Projet ANR-08-MAPR-0018 – IRIS : Innovative manufacturing Route for Intermetallic alloys by spark plasma net Shaping
Programme : Matériaux fonctionnels et Procédés (MATETPRO) 2008
Année de financement : 2008
Coordinateur du projet : Monsieur MARTIN Olivier (MECACHROME France)
Partenaires : Divers privé; Centre national de la recherche scientifique; Centre national de la recherche scientifique; PME; École nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique de Poitiers; Entreprise autre que TPE ou PME; Divers privé; Entreprise autre que TPE ou PME
Montant : 1095754.0 euros
Date de début : 2009
Durée : 48 mois
Résumé : Ce projet porte sur la fabrication aux cotes de pièces en alliages intermétalliques grâce à une technique émergente de compaction de poudres dénommée SPS (« Spark Plasma Sintering » ou « Frittage Flash »). L'application de cette technologie à des intermétalliques à haute performance difficiles à élaborer et/ou à mettre en forme par des techniques conventionnelles permettra leur utilisation dans les turbines aéronautiques et dans des moteurs à combustion interne à un coût raisonnable. Ces systèmes sont les matériaux à base de siliciures de niobium et les aluminiures de titane (TiAl). Ces matériaux légers ont un potentiel extraordinaire pour augmenter le rapport poussée/masse et améliorer le rendement énergétique des turbomachines aéronautiques, permettant ainsi de réduire fortement les quantités d'émissions polluantes pour un environnement plus sain. Ils sont ainsi candidats à tout un champ d'applications identifiées par les fabricants de turbines aéronautiques, pour des températures allant de 700°C à 1000°C. Par ailleurs, l'utilisation des alliages TiAl pour la fabrication de soupapes d'échappement de moteurs automobiles résistantes à des températures de 600 à 800°C entraîne une réduction de la consommation (masse donc inertie réduites, meilleures performances) par rapport aux matériaux actuels plus denses (aciers, superalliages). Les pièces sélectionnées pour valider la technologie SPS auront un niveau de complexité croissant tout au long du projet : soupape d'échappement (2D axisymétrique) et segment d'anneau d'étanchéité (similaire à une plaque courbée : quasi-2D), puis aube de turbine (3D). Au cours d'une étape préliminaire sur des échantillons de petite taille, on délimitera toutes les potentialités du procédé SPS en faisant varier les principaux paramètres d'élaboration pour les deux systèmes d'alliages intermétalliques, en y associant une modélisation thermo-métallurgique et physique. Celle-ci sera un outil primordial pour la détermination des conditions d'élaboration et le développement des outillages pour l'élaboration de pièces de forme. Les efforts viseront à atteindre un équilibre entre les diverses propriétés mécaniques de ces matériaux (à basse et haute températures), voire également leur résistance à l'oxydation, grâce à l'obtention de microstructures ultra-fines et/ou homogènes qu'autorise le procédé SPS. Suite à ces optimisations structurales, l'up-scaling et la mise aux cotes complexes par SPS constitueront le défi le plus important à relever en vue de la fabrication des pièces à l'échelle 1. Ce changement d'échelle se fera en deux temps, d'abord sur les pièces « bidimensionnelles », de grande taille mais de géométrie relativement simple, puis sur les pièces « tridimensionnelles » de géométrie complexe, mais à chaque fois en ayant recours à la simulation numérique. La validation de chaque étape se fera sur des critères microstructuraux et par des caractérisations mécaniques sommaires. L'utilisation du SPS pour la réalisation de pièces bi-matériaux ou pour l'assemblage de matériaux identiques sera également évaluée. On cherchera ainsi à élaborer, idéalement en une seule étape SPS, un composant structural à partir de deux poudres ou d'une poudre et d'un matériau massif. La qualité de la liaison sera caractérisée par des analyses microstructurales et des tests mécaniques.