Programme de coopération transfrontalière

avec le soutien du Fonds Européen de Développement Régional

ALLIHENTROP

Informations clés

Opérateur chef de file

MATERIA NOVA (MANO)
Avenue Nicolas Copernic 3
7000 Mons
BELGIQUE

Personne de contact :

Corinne Nouvellon

Date de début

01-07-2018

Date de fin

31-12-2022

Eléments budgétaires

Budget Total
1 867 383,03 €

Site Web

http://www.allihentrop-interreg.eu/





ALLIHENTROP

Synthèse et mise en oeuvre de revêtements à base d'ALLIages à Haute ENTROPie

axe1

Catégorie

Projet

Objectif spécifique du programme

Accroissement de la recherche et de l'innovation de la zone transfrontalière dans les secteurs stratégiques et les secteurs à forte complémentarité

Domaine d'intervention

Activités de recherche et d’innovation dans les centres de recherche publics et les centres de compétence, y compris la mise en réseau


La filière métallurgique doit aujourd’hui être capable de répondre aux besoins stratégiques en innovation des marchés applicatifs prioritaires (automobile, mécanique, aéronautique) pour assurer sa pérennité. Il est essentiel de développer de nouveaux matériaux à hautes performances pour élargir le champ des applications vers des domaines de plus haute valeur ajoutée, tout en garantissant le respect de normes environnementales de plus en plus exigeantes. Pour répondre à ces attentes, le projet ALLIHENTROP propose de développer des revêtements hautes performances à partir d’une classe émergente de matériaux, les ALLIages à Haute ENTROPie. Il s’agit d’alliages aux compositions complexes qui contiennent un grand nombre d’éléments métalliques en proportions égales ou voisines. Ces matériaux possèdent des propriétés uniques, ils sont imaginés sous forme de revêtements dans le but d’apporter une fonctionnalité à une pièce métallique ou d’en améliorer les performances et ainsi, valoriser des matériaux supports ou structurels à faible valeur ajoutée. L’enjeu est de montrer la possibilité de faire passer ces alliages à haute entropie, de l’échelle du laboratoire de recherche à l’échelle préindustrielle.

Date de rapport 14-10-2021

L'objectif du projet est de développer des revêtements haute performance à partir d'une classe émergente de matériaux, les alliages à haute entropie (HEA). Ces alliages sont constitués d'un grand nombre d'éléments métalliques ce qui leur confère des propriétés uniques en termes de dureté, résistance à l'usure et à la corrosion. Dans le cadre de ce projet, des alliages quinaires sont appliqués sous forme de revêtements afin d'apporter une fonctionnalité nouvelle ou améliorée aux pièces traitées. L'apport de la modélisation par ULille a permis de définir un premier alliage quinaire (5 éléments métalliques). La stabilité de la phase Cr23C6, présente dans l'alliage sous forme massive, et des différentes phases présentes lors du refroidissement a été étudiée. Des poudres d'alliages mécano-synthétisées à ULille-UMET et des mélanges de poudres commerciales sont utilisées pour la réalisation de cibles et l'application de revêtements minces par pulvérisation plasma à Materia Nova, ou de revêtements épais par procédé laser au CRIBC. Les dépôts de couches minces sont réalisés sur acier ainsi que sur des substrats spécifiques tels que des acier polis pour faciliter les caractérisations mécaniques et tribologiques (au LAMIH-UPHF) ou silicium et pastilles KBr pour les caractérisations physico chimiques. Les duretés sont assez proches de celles généralement obtenues par chromage électrolytique. Une dureté plus élevée ainsi qu'une meilleure résistance à l'usure ont été observées pour les dépôts issus de poudres d'alliages mécano synthétisées. La présence de carbone dans les poudres mécano synthétisées et donc la formation de carbures semble être responsable de ces différences de propriétés. La composition chimique des revêtements (EDX) est homogène et similaire à celle des cibles et mélanges de poudres initiaux. Les dépôts sont stables en température, sans évolution de la structure cristallographique (DRX-MET) jusque 800 ou 950°C ni du caractère paramagnétique (spectroscopie Mössbauer). Les couches épaisses (> 10 µm) sont réalisées par technique laser, sur des aciers à bas taux de carbone. Le principe consiste à déposer une encre contenant un mélange de poudres métalliques commerciales (de composition identique à celles des couches minces), d'un solvant et d'additifs organiques. Ce dépôt est ensuite traité par laser avec un traitement impliquant la fusion globale des différents métaux. L'optimisation de la composition de l'encre et des paramètres laser a permis l'obtention de revêtements de structure parfaitement cubique centrée, d'épaisseur comprise entre 30 et 80 µm, en fonction de l'épaisseur initialement déposée. Par rapport à la composition initiale, le revêtement présente une sur-stœchiométrie en fer attribuée à l'apport du substrat lors du traitement laser. L'observation de la tranche des revêtements par MEB montre une microstructure homogène, formée de grains de quelques microns. Une bonne adhésion du revêtement sur le substrat est observée. D'autres dépôts ont également été préparés à partir de mélanges quaternaires, le cinquième élément, à savoir, le fer, étant apporté par le substrat.