Poudre d'alliage à haute entropie - HEA

Qu'est-ce qu'un alliage à haute entropie ?

Les alliages à haute entropie (HEA) sont de nouveaux matériaux généralement composés de cinq métaux ou plus dans des proportions égales ou presque égales, qui présentent des propriétés exceptionnelles. Les quatre effets fondamentaux des HEA se conjuguent pour les distinguer des alliages traditionnels :

• Effet de haute entropie: En raison du mélange quasi-équimolaire de plusieurs éléments, l'entropie configurationnelle des alliages à haute entropie est considérablement augmentée, typiquement ≥1,5R (R est la constante des gaz). Cet effet de haute entropie favorise la stabilité d'une seule phase solide-solution (telle que les structures FCC ou BCC) tout en supprimant la formation de composés complexes ou intermétalliques. Il le fait en abaissant l'énergie libre de Gibbs du système (ΔG = ΔH - TΔS), améliorant ainsi la stabilité thermodynamique de la phase solide-solution à des températures élevées.
• Effet de distorsion du treillis: Les différences de taille atomique et de propriétés chimiques entre les éléments constitutifs des HEA entraînent une distorsion importante du réseau. Cette distorsion favorise le renforcement de la solution solide, augmentant la résistance et la dureté de l'alliage, tout en ralentissant les taux de diffusion atomique, ce qui améliore la résistance au fluage et la stabilité thermique.
• Effet de diffusion lente: La complexité résultant de la composition multiélémentaire se traduit par des taux de diffusion atomique plus lents dans les HEA que dans les alliages conventionnels. Cet effet de diffusion lente retarde la séparation des phases, la croissance des grains et l'évolution de la microstructure, améliorant ainsi la stabilité à des températures élevées et prolongeant la durée de vie.
• Effet cocktail: L'interaction synergique de plusieurs éléments produit des combinaisons inattendues de propriétés, un peu comme si l'on mélangeait les ingrédients d'un cocktail pour créer une saveur unique. Cet effet permet aux HEA d'intégrer les forces des éléments individuels (par exemple, la solidité, la ductilité, la résistance à la corrosion), dépassant souvent les limites de performance des systèmes à élément unique et présentant une large gamme de caractéristiques fonctionnelles.

Classés en fonction du nombre d'éléments et de la valeur entropique, il existe également des alliages à entropie moyenne et des alliages à faible entropie. Les alliages à entropie moyenne se composent généralement de 3 à 4 éléments, avec une valeur d'entropie comprise entre 1,0R et 1,5R, offrant un équilibre entre résistance et ténacité. En revanche, les alliages à faible entropie sont similaires aux alliages traditionnels, contenant généralement 1 à 2 éléments primaires, et présentent des propriétés plus homogènes. Les principales différences sont résumées ci-dessous :