Plus fort et plus sûr : une nouvelle stratégie de conception de l'aluminium associe solidité et résistance à la fragilisation par l'hydrogène
augmentation de 40 % de la résistance et multiplication par cinq de la résistance à la fragilisation par l'hydrogène par rapport aux alliages sans scandium
Les alliages d'aluminium sont réputés pour leur faible poids et leur résistance à la corrosion, ce qui en fait des candidats idéaux pour les applications d'une économie à faible émission de carbone, qu'il s'agisse d'automobiles légères ou de réservoirs pour le stockage de l'hydrogène vert. Toutefois, leur application généralisée est limitée par un problème majeur : ils sont fragilisés, ce qui entraîne des fissures et des défaillances lorsqu'ils sont exposés à l'hydrogène. Jusqu'à présent, les alliages résistants à la fragilisation par l'hydrogène étaient plutôt mous, ce qui limitait leur application dans les technologies liées à l'hydrogène qui nécessitent une résistance élevée. Aujourd'hui, des chercheurs de l'Institut Max Planck pour les matériaux durables (MPI-SusMat) en Allemagne, en collaboration avec des partenaires chinois et japonais, ont mis au point une nouvelle stratégie de conception d'alliage qui permet de surmonter ce dilemme. Leur approche permet d'obtenir à la fois une solidité exceptionnelle et une résistance supérieure à la fragilisation par l'hydrogène, ouvrant ainsi la voie à des composants en aluminium plus sûrs et plus efficaces dans l'économie de l'hydrogène. Les chercheurs ont publié leurs résultats dans la revue Nature.
Les nanoprécipités complexes sont capables de piéger l'hydrogène à l'intérieur des alliages d'aluminium tout en maintenant leur résistance.
© Nature 2025; DOI:10.1038/S41586-025-08879-2
Des nanoprécipités doubles piègent l'hydrogène et renforcent la résistance
Au cœur de cette percée se trouve une stratégie complexe de précipitation en fonction de la taille des alliages d'aluminium et de magnésium additionnés de scandium. Grâce à un traitement thermique en deux étapes, les chercheurs ont obtenu de fins nanoprécipités d'Al3Scsur lesquels se forme in situ une coquille d'Al3(Mg,Sc)2 à la structure très complexe. Ces nanoprécipités doubles sont répartis dans l'ensemble de l'alliage pour jouer deux rôles essentiels : la phase Al3(Mg,Sc)2 piège l'hydrogène et améliore la résistance à l'oxydation thermique, tandis que les fines particules d'Al3Screnforcent la solidité de l'alliage.
"Notre nouvelle stratégie de conception résout ce compromis typique. Nous n'avons plus à choisir entre une grande solidité et la résistance à l'hydrogène - cet alliage offre les deux", a déclaré le professeur Baptiste Gault, chef du groupe "Tomographie par sonde atomique" au MPI-SusMat et l'un des auteurs correspondants de l'ouvrage récemment publié.
Les résultats sont convaincants : une augmentation de 40 % de la résistance et une amélioration de cinq fois la résistance à la fragilisation par l'hydrogène par rapport aux alliages sans scandium. Le matériau atteint même un allongement uniforme record à la traction dans les alliages d'aluminium chargés d'hydrogène jusqu'à 7 ppmw - un indicateur d'une excellente ductilité sous exposition à l'hydrogène. Les mesures de tomographie par sonde atomique effectuées au MPI-SusMat ont été essentielles pour vérifier le rôle de la phase Al3(Mg,Sc)2 dans le piégeage de l'hydrogène au niveau atomique, ce qui a permis de comprendre comment la conception de l'alliage fonctionne à une échelle fondamentale. Les expériences menées dans les instituts partenaires comprenaient la microscopie électronique et la simulation.
Du laboratoire à l'industrie
Les chercheurs ont testé leur approche sur différents systèmes d'alliage d'aluminium et ont également démontré l'évolutivité en utilisant des méthodes de moulage en cuivre refroidies à l'eau et de traitement thermomécanique qui correspondent aux normes industrielles actuelles. Cette recherche jette les bases d'une nouvelle génération de matériaux en aluminium adaptés aux exigences d'un avenir alimenté par l'hydrogène - sûrs, solides et prêts à être utilisés dans l'industrie.
Ces travaux ont été menés conjointement par des chercheurs de l'université Xi'an Jiaotong (Chine), de l'université Shanghai Jiao Tong (Chine) et de l'Institut Max Planck pour les matériaux durables (Allemagne).
Jusqu'au bout
- Nouvelle conception d'alliage pour l'aluminium: Les chercheurs ont mis au point une stratégie de double nanoprécipité combinant les phases Al3Scet Al3(Mg,Sc)2, ce qui a permis d'augmenter de 40 % la résistance mécanique et de multiplier par cinq la résistance à la fragilisation par l'hydrogène par rapport aux alliages sans Sc, sans sacrifier la ductilité.
- Réglage de la microstructure: Une phase Al3(Mg,Sc)2 piège l'hydrogène et améliore la résistance à la fragilisation par l'hydrogène, tandis que de fines particules d'Al3Screnforcent la résistance.
- Innovation évolutive: La conception a été testée avec succès dans des conditions quasi-industrielles, y compris le moulage du cuivre et le traitement thermomécanique, ce qui montre un potentiel évident pour la production à l'échelle industrielle.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
Publication originale
Shengyu Jiang, Yuantao Xu, Ruihong Wang, Xinren Chen, Chaoshuai Guan, Yong Peng, Fuzhu Liu, Mingxu Wang, Xu Liu, Shaoyou Zhang, Genqi Tian, Shenbao Jin, Huiyuan Wang, Hiroyuki Toda, Xuejun Jin, Gang Liu, Baptiste Gault, Jun Sun; "Structurally complex phase engineering enables hydrogen-tolerant Al alloys"; Nature, 2025-4-30
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