Dans une nouvelle étude du MIT, les chercheurs ont révélé qu’il est nécessaire d’ajuster les concepts de la chimie. Cela parce que l’analyse des métaux à haute température a révélé que certains deviennent encore plus résistants lorsqu’ils sont chauffés, ce qui pourrait aider à améliorer l’impression 3D et certains processus industriels.
Chauffer les métaux les rend-ils plus flexibles. Vraiment?
Le chauffage des métaux peut parfois les rendre plus forts, malgré l’idée commune selon laquelle des températures plus élevées les rendent simplement plus flexibles. Ce phénomène surprenant peut conduire à une meilleure compréhension de processus industriels importants et rendre les avions plus résistants.
C’était un phénomène si inattendu ou inversé par rapport à ce qui était conventionnellement attendu.
A déclaré Ian Dowding du Massachusetts Institute of Technology. Avec Christopher Schuh, de l’Université Northwestern, ils ont découvert l’effet étrange en bombardant les métaux avec de petits projectiles.
Les chercheurs ont utilisé un laser pour lancer des particules microscopiques d’oxyde d’aluminium vers des échantillons chauffés des métaux cuivre, or et titane, à des vitesses de milliers de kilomètres par heure.
Une caméra haute vitesse a enregistré l’impact et le rebond de ces minuscules projectiles lorsqu’ils touchaient chaque échantillon métallique, un processus éclairé par un autre laser. En se basant sur les trajectoires des particules et sur la taille des cratères qu’elles ont laissés dans les métaux, Dowding et Schuh ont calculé la résistance de chaque métal et ont déterminé comment elle variait avec l’augmentation de la température.
Le cuivre aussi dur que l’acier
Le cuivre est devenu environ 30 % plus fort après que l’équipe ait augmenté sa température de 157 degrés Celsius. Le plus surprenant est qu’à 177 degrés Celsius, ce matériau normalement mou s’est révélé aussi résistant que certains types d’acier.
Comme l’a indiqué Schuh à la publication New Scientist, normalement, la chaleur ramollit les métaux car elle relâche certaines des liaisons entre les atomes métalliques. Ainsi, lorsque l’on exerce une pression sur le métal, certains atomes glissent de manière « décontractée » et se relient à nouveau à d’autres endroits du métal, déformant le matériau et le rendant malléable.
Après avoir étudié les calculs d’autres chercheurs sur les propriétés des métaux dans des conditions extrêmes, Schuh dit qu’eux et Dowding ont découvert que les microparticules atteignaient les métaux trop rapidement pour que ce glissement décontracté puisse se produire. De plus, à des températures plus élevées, davantage d’ondes de chaleur ou de son traversaient le métal et gênaient la propagation de la rupture des liaisons dans le métal.
Alors que ce résultat était prévu avant, « cette recherche fournit maintenant des preuves expérimentales du concept ».
A déclaré Mostafa Hassani de l’Université de Cornell.
Alors que le phénomène « plus chaud est plus fort » s’est produit dans des conditions de laboratoire soigneusement contrôlées, Schuh affirme que cela pourrait se produire sans être détecté dans une série de processus industriels du monde réel. Par exemple, les processus de découpe et de lissage, qui impliquent le jet de matériaux avec des particules rapides de sable ou des jets d’eau, pourraient inadvertamment modifier la résistance des matériaux.
L’effet peut également se produire dans certains types d’impression 3D où les particules de « encre » se déplacent très rapidement.
Néanmoins, certains aspects physiques sous-jacents à cette découverte restent peu clairs. Les chercheurs savent que l’augmentation de la chaleur finira par chauffer le métal jusqu’à son point de fusion, mais les expériences futures devront identifier les températures les plus élevées possibles pour que cet effet de renforcement se produise.
L’étude, publiée mercredi dernier dans la revue Nature, remet en question l’idée commune selon laquelle des températures élevées les rendent simplement plus malléables.