800°C) ont ensuite été déterminées sur les échantillons réalisés.

Avec la base FeAl, le chrome est ainsi apparu comme prometteur avec une limite d’élasticité Rp_0.2  de 36 MPa à 800°C et une ductilité de 3% (Rp_0.2  de 380 MPa) à température ambiante.

Dans le cas des siliciures, la combinaison Si₂(CrFeNi₂) a permis d’obtenir des résultats intéressants du point de vue mise en œuvre par fonderie. Par ailleurs, le matériau s’usine relativement facilement. L’insertion d’un renfort en acier lors de la coulée, avec lequel l’alliage forme une liaison métallurgique, permet de limiter l’impact de la fragilité à température ambiante.

Exemple de diagramme de solidification et de refroidissement obtenu avec Thermo-Calc

Liaison métallurgique entre acier (à gauche) et siliciure (à droite)

Pour plus d’informations sur ce projet, n’hésitez pas à contacter Gilles Regheere, Ingénieur Métallurgie et Procédés, Alliages ferreux et Superalliages