L’équipe conçoit un alliage réfractaire à haute entropie NbMoTaWHfN renforcé de nitrure

Une nouvelle génération d’alliages réfractaires offrant d’excellentes performances à haute température est demandée de toute urgence pour les moteurs d’avion, les turbines à gaz et les centrales nucléaires. Comme la température de service de leurs parties chaudes atteint 1 800 °C, voire plus, les superalliages traditionnels peuvent difficilement répondre aux exigences de température. Principalement composés d’éléments métalliques réfractaires, les alliages réfractaires à haute entropie (RHEA) présentent une résistance accrue à des températures supérieures à 1 200 °C, ce qui leur permet d’attirer beaucoup d’attention.

Des travaux instructifs ont été réalisés pour développer de nouveaux alliages dotés d’une ductilité améliorée et d’une résistance à haute température améliorée pour les applications d’ingénierie en ajoutant d’autres éléments basés sur les RHEA NbMoTaW et TiZrHfNb, tels que Ti, Zr, Hf, Re, Si, C et N. Le principal mécanisme de renforcement est le renforcement par solution solide, le renforcement de deuxième phase et la température de ramollissement élevée. Si un grand nombre d’atomes de soluté se rassemblent autour des dislocations, ils gêneront le mouvement des dislocations.

Lorsqu’une luxation en mouvement rencontre la deuxième phase, un anneau de dislocation se forme, augmentant la force externe requise, qui fournit la force de déformation. En outre, la résistance à haute température est généralement liée à la température de ramollissement. La température de ramollissement d’un alliage est d’environ 0,6 Tm (où la température de fusion, Tm, est indiquée en K). Malheureusement, jusqu’à présent, peu de choses ont été rapportées sur les alliages présentant des résistances prometteuses pour les applications techniques à 1 800 °C ou plus.

Compte tenu de la résistance à haute température du NbMoTaWHf RHEA et de l’excellente stabilité thermique des nitrures, le renforcement secondaire des nitrures sur un alliage à base de NbMoTaWHf semble être une approche efficace pour réaliser la situation « gagnant-gagnant » de haute température et de haute résistance. à des températures ultra élevées.

Une équipe de recherche de l’Institut d’innovation de défense de Chine dirigée par le professeur Xiubing Liang a conçu un alliage réfractaire à haute entropie NbMoTaWHfN renforcé de nitrure, qui présente des limites d’élasticité en compression extrêmement élevées à des températures comprises entre 1 000 et 1 800 °C. Ingénierie.

Cette équipe a étudié les microstructures et les propriétés mécaniques du NbMoTaW(HfN)X (x = 0, 0,3, 0,7 et 1) RHEA en premier. Les alliages sont constitués de plusieurs phases de phases cubiques centrées sur le corps (BCC), de nitrure de hafnium (HfN) ou de nitrure à plusieurs composants (MN). À mesure que la teneur en x augmente, la taille des grains devient plus petite et la résistance augmente progressivement.

Ensuite, l’équipe a étudié la constitution des phases et les propriétés à haute température du NbMoTaWHfN RHEA, car il possède des microstructures typiques et de meilleures propriétés mécaniques. Les limites d’élasticité en compression du NbMoTaWHfN RHEA à température ambiante, 1 000 °C, 1 400 °C et 1 800 °C se sont révélées être respectivement de 1 682 MPa, 1 192 MPa, 792 MPa et 288 MPa. La résistance à haute température de cet alliage est un résultat inspirant qui dépasse la température et la résistance élevées de la plupart des alliages connus, notamment les alliages à haute entropie, les métaux réfractaires et les superalliages.

Dans cet article, les chercheurs discutent du mécanisme de formation des phases HfN et MN du point de vue des enthalpies de mélange. Puis le mécanisme de renforcement de NbMoTaW(HfN)X à des températures ambiantes et élevées est discutée. La phase HfN a un effet significatif sur la résistance à haute température de l’alliage en raison de sa stabilité structurelle élevée et du grossissement lent des grains.

Enfin, la recherche discute des propriétés mécaniques supérieures du NbMoTaWHfN RHEA par rapport à divers alliages. Ses propriétés supérieures confèrent au NbMoTaWHfN RHEA un potentiel pour de nombreuses applications techniques à très haute température, telles que les moteurs d’avion et les turbines à gaz au sol.