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Le nouveau matériau de la NASA conçu pour résister à des conditions extrêmes

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Les innovateurs de la NASA ont récemment mis au point un nouvel alliage métallique à l'aide d'un procédé d'impression 3D qui améliore considérablement la résistance et la durabilité des composants et des pièces utilisés dans l'aviation et l'exploration spatiale, ce qui se traduit par des performances meilleures et plus durables.

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L'alliage GRX-810 de la NASA, un alliage renforcé par dispersion d'oxyde (ODS), peut supporter des températures supérieures à 2 000 degrés Fahrenheit, est plus malléable et peut survivre plus de 1 000 fois plus longtemps que les alliages de pointe existants. Ces nouveaux alliages peuvent être utilisés pour fabriquer des pièces aérospatiales destinées à des applications à haute température, comme celles qui se trouvent à l'intérieur des avions et des moteurs de fusée, car les alliages ODS peuvent résister à des conditions plus difficiles avant d'atteindre leur point de rupture.

"Les particules d'oxyde à l'échelle nanométrique traduisent les avantages incroyables de cet alliage en termes de performances", a déclaré Dale Hopkins, chef de projet adjoint du projet Transformational Tools and Technologies de la NASA.

Il est difficile et coûteux de produire des alliages ODS pour ces environnements extrêmes. Pour développer le NASA Alloy GRX-810, les chercheurs de l'agence ont utilisé des modèles informatiques pour déterminer la composition de l'alliage. L'équipe a ensuite utilisé l'impression 3D pour disperser uniformément des oxydes nanométriques dans l'alliage, ce qui a permis d'améliorer les propriétés à haute température et les performances durables. Ce procédé de fabrication est plus efficace, plus rentable et plus propre que les méthodes de fabrication conventionnelles.

Impacts et avantages

Ces alliages ont des implications majeures pour l'avenir du vol durable. Par exemple, lorsqu'ils sont utilisés dans un moteur à réaction, la température plus élevée et la durabilité accrue de l'alliage se traduisent par une réduction de la consommation de carburant et des coûts d'exploitation et de maintenance.

Cet alliage offre également aux concepteurs de pièces de moteur de nouvelles flexibilités, comme des matériaux plus légers associés à d'importantes améliorations des performances. Les concepteurs peuvent désormais envisager des compromis qu'ils ne pouvaient pas envisager auparavant, sans sacrifier les performances.

Des performances révolutionnaires : Une révolution dans le développement des matériaux

Les nouveaux alliages de la NASA offrent des propriétés mécaniques améliorées à des températures extrêmes. À 2 000° F, le GRX-810 présente des améliorations de performance remarquables par rapport aux alliages de pointe actuels, notamment :

Une résistance deux fois plus grande pour résister aux fractures

Une flexibilité trois fois et demie supérieure pour s'étirer ou se plier avant de se fracturer

Une durabilité plus de 1 000 fois supérieure sous contrainte à haute température

"Cette percée est révolutionnaire pour le développement des matériaux. De nouveaux types de matériaux plus résistants et plus légers jouent un rôle clé dans l'objectif de la NASA de changer l'avenir des vols", a déclaré M. Hopkins. "Auparavant, une augmentation de la résistance à la traction diminuait généralement la capacité d'un matériau à s'étirer et à se plier avant de se briser, c'est pourquoi notre nouvel alliage est remarquable."

Découverte/développement : Coupler la fabrication additive et la modélisation des matériaux

L'équipe a appliqué la modélisation thermodynamique et s'est appuyée sur l'impression 3D pour mettre au point le nouvel alliage haute température qui a offert cette performance révolutionnaire

"L'application de ces deux processus a considérablement accéléré le rythme de développement de nos matériaux. Nous pouvons désormais produire de nouveaux matériaux plus rapidement et avec de meilleures performances qu'auparavant", a déclaré Tim Smith, chercheur en matériaux au Glenn Research Center de la NASA à Cleveland et l'un des inventeurs de ce nouvel alliage.

"Ce qui prenait des années à travers un processus d'essais et d'erreurs, prend maintenant quelques semaines ou mois pour faire des découvertes", a ajouté M. Hopkins.

Grâce à la modélisation thermodynamique, l'un des nombreux outils informatiques abordés dans l'étude NASA 2040 Vision, l'équipe a découvert la composition optimale de l'alliage après seulement 30 simulations.

Cet outil de modélisation produit des résultats en beaucoup moins de temps et à des coûts moindres que les processus traditionnels d'essais et d'erreurs. L'outil évite également les impasses en indiquant aux chercheurs non seulement les types de métaux à incorporer, mais aussi la quantité de chaque élément à introduire dans la composition. "Les performances de cet alliage démontrent clairement la maturité de l'outil de modélisation et sa capacité à produire des résultats significatifs", a déclaré Steve Arnold, responsable de la discipline technique des matériaux et des structures à la NASA Glenn.

Ce nouvel alliage n'est qu'un exemple de la manière dont le projet Transformational Tools and Technologies apporte des solutions innovantes grâce à la recherche fondamentale et aux outils transversaux. Regardez le webinaire de la NASA sur les alliages de fabrication additive pour les applications à haute température pour en savoir plus sur les détails techniques de cette innovation et sur la manière dont la technologie de la NASA est mise à la disposition de l'industrie et d'autres organisations.