Traitement et extrusion assistés par cisaillement

Laboratoire national du nord-ouest du Pacifique, Richland, Washington

Le traitement et l'extrusion assistés par cisaillement (ShAPE™) permettent la création d'extrusions de fils, de barres et de tubes qui présentent une amélioration significative des propriétés des matériaux ; par exemple, les extrusions de magnésium ont été fabriquées avec une ductilité sans précédent (jusqu'où le matériau peut s'étirer avant de se rompre) et une absorption d'énergie (combien d'énergie peut être absorbée lors de la compression d'une extrusion tubulaire) par rapport aux méthodes conventionnelles.

La technologie fait partie de la suite de PNNL de traitement en phase solide (SPP), une approche de la fabrication des métaux qui peut être meilleure, moins chère et plus écologique que les méthodes basées sur la fusion généralement associées à la fabrication des métaux.

Dans ShAPE, une cartouche contenant des matières premières - telles que de la poudre métallique, des flocons ou des billettes - est forcée dans une matrice rotative. Le chauffage par friction est généré à l'interface entre la matière première et la filière, ramollissant uniquement la matière extrudée et éliminant le besoin de préchauffage de la matière première ou d'application de chaleur externe utilisée dans l'extrusion conventionnelle. Des rainures en spirale sur la face de la matrice alimentent le matériau vers l'intérieur vers l'orifice d'extrusion, ce qui réduit considérablement la force requise lors de l'extrusion.

Par exemple, en utilisant ShAPE, la poudre d'aluminium nanostructurée peut être extrudée directement en barres rondes en utilisant 50 fois moins de force et une consommation d'énergie beaucoup plus faible que l'extrusion conventionnelle, tout en atteignant une ductilité deux fois supérieure. Les étapes coûteuses et chronophages requises par le traitement conventionnel des poudres sont entièrement éliminées. La force et la puissance inférieures permettent des machines de production sensiblement plus petites.

Avec un rapport d'extrusion de 200:1 démontré pour le magnésium, ShAPE réalise en un seul passage ce qui nécessiterait plusieurs passages avec une extrusion conventionnelle. La technologie permet de contrôler le raffinement du grain et l'orientation de la microstructure dans les extrusions, ce qui n'est pas possible avec d'autres procédés d'extrusion. De plus, les extrusions de magnésium fabriquées par ShAPE ne nécessitent pas d'éléments de terres rares coûteux pour produire des extrusions avec une ductilité et une absorption d'énergie suffisantes pour une utilisation dans certaines applications automobiles structurelles (par exemple, les pare-chocs automobiles), ce qui permet une production de masse plus abordable.

ShAPE pourrait être une méthode viable pour la production d'aciers résistants au fluage qui pourraient être utilisés pour les échangeurs de chaleur dans l'industrie de l'énergie électrique, ainsi que du cuivre à haute conductivité et des aimants avancés pour une application dans les moteurs électriques. Il a également été utilisé pour produire des tiges d'aluminium à haute résistance avec une application dans l'industrie aérospatiale. Dans encore une autre application potentielle, ShAPE est prometteur en tant que méthode de production de matériaux thermoélectriques semi-conducteurs.

Pour plus d'informations, contactez Sara Hunt, responsable de la commercialisation des technologies, à Cette adresse e-mail est protégée contre les robots spammeurs. Vous devez activer le JavaScript pour le voir..

Cet article est paru pour la première fois dans le numéro de juillet 2019 de Tech Briefs Magazine.

Lisez plus d'articles de ce numéro ici.

Lire plus d'articles des archives ici.

S'ABONNER