近日,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,該合金在拉伸下堅固而不脆。
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-鈦相的兩種最強大的穩(wěn)定劑和強化劑,它們豐富而廉價。
研究人員發(fā)現(xiàn),通過傳統(tǒng)制造工藝開發(fā)堅韌的α-β鈦氧鐵合金存在兩個問題。一是氧氣會使鈦變脆;二是加入鐵可能會導(dǎo)致嚴重的冶金缺陷,形成大塊β鈦。
該團隊使用了激光定向能沉積從金屬粉末打印出合金,該工藝適用于制造大型復(fù)雜零件。團隊將合金設(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。
該材料關(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)植吭渔I施加控制,降低了潛在脆化的可能性。
研究人員表示,該團隊在設(shè)計中融入了循環(huán)經(jīng)濟的思想,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,而且對鋯、鈮、鉬及其合金都是重要的挑戰(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)計來緩解氧脆化問題。