Internasjonalt team lager ny titanlegering med 3D-utskriftsteknologiInternasjonalt team lager ny titanlegering med 3D-utskriftsteknologi

Et internasjonalt team av forskere, inkludert RMIT University i Australia og University of Sydney, har kombinert legeringer og 3D-utskriftsprosesser for å lage en ny titanlegering som er sterk, men ikke sprø under spenning. Gjennombruddet, publisert i siste utgave av tidsskriftet Nature, gir løfte om utviklingen av en ny klasse av mer bærekraftige høyytelses titanlegeringer for applikasjoner innen romfart, biomedisin, kjemiteknikk, rom- og energiteknologi.

Den nye titanlegeringen består av en blanding av to titankrystaller, kalt alfa-titan-fasen og beta-titan-fasen, som hver tilsvarer et spesifikt arrangement av atomer. Oksygen og jern er de to kraftigste stabilisatorene og forsterkerne for -titan- og -titanfasene, og de er rikelig og billige.

Men forskerne fant at to utfordringer har hindret utviklingen av tøffe alfa-beta ferro-titanium-legeringer gjennom konvensjonelle fabrikasjonsprosesser. En utfordring er at oksygen kan sprø titan; en annen er at tilsetning av jern kan føre til alvorlige metallurgiske defekter, som danner bulk-titan.

Teamet skrev ut legeringen sin fra metallpulver ved hjelp av laserrettet energiavsetning, en 3D-utskriftsprosess egnet for å lage store, komplekse deler. De kombinerte legeringsdesignkonseptet med 3D-utskriftsprosessdesignet, og bestemte en serie legeringer som er sterke, formbare og enkle å skrive ut.

Den viktigste muliggjørende faktoren er den unike fordelingen av oksygen- og jernatomer innenfor og mellom -titan- og -titanfasene. Forskerne konstruerte en oksygengradient i nanoskala i alfa-titanfasen med robuste høyoksygensegmenter og duktile lavoksygensegmenter, noe som muliggjør kontroll over lokale atombindinger og reduserer potensiell sprøhet.

Teamet sier at de fristende egenskapene til disse nye legeringene er sammenlignbare med kommersielle legeringer.

Professor Simon Linge, rektor ved University of Sydney, sa at studien ga et nytt titanlegeringssystem med et bredt spekter av justerbare mekaniske egenskaper, høy produksjonsevne, stort potensial for utslippsreduksjon, og det første i sitt slag. Materialdesign gir innsikt.

Teamets design, som inkluderer ideer om sirkulær økonomi, lover å produsere nye titanlegeringer fra industrielt avfall og materialer av lav kvalitet, sa forskerne.

Videre er oksygensprøhet en stor metallurgisk utfordring ikke bare for titan, men også for andre viktige metaller som zirkonium, niob, molybden og deres legeringer. Den nye forskningen kan gi en mal for å dempe disse oksygensprøhetsproblemene gjennom 3D-utskrift og mikrostrukturell design.