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Les fondamentaux

Verres métalliques : des capacités de déformation surprenantes

Posté le par La rédaction dans Matériaux, Biotech & chimie

Voici le dernier article dans le cadre de "l'année du verre". Nous nous penchons cette fois-ci sur les verres métalliques massifs. Ce sont des alliages récents, dont les comportements mécaniques sont étudiés depuis de nombreuses années déjà. Ainsi, leurs modes de déformations, liés à l'absence d'ordre atomique, se distinguent par de grands allongements à haute température et l'absence de ductilité à basse température. Pour aller plus loin, des articles de ressources documentaires sont indiqués en bas de la page.

Les verres métalliques ont commencé à être produits suivant les méthodes de melt spinning dans les années 1960. Il faut attendre le début des années 1980 pour qu’ils soient élaborés sous forme massive, c’est-à-dire avec une plus petite dimension supérieure au millimètre, par des techniques de creuset froid. Ces alliages se définissent avant tout par leur absence d’ordre à longue distance, qui leur confère des propriétés mécaniques profondément différentes de celles de leurs homologues cristallins.

Des verres ultra-déformables

En régime homogène, les verres métalliques peuvent subir des déformations extrêmement importantes. Expérimentalement, on a pu atteindre plus de 20 000 % de déformation en traction et, en compression, la seule limite atteinte pour le moment est la force à appliquer, qui devient rédhibitoire lorsque la section de l’éprouvette devient trop grande – on dépasse alors sans aucun problème 100 % de déformation. Notons que la déformation homogène des verres métalliques entraîne également une modification de certaines propriétés de ces matériaux. De façon générale, elle semble avoir un effet opposé au phénomène de relaxation structurale. Ainsi, la déformation homogène est accompagnée d’une légère diminution de la densité, d’un abaissement du module de cisaillement et d’une diminution de la mise en ordre généralement associée à la relaxation structurale. La transition entre le mode homogène et le mode hétérogène, qui se caractérise par une déformation plastique macroscopique faible, voire le plus souvent nulle, est principalement contrôlée par la vitesse de déformation et la température d’essai.

À l’heure actuelle, les verres métalliques sont déjà utilisés pour leurs propriétés mécaniques particulières dans un certain nombre d’applications, telles que des articles de sport (club de golf, raquettes de tennis, battes de baseball) qui exploitent leur aptitude à restituer l’énergie élastique associée à une faible dissipation. De manière plus systématique, Ashby et Greer ont examiné les qualités des verres métalliques envisagés comme éléments de structure. Ils envisagent différentes combinaisons illustrant leurs propriétés uniques. Ils montrent, par exemple, la place unique qu’occupent les verres métalliques en termes de limite élastique. Indice pour lequel ils constituent la classe de matériaux la plus performante, étant la plus proche de la limite élastique théorique. Liées à une très faible dissipation mécanique, ces propriétés font des verres métalliques des candidats pour des applications incluant des pièces vibrantes telles que des gyroscopes, ou des applications nécessitant la transmission d’ondes acoustiques.

Des limites actuelles aux promesses futures

En tout état de cause, les verres métalliques souffrent de deux inconvénients majeurs : d’une part, une ductilité macroscopique presque nulle et, d’autre part, d’un coût de production élevé. Ce qui les condamne pour l’instant à des applications de haute technologie, et/ou comme constituants d’éléments de petites dimensions. Enfin, les verres métalliques peuvent être envisagés comme matériaux de revêtement, notamment en raison de leur résistance à l’usure et à la corrosion. Il a ainsi récemment été montré que les verres métalliques peuvent augmenter significativement la résistance en fatigue du matériau support.

Pour connaître l’origine de la déformation élastique des verres métalliques, leur réponse à la fatigue ou encore leurs cas de rupture, consultez notre article de référence en accès libre jusqu’au 15 septembre :

Exclusif ! À l’occasion de l’année du verre, l’article complet dans les ressources documentaires est en accès libre jusqu’au 15 septembre !

Suivez ce lien pour télécharger l’article « Propriétés mécaniques des verres métalliques », par Yannick CHAMPION, Marc BLETRY.

Pour aller plus loin

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