L'alliage réfractaire CrMoTaTiV fabriqué par fabrication additive démontre d'excellentes performances de résistance aux radiations

Une étude sur les matériaux publiée le 31 juillet montre qu'une équipe de recherche a utilisé la technique de dépôt direct d'énergie par laser sur poudre (LP-DED) pour préparer un nouvel alliage réfractaire à composition complexe Cr₁₀Mo₂₅Ta₂₅Ti₁₅V₂₅, et a systématiquement évalué sa stabilité structurelle et ses propriétés mécaniques sous irradiation. Cette recherche répond aux besoins des dispositifs de prochaine génération de fission et de fusion nucléaires en matériaux structurels résistants aux hautes températures et aux fortes irradiations.

Au cours de l'étude, les échantillons ont été soumis à une irradiation par ions Fe²⁺ de 3,5 MeV au Laboratoire de faisceaux d'ions des Matériaux du Laboratoire national de Los Alamos aux États-Unis, à des températures d'irradiation de température ambiante et de 650 °C, avec des doses locales d'environ 1,8, 6 et 18 dpa. L'analyse microstructurale a montré que cet alliage est principalement constitué d'une matrice cubique centrée (BCC) dendritique, avec des régions interdendritiques enrichies en Cr, V et Ti, contenant également une phase secondaire cubique à faces centrées (FCC) riche en Ti et O.

Les essais mécaniques montrent que cet alliage présente une limite d'élasticité d'environ 1611±30 MPa à température ambiante, avec une déformation à la rupture d'environ 9±1 % ; à 800 °C, la limite d'élasticité est d'environ 1100±50 MPa, avec une capacité de déformation plastique maintenue à environ 10 % ; même à 1000 °C, la limite d'élasticité atteint 953±70 MPa, avec une bonne ductilité en compression. Par rapport aux alliages similaires préparés par fusion à l'arc sous vide conventionnelle, les échantillons LP-DED présentent une limite d'élasticité plus élevée à plusieurs températures.

Les résultats d'irradiation montrent qu'à température ambiante et à 650 °C, la matrice BCC et la phase secondaire FCC restent stables, sans formation de pores ni transformation de phase observées. Les chercheurs ont constaté que des boucles de dislocations de haute densité et de petite taille se forment à l'intérieur du matériau après irradiation ; à température ambiante, avec l'augmentation de la dose, la taille des boucles de dislocations diminue légèrement et leur densité augmente, indiquant que le processus de nucléation est dominant ; à 650 °C, la taille des boucles de dislocations augmente avec la dose tandis que leur densité diminue, suggérant une tendance à la coalescence des structures de boucles.

L'étude considère que la haute densité de dislocations apportée par le processus de fabrication additive, la diffusion lente dans la matrice de l'alliage à composition complexe, ainsi que la présence de particules de phase secondaire FCC riches en oxygène, contribuent ensemble à améliorer la résistance aux radiations de cet alliage. L'équipe de recherche souligne que ces alliages réfractaires à composition complexe fabriqués par fabrication additive présentent un potentiel de recherche supplémentaire pour les applications de matériaux liés à la fission et à la fusion nucléaires de prochaine génération.