Nuova lega di titanio creata con tecnologia di stampa 3D

Un team di ricerca internazionale, tra cui membri della Australia RMIT University e dell'Università di Sydney, ha combinato tecniche di stampamento e di stampa 3D per creare un nuovo tipo di lega di titanio. Questa lega mostra forza sotto stress di trazione senza diventare fragile. Pubblicato nell'ultimo numero di "Nature", questa svolta offre speranza di sviluppare una nuova classe di leghe di titanio più sostenibili per applicazioni nelle tecnologie aerospaziale, biomedica, chimica, spazio e energia.

La nuova lega di titanio è costituita da una miscela di due tipi di cristalli di titanio, noti come fase α e β, ciascuno corrispondente a una specifica disposizione atomica. L'ossigeno e il ferro sono i due stabilizzatori e i rafforzatori più potenti per la fase α-titanio e la fase β-titanio, rispettivamente. Questi elementi sono abbondanti ed economici.

Tuttavia, i ricercatori hanno identificato due sfide che ostacolano lo sviluppo di difficili leghe di ferro da titanio α-β attraverso processi di produzione tradizionali:

1. L'ossigeno può rendere il titanio fragile.
2. L'aggiunta di ferro può portare a gravi difetti metallurgici, formando grandi pezzi β-titanio.

Il team ha utilizzato una deposizione energetica diretta dal laser per stampare la lega di metallo in polvere, una tecnica di stampa 3D adatta per la creazione di parti grandi e complesse. Integrando concetti di progettazione in lega con la progettazione del processo di stampa 3D, hanno identificato una serie di leghe che sono forti, duttili e facili da stampare.

Il fattore critico che guida questo successo è la distribuzione unica di ossigeno e atomi di ferro all'interno e tra le fasi α-titanio e β-titanio. I ricercatori hanno progettato un gradiente di ossigeno su nanoscala all'interno della fase α-titanio, con un segmento ad alta ossigeno per la resistenza e un segmento a basso ossigeno per la duttilità. Ciò controllava i legami atomici locali e ridotto il potenziale di fragilità.

Il team ha osservato che le prestazioni di queste nuove leghe sono paragonabili alle leghe commerciali.

Il professor Simon Ringer, vice vicecancelliere dell'Università di Sydney, ha dichiarato che questa ricerca introduce un nuovo sistema in lega di titanio con proprietà meccaniche ampie e regolabili, elevata produzione, potenziale di riduzione delle emissioni significative e fornisce approfondimenti per la progettazione di materiali di sistema simili.

I ricercatori hanno sottolineato che il loro design comprende i principi dell'economia circolare, creando potenziale per l'uso di rifiuti industriali e materiali di basso grado per produrre nuove leghe di titanio.

Inoltre, l'ossigeno abbraccio è una sfida metallurgica significativa non solo per il titanio ma anche per altri metalli importanti come zirconio, niobio, molibdeno e le loro leghe. Questa nuova ricerca può offrire un modello per alleviare questi problemi di abbraccizzazione di ossigeno attraverso la stampa 3D e la progettazione di microstrutture.

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