تیم بین المللی آلیاژ تیتانیوم جدید با فناوری چاپ سه بعدی ایجاد می کند تیم بین المللی آلیاژ تیتانیوم جدید با فناوری چاپ سه بعدی ایجاد می کند

یک تیم بین المللی از محققان، از جمله دانشگاه RMIT در استرالیا و دانشگاه سیدنی، آلیاژها و فرآیندهای چاپ سه بعدی را برای ایجاد یک آلیاژ تیتانیوم جدید ترکیب کرده اند که قوی است اما تحت کشش شکننده نیست. این پیشرفت که در آخرین شماره مجله Nature منتشر شده است، نویدبخش توسعه کلاس جدیدی از آلیاژهای تیتانیوم با کارایی بالا پایدار برای کاربردها در هوافضا، زیست پزشکی، مهندسی شیمی، فضا و فناوری انرژی است.

آلیاژ تیتانیوم جدید از مخلوطی از دو کریستال تیتانیوم به نام فاز آلفا تیتانیوم و فاز بتا تیتانیوم تشکیل شده است که هر کدام مربوط به آرایش خاصی از اتم ها هستند. اکسیژن و آهن دو قوی ترین تثبیت کننده و تقویت کننده فازهای تیتانیوم و تیتانیوم هستند و فراوان و ارزان هستند.

اما محققان دریافتند که دو چالش مانع از توسعه آلیاژهای سخت آلفا-بتا فرو-تیتانیوم از طریق فرآیندهای ساخت مرسوم شده است. یک چالش این است که اکسیژن می تواند تیتانیوم را شکننده کند. دیگری این است که افزودن آهن می تواند منجر به نقص متالورژیکی شدید شود و تیتانیوم حجیم را تشکیل دهد.

این تیم آلیاژ خود را از پودر فلز با استفاده از رسوب انرژی لیزری چاپ کردند، فرآیند چاپ سه بعدی مناسب برای ساخت قطعات بزرگ و پیچیده. آنها مفهوم طراحی آلیاژ را با طراحی فرآیند چاپ سه بعدی ترکیب کردند و مجموعه ای از آلیاژها را تعیین کردند که قوی، انعطاف پذیر و آسان برای چاپ هستند.

عامل کلیدی فعال کننده توزیع منحصر به فرد اتم های اکسیژن و آهن در داخل و بین فازهای تیتانیوم و تیتانیوم است. محققان یک گرادیان اکسیژن در مقیاس نانو را در فاز آلفا تیتانیوم با بخش‌های قوی با اکسیژن بالا و بخش‌های انعطاف‌پذیر کم اکسیژن مهندسی کردند که امکان کنترل روی پیوندهای اتمی محلی و کاهش شکنندگی بالقوه را فراهم می‌کرد.

این تیم می گوید که خواص وسوسه انگیز این آلیاژهای جدید با آلیاژهای تجاری قابل مقایسه است.

پروفسور سیمون لینگه، معاون دانشگاه سیدنی، گفت: این مطالعه یک سیستم آلیاژ تیتانیوم جدید با طیف وسیعی از خواص مکانیکی قابل تنظیم، قابلیت ساخت بالا، پتانسیل عظیم برای کاهش انتشار و اولین در نوع خود ارائه کرد. طراحی متریال بینش هایی را ارائه می دهد.

به گفته محققان، طراحی این تیم، که ایده‌های اقتصاد دایره‌ای را در بر می‌گیرد، نویدبخش تولید آلیاژهای تیتانیوم جدید از زباله‌های صنعتی و مواد با عیار پایین است.

علاوه بر این، شکنندگی اکسیژن یک چالش مهم متالورژیکی نه تنها برای تیتانیوم بلکه برای سایر فلزات مهم مانند زیرکونیوم، نیوبیم، مولیبدن و آلیاژهای آنها است. تحقیقات جدید ممکن است الگویی برای کاهش این مشکلات شکنندگی اکسیژن از طریق چاپ سه بعدی و طراحی ریزساختاری ارائه دهد.