Международен екип създава нова титаниева сплав с технология за 3D печат Международен екип създава нова титанова сплав с технология за 3D печат

Международен екип от изследователи, включително университета RMIT в Австралия и университета в Сидни, са комбинирали сплави и процеси за 3D печат, за да създадат нова титанова сплав, която е здрава, но не е чуплива при напрежение. Пробивът, публикуван в последния брой на списанието Nature, обещава разработването на нов клас по-устойчиви високопроизводителни титанови сплави за приложения в космическата, биомедицината, химическото инженерство, космическите и енергийните технологии.

Новата титаниева сплав се състои от смес от два титанови кристала, наречени алфа-титанова фаза и бета-титанова фаза, всяка от които съответства на специфично подреждане на атоми. Кислородът и желязото са двата най-мощни стабилизатора и усилвателя за фазите -титан и -титан, и те са в изобилие и са евтини.

Но изследователите откриха, че две предизвикателства са възпрепятствали развитието на здрави алфа-бета феротитанови сплави чрез конвенционални процеси на производство. Едно предизвикателство е, че кислородът може да направи титана крехък; друг е, че добавянето на желязо може да доведе до сериозни металургични дефекти, образувайки насипен титан.

Екипът отпечата своята сплав от метален прах, използвайки лазерно насочено отлагане на енергия, процес на 3D печат, подходящ за изработване на големи, сложни части. Те комбинираха концепцията за дизайн на сплавта с дизайна на процеса на 3D печат и определиха серия от сплави, които са здрави, пластични и лесни за печат.

Ключовият благоприятен фактор е уникалното разпределение на кислородни и железни атоми вътре и между фазите -титан и -титан. Изследователите създадоха наномащабен кислороден градиент в алфа-титановата фаза със здрави сегменти с високо съдържание на кислород и пластични сегменти с ниско съдържание на кислород, което позволява контрол върху локалните атомни връзки и намалява потенциалната крехкост.

Екипът казва, че дразнещите свойства на тези нови сплави са сравними с търговските сплави.

Професор Саймън Линге, заместник-ректор на университета в Сидни, каза, че проучването предоставя нова система от титаниева сплав с широка гама от регулируеми механични свойства, висока технологичност, огромен потенциал за намаляване на емисиите и първата по рода си. Материалният дизайн предоставя прозрения.

Дизайнът на екипа, който включва идеи за кръгова икономика, е обещаващ за производството на нови титанови сплави от промишлени отпадъци и нискокачествени материали, казаха изследователите.

Освен това, кислородната крехкост е голямо металургично предизвикателство не само за титан, но и за други важни метали като цирконий, ниобий, молибден и техните сплави. Новото изследване може да предостави шаблон за смекчаване на тези проблеми с кислородната крехкост чрез 3D печат и микроструктурен дизайн.