Alliages Monel Applications aérospatiales

DES ALLIAGES DE NICKEL ET DE CUIVRE AU SERVICE DE LA CONQUÊTE SPATIALE

Il est notoire qu’environ 70 % de la production totale de nickel sert à fabriquer de l’acier inoxydable. Cet alliage a été découvert de manière indépendante par plusieurs chercheurs en 1912 ; cependant, d’autres alliages de nickel résistants à la corrosion le précèdent. Un alliage de nickel et de cuivre mis au point par l’International Nickel Company (INCO) a été breveté dès 1906. Il s’agissait du premier des alliages Monel®, un groupe de matériaux contenant environ deux tiers de nickel et un tiers de cuivre.

Plus robustes que le nickel pur, les alliages Monel possèdent une excellente résistance à la corrosion dans toute une série de milieux acides non oxydants et alcalins, notamment les fl ux rapides d’eau de mer. Ils offrent une résistance exceptionnelle à toutes les concentrations d’acide fl uorhydrique jusqu’au point d’ébullition, et ils résistent également à de nombreuses concentrations d’acides sulfurique et chlorhydrique en milieu réducteur.

Caractéristiques Les alliages Monel possèdent aussi une excellente résistance à l’oxydation dans les environnements riches en oxygène et d’excellentes propriétés mécaniques sur une plage allant des températures négatives jusqu’à 550 °C. Ils se prêtent facilement au travail à chaud ou à froid, à l’usinage et au soudage. Le plus connu est le Monel 400 (N04400), qui ne peut être durci que par écrouissage ; cependant, en 1924, l’ajout d’aluminium et de titane a produit une variante à durcissement structural offrant une plus grande robustesse, le Monel K-500 (N05500). La précipitation des particules de phase gamma prime (γ') permet d’obtenir une limite d’élasticité dépassant les 690 Mpa, soit environ trois fois supérieure à celle du Monel 400 (N04400).

Applications aérospatiales Les alliages Monel servent à fabriquer différents types de tubes, tuyaux, barres et fi ls utilisés dans l’aérospatiale. Ajoutant sa grande robustesse à l’excellente tenue aux températures négatives et à la résistance naturelle à l’oxydation qui caractérisent les alliages Monel, le K-500 occupe une place importante dans la fabrication des turbopompes de la partie comburant des moteurs-fusées à ergols liquides tels que le BE-4 de Blue Origin.

Blue Origin tire parti de la fabrication additive pour de nombreux éléments essentiels de sa turbopompe à oxygène. Son corps se compose d’un seul bloc d’aluminium imprimé en 3D, et tous les étages de la turbine hydraulique sont imprimés en

K-500. Ce procédé rend l’intégration des passages d’écoulement internes complexes beaucoup moins diffi cile qu’avec les méthodes traditionnelles. Les buses

et rotors de la turbine sont également imprimés en 3D, et leur ajustement ne nécessite qu’un usinage minime.

Aujourd’hui encore, les alliages Monel mis au point il y a plus d’un siècle continuent de jouer un rôle essentiel dans les réalisations d’avant-garde les plus exigeantes. Ci-contre à gauche : Le corps de la turbopompe à oxygène du moteur-fusée BE-4 de Blue Origin est constitué d’un seul bloc d’aluminium imprimé en 3D, et tous les étages de la turbine hydraulique sont imprimés en K-500.

Ci-contre à droite : Un mécanicien inspecte la turbopompe à oxygène.

Ci-dessous à gauche : L’emplacement de la turbopompe à oxygène, visible dans le quart inférieur gauche de l’image.

Ci-dessous à droite : Le lanceur New Glenn de Blue Origin