โลหะผสมไทเทเนียมใหม่ที่สร้างขึ้นด้วยเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติ

ทีมวิจัยระดับนานาชาติรวมถึงสมาชิกจากมหาวิทยาลัย RMIT ของออสเตรเลียและมหาวิทยาลัยซิดนีย์ได้รวมเทคนิคการพิมพ์ผสมและการพิมพ์ 3 มิติเพื่อสร้างโลหะผสมไทเทเนียมชนิดใหม่ โลหะผสมนี้แสดงความแข็งแรงภายใต้ความเครียดแรงดึงโดยไม่เปราะ ตีพิมพ์ในฉบับล่าสุดของ "Nature" การพัฒนานี้นำเสนอความหวังในการพัฒนาคลาสใหม่ของโลหะผสมไทเทเนียมประสิทธิภาพสูงที่ยั่งยืนมากขึ้นสำหรับการใช้งานในการบินและอวกาศ, ชีวการแพทย์, วิศวกรรมเคมี, พื้นที่และเทคโนโลยีพลังงาน

โลหะผสมไทเทเนียมใหม่ประกอบด้วยส่วนผสมของผลึกไทเทเนียมสองชนิดที่รู้จักกันในชื่อα-phase และβ-phase ซึ่งแต่ละอันสอดคล้องกับการจัดเรียงอะตอมเฉพาะ ออกซิเจนและเหล็กเป็นตัวปรับความเสถียรที่ทรงพลังที่สุดสองตัวและความแข็งแรงสำหรับเฟสα-titanium และเฟสβ-titanium ตามลำดับ องค์ประกอบเหล่านี้มีมากมายและราคาไม่แพง

อย่างไรก็ตามนักวิจัยระบุความท้าทายสองประการที่ขัดขวางการพัฒนาโลหะผสมเหล็กไทเทเนียมα-βไทเทเนียมผ่านกระบวนการผลิตแบบดั้งเดิม:

1. ออกซิเจนสามารถทำให้ไทเทเนียมเปราะ
2. การเพิ่มเหล็กอาจนำไปสู่ข้อบกพร่องทางโลหะวิทยาอย่างรุนแรงทำให้เกิดβ-titanium chunks ขนาดใหญ่

ทีมใช้การสะสมพลังงานด้วยเลเซอร์เพื่อพิมพ์โลหะผสมจากผงโลหะซึ่งเป็นเทคนิคการพิมพ์ 3 มิติที่เหมาะสำหรับการสร้างชิ้นส่วนที่ซับซ้อนและซับซ้อน ด้วยการรวมแนวคิดการออกแบบโลหะผสมเข้ากับการออกแบบกระบวนการพิมพ์ 3 มิติพวกเขาระบุชุดของโลหะผสมที่แข็งแกร่งเหนียวและง่ายต่อการพิมพ์

ปัจจัยสำคัญที่ผลักดันความสำเร็จนี้คือการกระจายออกซิเจนและอะตอมเหล็กที่เป็นเอกลักษณ์ภายในและระหว่างเฟสα-titanium และβ-titanium นักวิจัยออกแบบการไล่ระดับสีออกซิเจนระดับนาโนภายในระยะα-titanium ซึ่งมีส่วนที่มีออกซิเจนสูงเพื่อความแข็งแรงและส่วนที่มีออกซิเจนต่ำสำหรับความเหนียว สิ่งนี้ควบคุมพันธบัตรอะตอมในท้องถิ่นและลดศักยภาพของความเปราะบาง

ทีมตั้งข้อสังเกตว่าประสิทธิภาพของโลหะผสมใหม่เหล่านี้เปรียบได้กับโลหะผสมเชิงพาณิชย์

ศาสตราจารย์ Simon Ringer รองรองอธิการบดีที่มหาวิทยาลัยซิดนีย์กล่าวว่างานวิจัยนี้แนะนำระบบโลหะผสมไทเทเนียมใหม่ที่มีคุณสมบัติเชิงกลที่กว้างและปรับได้ความสามารถในการผลิตสูงศักยภาพในการลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกอย่างมีนัยสำคัญและให้ข้อมูลเชิงลึกสำหรับการออกแบบวัสดุระบบที่คล้ายกัน

นักวิจัยเน้นว่าการออกแบบของพวกเขารวมเอาหลักการเศรษฐกิจแบบวงกลมสร้างศักยภาพในการใช้ของเสียอุตสาหกรรมและวัสดุระดับต่ำเพื่อผลิตโลหะผสมไทเทเนียมใหม่

นอกจากนี้ออกซิเจน embrittlement เป็นความท้าทายทางโลหะวิทยาที่สำคัญไม่เพียง แต่สำหรับไทเทเนียม แต่ยังรวมถึงโลหะสำคัญอื่น ๆ เช่นเซอร์โคเนียม, ไนโอเบียม, โมลิบดีนัมและโลหะผสมของพวกเขา การวิจัยใหม่นี้อาจเสนอเทมเพลตสำหรับการบรรเทาปัญหาการใช้ออกซิเจนเหล่านี้ผ่านการพิมพ์ 3 มิติและการออกแบบโครงสร้างจุลภาค

Yesino จัดให้มีแถบไทเทเนียมแผ่นไทเทเนียมลวดไทเทเนียมแผ่นไทเทเนียมการตีไทเทเนียมท่อไทเทเนียมและผลิตภัณฑ์ไทเทเนียมอื่น ๆ