《Nature》3D打印技術(shù)造出新型鈦合金

來源：科技日報

包括澳大利亞皇家墨爾本理工大學(xué),、悉尼大學(xué)在內(nèi)的國際研究團(tuán)隊將合金和3D打印工藝結(jié)合在一起，創(chuàng)造出了一種新的鈦合金,，這種合金在拉伸下堅固而不脆,。這項發(fā)表在最新一期《自然》雜志上的突破，為在航空航天,、生物醫(yī)學(xué),、化學(xué)工程、空間和能源技術(shù)中應(yīng)用的新一類更可持續(xù)的高性能鈦合金的研制帶來了希望,。

新鈦合金由兩種鈦晶體的混合物組成,，稱為α－鈦相和β－鈦相，每種鈦晶體對應(yīng)于特定的原子排列,。氧氣和鐵是α－鈦相和β－鈦相的兩種最強(qiáng)大的穩(wěn)定劑和強(qiáng)化劑,，它們豐富而廉價。

但研究人員發(fā)現(xiàn),，有兩個挑戰(zhàn)阻礙了通過傳統(tǒng)制造工藝開發(fā)堅韌的α－β鈦氧鐵合金,。一個挑戰(zhàn)是氧氣會使鈦變脆；另一個挑戰(zhàn)是加入鐵可能會導(dǎo)致嚴(yán)重的冶金缺陷,，形成大塊β鈦,。

該團(tuán)隊使用了激光定向能沉積從金屬粉末打印出他們的合金，這是一種適用于制造大型復(fù)雜零件的3D打印工藝,。他們將合金設(shè)計理念與3D打印工藝設(shè)計結(jié)合,，確定了一系列堅固、延展性好,、易于打印的合金,。

關(guān)鍵的推動因素是氧和鐵原子在α－鈦相和β－鈦相內(nèi)部和二者之間的獨特分布。研究人員在α－鈦相中設(shè)計了一種納米級的氧梯度,，具有堅固的高氧段和延展性的低氧段,，從而能夠?qū)�局部原子鍵施加控制，降低了潛在脆化的可能性,。

該團(tuán)隊表示,，這些新合金的誘人性能可與商業(yè)合金相媲美。

悉尼大學(xué)副校長西蒙·林格教授表示,，這項研究提供了一種新的鈦合金系統(tǒng),，該系統(tǒng)具有廣泛且可調(diào)的機(jī)械性能、高可制造性,、巨大的減排潛力,，也為同類系統(tǒng)材料設(shè)計提供了見解。

研究人員表示,，該團(tuán)隊在設(shè)計中融入了循環(huán)經(jīng)濟(jì)的思想,，為利用工業(yè)廢物和低品位材料生產(chǎn)新的鈦合金創(chuàng)造了希望。此外,，氧脆化不僅對鈦,，而且對其他重要金屬，如鋯,、鈮,、鉬及其合金，都是一個重大的冶金挑戰(zhàn),。新研究可能會提供一個模板,，即通過3D打印和微結(jié)構(gòu)設(shè)計來緩解這些氧脆化問題。


論文鏈接：https://www.nature.com/articles/d41586-023-01360-y