Solutions HEA pour blindages légers: de la métallurgie prédictive à la fabrication de pièces aux propriétés optimisées – SHIELD

Le projet SHIELD a pour objectif de proposer une alternative à certains aciers à blindage en se fondant sur la conception d’alliages à haute entropie (HEAs) ou alliages concentrés complexes (CCAs). Ces alliages dont le concept fondateur a été mis en lumière milieu des années 2000, font, depuis l’objet de recherches intenses. Ils présentent en effet des propriétés, notamment mécaniques, intéressantes et parfois inhabituelles. Si la définition de la première génération de HEA visait essentiellement à formuler des alliages à microstructures constituées d’une solution solide concentrée désordonnée, la seconde génération de HEAs/CCAs a été réfléchie pour obtenir des microstructures contrôlées, dans lesquelles une précipitation maitrisée peut être générée.
À l’heure actuelle, le blindage de véhicules légers est assuré par des aciers spécifiques, faiblement alliés et dont la densité est relativement élevée. En s’appuyant sur des alliages à composition complexe spécifiquement développés dans le cadre de ce projet, notre objectif sera d’obtenir un matériau ayant une densité réduite par rapport aux standards actuels, dont les propriétés d’usage seront au moins équivalentes. Ainsi, les propriétés spécifiques du matériau seront à l’avantage de notre candidat, ce qui contribuera à l’allègement des véhicules nécessitant ce type de blindage. Notre démarche sera constituée de cinq tâches principales, organisées en deux phases de travail. La première tâche consistera à mettre en œuvre une stratégie de calculs thermodynamiques prédictifs, afin de proposer des alliages candidats dont les caractéristiques microstructurales pourraient répondre aux propriétés mécaniques (principalement limite d’élasticité et dureté) exigées pour une telle application. La seconde tâche permettra, au cours de la première phase du projet, d’élaborer cette première série de candidats par une voie fusion/solidification suivie d’un traitement thermomécanique. Ces alliages seront caractérisés en termes de microstructure d’une part et de leurs interactions avec l’environnement (sollicitations mécaniques et résistance à la corrosion) d’autre part, au cours de deux tâches distinctes et transverses du projet. Cette première phase conduira à la sélection d’un ou deux candidats prometteurs pour l’application visée, qui seront, au cours de la deuxième phase du projet, élaborés par des procédés de métallurgie des poudres. Cette approche permettra de bénéficier des apports des techniques récentes de frittage des matériaux métalliques, comme le frittage SPS (spark plasma sintering), pour obtenir des microstructures ultra-fines à l’origine de propriétés améliorées.
Afin d’atteindre cet objectif, le consortium est composé de l’ICMPE (UMR7182) et du LSPM (UPR3407), qui collaborent depuis 2012 sur la thématique des alliages à haute entropie, et possèdent donc une longue expérience, avérée sur les thématiques théoriques et expérimentales développées dans ce projet.