Alliages à haute entropie (HEA) et alliages concentrés à composition complexe (CCA) : vers une nouvelle métallurgie ?

présenté par

Anna FRACZKIEWICZ de l'Ecole des MINES St-Etienne

Le concept des HEA (high entropy alloys) est apparu dans la littérature scientifique en 2004. Dans ces alliages, contenant au moins 5 éléments métalliques en proportions proches de l’équiatomicité, une solution solide multiéléments serait facilement stabilisée, grâce à une entropie de mélange élevée. Depuis peu, hors les HEA monophasés, la communauté scientifique s’intéresse aussi aux matériaux polyphasés basés sur des solutions concentrées (CCA ; complex concentrated alloys) issus de ce même concept. Il semble probable qu’à long terme, focaliser l’intérêt des chercheurs sur le centred’un diagramme de phases multiéléments constituera l’apport principal des HEA à la métallurgiemoderne.

Les HEA/CCA forment un groupe extrêmement large et diversifié. De structure cubique (c.c ou c.f.c) ou hexagonale ; basés par exemple sur des éléments de transition (Co, Cr, Fe, Mn, Cu, Ni) ou réfractaires (Ta, Nb, Hf, ...), ils présentent des propriétés souvent meilleures que des matériaux « classiques ». Ils possèdent une grande facilité à former des nanostructures stables qui leur donnent une résistance mécanique élevée. La cinétique des transformations de phases y est ralentie, ce qui permet d’espérer un rallongement de leur durée de vie en service. Leur résistance à l’irradiation semble supérieure à celle des aciers inoxydables courrament utilisés. Ces propriétés en font des candidats pour des applications en industrie aéronautique et énergétique (remplacement des Inconels), dans le nucléaire (remplacement des inox ou des Inconels), mais aussi dans de nombreuses applications faisant appel à de couches de protection (corrosion, érosion). D’autresHEA sont étudiés pour leurs propriétés fonctionnelles (ex. : magnétiques).

Dans cette présentation générale, les concepts des HEA/CCA sera d’abord présenté rapidement. Ensuite, quelques résultats majeurs issus de la bibliographie récente ainsi que des études menées au MINES St-Etienne seront présentés et commentés.