25/10/2018 - Les nouveaux alliages de titane et d'aluminium réduisent de 25 % le poids des moteurs d'aviation

Menéame

Dans l'industrie aéronautique et aérospatiale, on cherche non seulement à améliorer l'efficacité des moteurs, mais aussi à améliorer la qualité de l'air et la qualité de l'air. réduction les émissions de CO2 et le consommation de carburant, ce qui peut être obtenu par la diminution du poids des moteurs d'aviation. "Cette réduction de poids est la clé du développement de matériaux légers innovants et résistants à des températures élevées qui peuvent remplacer les matériaux actuellement utilisés," souligne-t-il. Leire Usategui Frias Enquêteur de la UPV/EHU. "Les alliages de titane-aluminium (appelés TiAl) présentent un grand potentiel pour répondre à ces demandes," ajoute-t-il.

Jusqu ' à présent, les superconducteurs à base de nickel ont été le matériau dominant dans la fabrication des aubes des turbines des avions, en raison de leur capacité à supporter les charges mécaniques et thermiques élevées auxquelles ils sont soumis dans des conditions de service. Un inconvénient de ces super--alcools est leur forte densité, qui est réduite de près de la moitié dans les TiAl. "En plus d'être plus légers, les principaux avantages des alliages TiAl sont une bonne résistance à l'oxydation, au surchauffe et surtout à la fluence (une déformation qui a lieu lorsque les matériaux travaillent sous tension à haute température et qu'il faut éviter à tout prix) ," explique le docteur Usategui. Pour toutes ces raisons, "les alliages TiAl sont devenus la meilleure alternative pour remplacer ceux utilisés jusqu'à présent dans les turbines d'aviation, car ils réduiraient le poids des moteurs de 20 à 30 % en obtenant ainsi une augmentation significative de la performance du moteur lui-même et une plus grande efficacité du carburant ," note la chercheuse de l'UPV/EHU.

Nouveaux alliages de TiAl améliorés

Dans le but de augmenter la température de service des composants aéronautiques, ce travail étudie les effets de la l'incorporation de divers éléments chimiques dans les alliages TiAl en vue de développer matériaux compétitifs améliorés. "L'un des alliages les plus pertinents et les plus récents, en dehors des principaux éléments chimiques (titane et aluminium), présente une teneur équilibrée en niobium et molybdène et de petites quantités de silicium et de carbone," explique l'auteur du travail.

Une stabilité structurelle élevée et un bon comportement de résistance à la fluence sont nécessaires pour que ces nouveaux alliages répondent aux exigences de l'ingénierie aéronautique. Ces propriétés sont contrôlées par les processus de diffusion et de déformation, et il est donc essentiel d'identifier les mécanismes atomiques qui contrôlent ces processus. "Nous avons déterminé, par exemple, que la présence du carbone retarde les processus de diffusion," note Leire Usategui Frias. " Nous parlons - ajoute la chercheuse - de mouvements atomiques qui ne sont ni faciles à détecter ni à analyser, mais que nous avons réussi à étudier avec succès grâce à une technique expérimentale complexe appelée spectroscopie mécanique. Nous avons également vérifié comment le matériel se comporte à des températures différentes, c'est-à-dire ce qui lui arriverait au fur et à mesure que le moteur de l'avion se réchauffe. Cette information est absolument nécessaire pour assurer la fiabilité et l'efficacité des louanges qui seront produites avec ce matériel, tant en vol qu'au repos," indique le docteur Usategui.

Cela étant, "les résultats obtenus ont permis de connaître les effets de l'ajout de molybdène, de niobium, de carbone et de silicium sur les alliages de TiAl et de détecter quand et comment la diffusion de ces éléments chimiques est activée. Cette connaissance est indispensable pour retarder les processus de diffusion, ce qui assurerait un retard de déformation, ainsi qu'une augmentation des températures auxquelles ces alliages pourraient arriver à travailler," explique la chercheuse de l'UPV/EHU. "En outre - conclut-il - le comportement mécanique et thermique qui a été mesuré dans l'un des alliages étudiés, un alliage à microstructure nanolamine, nous a conduits à l'identifier comme une candidate ferme pour être employée dans les turbines des avions dans les années à venir."

Renseignements complémentaires

Cette recherche a été menée dans le cadre de la thèse de doctorat de Leire Usategui Frías (Vitoria-Gasteiz, 1984), intitulée 'TiAl intermetallics for aerospace applications: atomic relaxation processes, microstructure and mechanical properties at high temperature' et dirigée par José María San Juan Núñez, professeur de métallurgie physique de l'UPV/EHU. La thèse s'est développée dans la Faculté de science et de technologie de l'UPV/EHU en collaboration avec la Université Montanuniversität de Leoben (Autriche).

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