Quelles sont les différences entre les alliages traditionnels et les alliages à haute entropie ?

Introduction

Les alliages traditionnels et les alliages à haute entropie (HEA) sont deux types de matériaux utilisés dans diverses applications. Tous deux sont composés d'éléments métalliques, mais il existe plusieurs différences essentielles entre ces alliages. Dans cet article, nous allons explorer les différences entre les alliages traditionnels et les HEA, y compris leur composition, leurs microstructures, leurs propriétés, leurs applications et leurs méthodes de production.

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Figure 1. Modèle automatique des AHE

Introduction aux alliages traditionnels et aux alliages à haute entropie

Lesalliages traditionnels combinent un élément métallique avec d'autres éléments métalliques ou non métalliques. Ces types d'alliages conservent certaines propriétés du métal de base d'origine tout en modifiant certaines caractéristiques, telles que l'amélioration de la résistance ou de la ductilité.

Il existe une grande variété d'éléments d'alliage qui peuvent être ajoutés aux métaux de base. Le chrome est généralement ajouté pour améliorer la résistance à la corrosion des alliages ; le tungstène est un élément d'alliage métallique utilisé pour améliorer la résistance à l'usure à haute température ; tandis que le carbone est fréquemment ajouté dans les alliages d'acier et de fonte pour améliorer la résistance.

Les alliages à haute entropie sont des alliages contenant 5 éléments principaux ou plus, chacun d'entre eux ayant un pourcentage atomique compris entre 5 et 35 %. L'inclusion de plusieurs éléments se traduit par une structure complexe et un effet d'entropie élevé, ce qui confère aux HEA des propriétés physiques et mécaniques uniques par rapport aux alliages conventionnels.

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Alliages traditionnels et alliages à haute entropie

--Composition

Les alliages traditionnels et les alliages à haute entropie ont des compositions d'éléments différentes. D'une part, les alliages traditionnels sont généralement composés de deux ou trois éléments métalliques dans des proportions variables. En revanche, les alliages à haute entropie contiennent au moins cinq éléments dans des proportions atomiques égales ou approximativement égales. D'autre part, le métal de base dans les alliages traditionnels représente la plus grande proportion, tandis que les éléments dans les alliages à haute entropie occupent des proportions égales ou presque égales.

--Microstructure

Une composition différente se traduit par des structures différentes. Les alliages traditionnels présentent généralement une microstructure bien définie, telle qu'une structure eutectique ou dendritique, tandis que les HEA présentent une microstructure désordonnée et homogène. La nature désordonnée des HEA conduit à une distribution aléatoire des atomes, ce qui réduit l'occurrence des transformations de phase, même à des températures élevées.

--Propriétés

Les alliages traditionnels présentent toute une série de propriétés, en fonction de leur composition et de leur microstructure. Par exemple, certains alliages traditionnels peuvent être résistants mais fragiles, tandis que d'autres peuvent être ductiles mais peu résistants.

En revanche, les HEA présentent une combinaison supérieure de propriétés, notamment une résistance, une ductilité et une stabilité thermique élevées, en raison de leur microstructure désordonnée. Par exemple, le VNbMoTaW est un alliage réfractaire remarquable avec une limite d'élasticité élevée de plus de 600 MPa (87 ksi), même à une température de 1 400 °C, qui pourrait même surpasser les superalliages conventionnels.

--Applications

Les alliages traditionnels sont des matériaux populaires utilisés dans diverses applications, telles que l'automobile, l'aérospatiale et la construction.

Les AHE, quant à eux, constituent une classe de matériaux relativement nouvelle dont les applications potentielles sont encore à l'étude. Ils se sont révélés prometteurs dans diverses applications, notamment les applications thermoélectriques à haute température, les revêtements résistants à l'usure et les matériaux structurels.

Par exemple, les AHE sont utilisés dans l'industrie automobile pour fabriquer des pièces de moteur, des composants de transmission et d'autres équipements structurels. Ces alliages sont également des matériaux prometteurs pour les applications nucléaires grâce à leurs propriétés mécaniques à haute température et à leur résistance aux radiations et à la corrosion.

--Production

Le processus de préparation des alliages conventionnels est relativement simple, alors qu'il existe de multiples approches pour produire des alliages à haute entropie.

Les alliages traditionnels sont généralement produits à l'aide de méthodes conventionnelles, telles que le moulage, l'extrusion et le forgeage. En général, le processus comprend la fusion, le mélange, la solidification et le refroidissement.

Cependant, la production des HEA nécessite des techniques spécialisées (voir figure 2) en raison de la complexité de leur composition et de leur microstructure. La plupart d'entre eux sont fabriqués par fusion à l'arc et par induction. Le traitement à l'état solide fait appel à l'alliage mécanique. Le traitement en phase gazeuse fait appel à la pulvérisation cathodique ou à l'épitaxie par faisceau moléculaire (MBE).

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Figure 2. Fabrication du HEA

Conclusion

En un mot, les alliages traditionnels et les alliages à haute entropie diffèrent par leur composition, leur microstructure, leurs propriétés, leurs applications et leurs méthodes de production. Alors que les alliages traditionnels ont une microstructure et des propriétés bien définies, les HEA offrent une combinaison unique de propriétés grâce à leur microstructure désordonnée et homogène. Les HEA constituent une classe de matériaux prometteurs pour diverses applications et font encore l'objet d'explorations pour en exploiter tout le potentiel. Stanford Advanced Materials (SAM ) est un fournisseur fiable d'alliages à haute entropie. Pour plus d'informations, veuillez consulter notre page d'accueil.

Référence :

[1] Alliage à haute entropie. (2023, 5 juin). Dans Wikipedia. https://en.wikipedia.org/wiki/High-entropy_alloy#See_also

[2] Zhang, Wei & Zhang, Yong. (2018). Science et technologie des alliages à haute entropie. Science China Earth Science. 2-22.