Pièces miniaturisées grâce aux alliages métalliques amorphes

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Matériaux - Produits finis Par  Mirel SCHERER Publié le  25/06/2021
Pièces miniaturisées grâce aux alliages métalliques amorphes
Les alliages métalliques amorphes Vulkalloys sont particulièrement adaptés aux nouveaux enjeux industriels, en permettant la production de composants miniatures avec des propriétés fonctionnelles sans commune mesure avec celles des métaux traditionnellement utilisés pour des applications aéronautiques et spatiales. (photo Vulkam)
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L’industrie aéronautique profite de la mise au point de nouveaux matériaux pour alléger les avions et atteindre ses objectifs environnementaux. C’est le cas des alliages métalliques Vulkalloys, développés par la société Vulkam.

Confrontés à des impératifs écologiques draconiens, les entreprises aérospatiales cherchent activement de nouvelles technologies de fabrication et des matériaux capables de les aider à concevoir les avions de demain. « On fera des avions différemment, en mettant encore plus l’accent sur la préservation de l’environnement. Et cette crise, avec la baisse des charges, peut être l’occasion d’accélérer la tendance dans ce domaine. Notre filière recrute et innove. Je crois à l’industrie en France, une industrie basée sur l’innovation… », affirmait ainsi Eric Trappier, président du Gifas et PDG de Dassault Aviation, dans les colonnes du quotidien Les Echos, du 5 février 2021.

La mise au point de matériaux nouveaux répond à ce besoin, comme le démontre la société Vulkam, avec ses alliages métalliques amorphes, les Vulkalloys. Rappelons qu’un alliage métallique amorphe, appelé aussi « verre métallique » (de l’anglais Bulk Metallic Glasses ou BMG), est un alliage intermétallique solide doté d’une structure amorphe (désordonnée) plutôt que cristalline. Ces matériaux amorphes sont obtenus par fusion des métaux, mise en forme à l’état liquide et refroidissement rapide. La combinaison d’un état métallique et d’une structure amorphe confère à ce type de matériau une association unique de propriétés mécaniques, thermiques, magnétiques et de résistance à la corrosion. Avec de plus, la possibilité de mise en forme directe depuis l’état liquide. Ces alliages sont en général de type 80 % de métaux et 20 % de métalloïdes, ou 50 % de métaux « ordinaires » et 50 % de métaux nobles.

Des performances hors normes

« Baptisée Vulkalloys, notre gamme d’alliages métalliques amorphes est basée sur le changement de l’organisation atomique des métaux, ce qui permet de modifier sensiblement les propriétés mécaniques des pièces », précise Sébastien Gravier, président de Vulkam.
« Ces alliages offrent des propriétés ou des combinaisons de propriétés inatteignables avec des matériaux conventionnels, une alternative intéressante pour l’aéronautique, le spatial ou la défense. » En effet, leurs performances se passent de commentaire : résistance mécanique qui peut atteindre 3 000 Mpa, déformation élastique de 2 %, dureté de jusqu’à 63 HRC ou 797 HV, coefficient de frottement jusqu’à 0,06 en régime lubrifié…

« Développé spécifiquement pour ces matériaux, notre procédé est adapté à la miniaturisation de pièces (quelques dixièmes de millimètre à quelques centimètres) », explique le spécialiste. « Ses deux étapes brevetées permettent de réaliser des pièces ou des préformes de formes variables et d’en optimiser les géométries. L’association des deux procédés (production des alliages et mise en forme) assure un contrôle complet du processus et constitue une garantie de la qualité finale des pièces produites. Cette phase peut être suivie d’une étape d’usinage conventionnel ou spécifique, dont les paramètres sont adaptés au matériau, afin de ne pas en altérer les propriétés. »

Plus isolant que les métaux existants

La gamme de Vulkalloys, proposée par Vulkam, est constituée d’une dizaine d’alliages, dont une sélection en bases Zr et Hf plus particulièrement mis au point pour l’aéronautique et le spatial. Le Vulkalloy Zr offre une résistance spécifique de 40 % supérieure au TA6V, et peut assurer une diminution du poids d’une pièce jusqu’à 40 % environ, de sa taille de 50 %, et donc du poids total du système dans lequel elle est intégrée. Parmi ses applications figurent la fabrication des vis, systèmes de fixation et de jonction. Deux fois plus isolant que les métaux existants, le Vulkalloy Hf dispose d’une conductivité thermique basse (3,8 W/mC° ou watt par mètre-kelvin) et autorise la miniaturisation des systèmes cryogéniques. Il est ainsi adapté à la fabrication de machines à froid et aux applications d’isolation thermique.

Les recherches continuent à l’échelle mondiale pour le développement de nouvelles méthodes de fabrication de ces alliages d’une nouvelle race. Ainsi, EOS a mis au point un système de fabrication additive d’alliages métalliques amorphes. Et la NASA a lancé, en avril dernier, un projet nommé Bulk Metallic Glass Gears (BMGG) visant à créer des matériaux susceptibles de résister à des températures de -238°C. Ses équipes ont développé un « verre métallique », un matériau amorphe dont la structure à l’échelle atomique est désordonnée. Des innovations à suivre…

Pièces miniaturisées grâce aux alliages métalliques amorphes
Mirel SCHERER Vieux routier journaliste de la machine-outil, toujours à l'affût de la meilleure solution qui changera la vie des ateliers mécaniques.

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