De nouvelles recherches montrent que la mousse métallique composite (CMF) est incroyablement résiliente à des températures élevées, capable de résister à des charges lourdes répétées même à des températures de 400 ° C et 600 ° C. Couplé au rapport résistance / poids élevé du matériau, la découverte suggère que le CMF pourrait être utilisé dans des applications allant des moteurs automobiles aux composants aérospatiaux en passant par les technologies de l'énergie nucléaire.
« CMF possède de nombreuses propriétés attrayantes, ce qui le rend attrayant pour un large éventail d'applications », explique Afsaneh Rabiei, auteur correspondant d'un article sur l'œuvre et professeur de génie mécanique et aérospatial à la North Carolina State University. « Mais si vous souhaitez utiliser un matériau dans les moteurs, les pièces d'avion ou toute application impliquant une charge répétée et des températures élevées, vous devez savoir comment le matériau fonctionnera.
« Ceci est important pour toute application, mais en particulier lorsque la défaillance de l'équipement pourrait affecter la santé et la sécurité publiques, telles que les pavillages, les conduits et les volets d'échappement; les lames de turbine; les caractéristiques des aéroports de véhicules hypersoniques et les bords de fin des ailes à gaz et à vapeur;
Les CMF sont des mousses qui sont constituées de sphères creuses – fabriquées de matériaux tels que l'acier inoxydable, le nickel ou d'autres métaux et alliages – placés dans une matrice métallique. Le matériau résultant est à la fois léger et remarquablement fort pour absorber les forces de compression, avec des applications potentielles allant des ailes d'aéronef à l'armure du véhicule et à l'armure du corps.
De plus, le CMF est meilleur à isoler contre une chaleur élevée que les métaux et les alliages conventionnels, comme l'acier. La combinaison de poids léger, de résistance et d'isolation thermique signifie que le CMF est également prometteur pour le stockage et le transport des matières nucléaires, des matières dangereuses, des explosifs et d'autres matériaux thermiques.
Pour voir comment CMF se comporterait sous un stress répété à des températures élevées, les chercheurs ont travaillé avec le laboratoire des installations construites de NC State, qui est conçue pour tester les matériaux et les structures dans des circonstances extrêmes.
Pour cette étude, les chercheurs ont travaillé avec des CMF composées de sphères en acier dans une matrice en acier. Les échantillons de CMF ont été soumis à un cycle de charge répété alors qu'ils étaient exposés à des températures de 23 ° C (73 ° F), 400 ° C (752 ° F) et 600 ° C (1 112 ° F).
À 400 ° C, le CMF a résisté à un cycle de chargement qui alternait entre 6 et 60 mégapascals (ou entre 870 et 8 702 unités de coup de pouce par pouce carré) pendant plus de 1,3 million de cycles sans échec avant que les chercheurs n'arrêtent le test en raison des contraintes de temps.
À 600 ° C, le CMF a résisté à un cycle de chargement qui alternait entre 4,6 et 46 mégapascals (ou entre 667 et 6 671 unités de coup de pouce par pouce carré) pendant plus de 1,2 million de cycles sans échec avant que les chercheurs n'arrêtent le test en raison des contraintes de temps.
« Sachant que dans un réglage de fatigue de compression de compression, la durée de vie en acier inoxydable solide diminue considérablement à mesure que la température augmente de la température ambiante à 400 ° C et 600 ° C, ces résultats ont été remarquables », explique Rabiei. «Nos résultats indiquent que la durée de vie de la fatigue du CMF en acier n'est pas diminué et que ce matériau léger fonctionne extrêmement bien dans l'environnement extrême de charge cyclique à haute température.
« Cette découverte est passionnante, et nous sommes ouverts à travailler avec des partenaires de l'industrie qui souhaitent explorer des applications potentielles pour CMF. Ce travail a été effectué pour développer un matériau qui pourrait être utilisé pour améliorer la sécurité et l'efficacité liés à l'expédition de matières dangereuses, donc il s'agit d'une application potentielle.
Le papier, «Performance des mousses en métal composite sous charge cyclique à des températures élevées», est publié un accès ouvert dans le Journal of Materials Science. Le premier auteur du journal est Zubin Chacko, un doctorat récent. Diplômé de NC State. Le document a été co-écrit par Gregory Lucier, professeur de recherche à NC State et directeur du laboratoire des installations construites.
