Projet ANR-15-CE08-0042 – SYNOPSIS : Elaboration d'alliages à base de siliciures de niobium par métallurgie des poudres (atomisation et frittage flash)
Programme : Matériaux et procédés (DS0303) 2015
Année de financement : 2015
Coordinateur du projet : Monsieur Stefan Drawin (Office National d'Etudes et de Recherches Aérospatiales)
Montant : 522132.0 euros
Date de début : 2016
Durée : 48 mois
Résumé : Les performances des turbines aéronautiques sont l'une des préoccupations principales des constructeurs et constituent un levier de différenciation majeur par rapport à la concurrence. Afin d’améliorer les performances de ces turbines, deux axes sont principalement étudiés, d’après les recommandations du groupe européen ACARE: (i) le développement de matériaux ayant des propriétés améliorées à haute température, et (ii) le développement d’alliages légers pour tous les composants des moteurs.
Le projet SYNOPSIS est dédié au développement de matériaux intermétalliques à base de siliciure de niobium pour une future introduction dans les turbines basse pression (fonctionnement dans la plage 800°C-1000°C), offrant des gains de masse et des propriétés améliorées en température par rapport aux superalliages actuellement utilisés (polycristallins, à solidification dirigée ou monocristallins).
Pour une finalité industrielle de grande actualité pour laquelle des travaux amont ont été lancés depuis plusieurs années et qui nécessite encore des efforts de R & D à moyen/long terme, ce projet fédère trois partenaires hautement qualifiés autour du développement de ces nouveaux alliages réfractaires et l’élaboration de pièces complexes par une voie de métallurgie des poudres (le frittage flash, ou SPS) : 
(i) l’organisme de recherche ONERA (Châtillon) pour son savoir-faire dans la conception et la caractérisation d’alliages non conventionnels, leur élaboration et leur transformation en poudres par atomisation par gaz inerte,
(ii) le laboratoire universitaire ICB (Dijon) et
(iii) le laboratoire CNRS CEMES (Toulouse),
ces deux derniers pour leurs compétences complémentaires concernant les matériaux, la mise en forme de poudres par le procédé SPS et les simulations numériques associées, ainsi que les caractérisations microstructurales, chimiques et mécaniques.
Le consortium ainsi constitué permettra d’étudier la chaîne complète, de l’élaboration de nuances d’alliages complexes à leur mise en forme avec une microstructure contrôlée et des caractéristiques mécaniques maîtrisées,  par une voie de métallurgie des poudres.
Le projet SYNOPSIS se décompose en trois grandes phases. La première consiste, sur une composition de référence, à mettre en place une nouvelle procédure permettant l’élaboration par voie coulée de lingots pré-alliés, de les atomiser par gaz inerte et sans creuset, puis de fritter la poudre obtenue, en contrôlant sur l’intégralité de la chaîne la composition chimique des matériaux manipulés, et en garantissant une santé matière optimale après frittage (taux de porosité, microstructure). Une fois la procédure mise en place, le projet passera dans un second temps à une étape d’optimisation d’alliage, avec l’étude de plusieurs compositions d’alliages (avec leur production sous forme de poudres) et la génération de différentes microstructures, sur la base de critères d’évaluation fixés au début du projet : plusieurs propriétés d’emploi de ces matériaux (principalement les résistances en fluage, traction, fissuration, oxydation) seront ainsi évaluées à différentes températures. Dans une troisième phase, l’obtention de pièces technologiques sans défauts, de géométries complexes et de grande taille, ainsi que les possibilités d'assemblage et de modification de surface en utilisant le SPS, seront étudiées. La compréhension fine de la déformation suite au fluage ainsi que, plus généralement, des mécanismes de plasticité feront partie d’une tâche à part entière.
Deux thèses sont associées à ce projet.
Le projet SYNOPSIS utilisera les compétences développées lors d’un précédent projet ANR (IRIS, 2009-2013), notamment pour l’élaboration réussie par SPS d’ébauches d’aube de turbine à partir de poudres de TiAl et d’un alliage à base de siliciure de niobium.