Nouveaux matériaux pour applications hautes températures

Après plus de huit décennies d’amélioration continue, les limites pratiques d’utilisation des superalliages pour des pièces travaillant à température élevée ou en environnement corrosif, sont maintenant atteintes. De plus les éléments utilisés -nickel surtout- ont vu leur prix augmenter.

Le Centre National d’Etudes Spatial –CNES– et le CTIF ont collaboré dans une recherche de solutions matériaux envisageables pour prendre le relais pour des applications à très hautes températures. 

Une veille documentaire a montré que de nombreux travaux sont en cours sur cette thématique.

Beaucoup de ces travaux s’intéressent à la résolution des problèmes posés par des alliages intermétalliques relativement classiques (comme le manque de ductilité à température ambiante des alliages FeAl, ou de résistance à l’oxydation des siliciures de molybdène), en introduisant des éléments d’alliage comme le silicium, le chrome ou le bore.

D’autres travaux s’intéressent également à des alliages à caractère plus inédit -alliages intermétalliques à très haut point de fusion, alliages « à Haute Entropie » (HEA)- pouvant eux-mêmes être élaborés de manière conventionnelle (fusion par induction sous atmosphère contrôlée) ou par frittage ou bien encore par des procédés alternatifs comme la mécanosynthèse ou le procédé «SHS » (Self propagating High temperature Synthesis).

Plusieurs alliages pouvant répondre au besoin du CNES (coût et masse volumiques réduits, relative ductilité à température ambiante, tenue mécanique et à l’oxydation à température élevée, élaboration par fonderie conventionnelle -fusion atmosphérique, moule sable) ont ainsi pu être sélectionnés puis testés, comme l’intermétallique FeAl, avec un dopage par différents éléments afin d’améliorer les propriétés à température ambiante, ou des alliages plus « innovants » comme l’alliage dit « à Haute Entropie » HEA FeCrNi2Al ou les siliciures d’éléments métalliques.

Les résultats obtenus feront l’objet d’une publication prochaine dans la Revue Forge et Fonderie éditée par la Fédération Forge Fonderie ; cette publication sera co-rédigée par Gilles Regheere (CETIM-CTIF) – David Miot (CNES).