Une équipe de chercheurs a découvert une méthode de soudage qui permet d’assembler des composants en mousse métallique composite (MMC) sans altérer les propriétés qui rendent ces matériaux attrayants.
Les MMC, grâce à leur légèreté, leur résistance et leur capacité à isoler contre les hautes températures, ouvrent la voie à une multitude d’applications.
Qu’est-ce que la mousse métallique composite ?
Les MMC sont des mousses composées de sphères métalliques creuses – fabriquées à partir de matériaux tels que l’acier inoxydable ou le titane – intégrées dans une matrice métallique faite d’acier, de titane, d’aluminium ou d’autres alliages métalliques. Le matériau résultant est à la fois léger et remarquablement résistant, avec des applications potentielles allant des ailes d’avions à l’armure de véhicules et aux gilets pare-balles.
De plus, la MMC est plus efficace pour isoler contre la chaleur élevée que les métaux et alliages conventionnels, tels que l’acier. La combinaison de poids, de résistance et d’isolation thermique signifie que la MMC est également prometteuse pour l’utilisation dans le stockage et le transport de matériaux nucléaires, de matières dangereuses, d’explosifs et d’autres matériaux sensibles à la chaleur.
Le défi du soudage
Cependant, pour réaliser bon nombre de ces applications, les fabricants auraient besoin de souder plusieurs composants MMC ensemble. Et cela a posé un problème.
« La soudure par fusion traditionnelle utilise un matériau d’apport pour connecter deux pièces de métal », explique Afsaneh Rabiei, auteur correspondant d’un article sur la nouvelle recherche et professeur de génie mécanique et aérospatial à l’Université d’État de Caroline du Nord.
« C’est problématique, car le métal fondu pour fusionner deux pièces de MMC est solide, il n’a donc pas les propriétés désirables de la MMC de chaque côté. De plus, tout type de soudage qui utilise la chaleur directe pour fondre le métal entraîne le remplissage de certains des pores de la MMC, ce qui altère ses propriétés. En bref, cela signifie que la plupart des formes de soudage traditionnel ne fonctionnent pas bien avec les mousses métalliques. »
La solution : le soudage par induction
Cependant, les chercheurs ont maintenant identifié une forme de soudage qui fonctionne très bien. Il s’agit du soudage par induction, qui utilise une bobine d’induction pour créer un champ électromagnétique qui chauffe le métal pour le soudage.
« Comme la MMC n’est composée que de 30 à 35% de métal, le champ électromagnétique est capable de pénétrer profondément dans le matériau – permettant une bonne soudure », explique Afsaneh Rabiei.
« Les poches d’air qui constituent les 65 à 70% restants de la MMC servent à isoler le matériau contre la chaleur. Cela permet au soudage par induction de chauffer la zone ciblée pour joindre deux pièces de MMC, mais empêche la chaleur de se propager à partir du site de la jonction. Cela aide à préserver les propriétés de la MMC. »
En synthèse
C’est une avancée importante, car les propriétés de la MMC la rendent attrayante pour un large éventail d’applications, mais il est essentiel d’avoir un moyen de souder les composants MMC sans altérer les propriétés qui la rendent attrayante en premier lieu.
Pour une meilleure compréhension
Qu’est-ce que la mousse métallique composite ?
La mousse métallique composite est un matériau composé de sphères métalliques creuses intégrées dans une matrice métallique. Elle est légère, résistante et efficace pour isoler contre les hautes températures.
Quels sont les défis du soudage de la MMC ?
Le soudage traditionnel ne fonctionne pas bien avec la MMC car il altère ses propriétés. Le métal fondu pour la soudure est solide et n’a pas les propriétés désirables de la MMC.
Quelle est la solution trouvée par les chercheurs ?
Les chercheurs ont découvert que le soudage par induction fonctionne bien avec la MMC. Cette technique utilise un champ électromagnétique pour chauffer le métal pour le soudage.
Pourquoi le soudage par induction est-il efficace pour la MMC ?
Le soudage par induction est efficace car il permet de chauffer la zone ciblée pour joindre deux pièces de MMC, mais empêche la chaleur de se propager à partir du site de la jonction, préservant ainsi les propriétés de la MMC.
Quelles sont les applications potentielles de la MMC ?
La MMC a des applications potentielles dans de nombreux domaines, notamment les ailes d’avions, l’armure de véhicules, les gilets pare-balles, et le stockage et le transport de matériaux nucléaires et dangereux.
Références
Rabiei, A., Cance, J., & Chacko, Z. (2023). A Study on Welding of Porous Metals and Metallic Foams. Advanced Engineering Materials. 10.1002/adem.202301430
