澳科學(xué)家借助3D打印研制出新型鈦合金

新華社悉尼6月11日電（記者 郝亞琳）澳大利亞悉尼大學(xué)和皇家墨爾本理工大學(xué)等機(jī)構(gòu)科學(xué)家通過獨(dú)特的合金設(shè)計(jì)和3D打印技術(shù)研制了一類新型鈦合金。新研究為更可持續(xù)地制造高性能鈦合金提供了可行方法，這類鈦合金可廣泛應(yīng)用于航空航天、生物醫(yī)學(xué)、化學(xué)工程、國(guó)防和清潔能源等領(lǐng)域。

悉尼大學(xué)日前發(fā)布公報(bào)說，研究團(tuán)隊(duì)研制的鈦合金由兩種形式鈦晶體的混合物組成，分別稱為α-鈦相和β-鈦相，每種鈦晶體對(duì)應(yīng)特定的鈦原子排列。傳統(tǒng)鈦合金是在金屬鈦中添加適量鋁元素生產(chǎn)的合金，而新研究使用氧元素和鐵元素來制造鈦合金。這兩種元素儲(chǔ)量豐富、價(jià)格低廉，并且可以作為α-鈦相和β-鈦相鈦晶體的穩(wěn)定劑和增強(qiáng)劑。

據(jù)研究人員介紹，用傳統(tǒng)工藝制備鈦氧鐵合金面臨兩個(gè)挑戰(zhàn)：一個(gè)是氧元素對(duì)金屬鈦造成的脆化效應(yīng)，另一個(gè)是添加鐵可能導(dǎo)致形成大塊β-鈦相鈦晶體時(shí)出現(xiàn)嚴(yán)重結(jié)構(gòu)缺陷，從而影響合金性能。

為了克服傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)鈦氧鐵合金的局限性，該團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)出一種獨(dú)特的合金微觀結(jié)構(gòu)，并利用一種被稱作激光定向能量沉積的3D打印工藝，以金屬粉末等為原材料制備出新型鈦氧鐵合金。相關(guān)論文已發(fā)表在英國(guó)《自然》雜志上。

論文通訊作者、皇家墨爾本理工大學(xué)教授馬前告訴新華社記者，研究團(tuán)隊(duì)對(duì)3D打印工藝進(jìn)行了大量數(shù)字模擬，明確了加工過程中的不同影響因素，再結(jié)合性能要求在微觀層面對(duì)這種新型鈦合金的α-鈦相和β-鈦相進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后通過3D打印工藝實(shí)現(xiàn)其設(shè)計(jì)，從而使最終獲得的鈦氧鐵合金具有獨(dú)特的微觀結(jié)構(gòu)和性能。

論文主要作者、皇家墨爾本理工大學(xué)研究員宋廷廷說，與傳統(tǒng)方法相比，用3D打印制造新型鈦合金的方法具有明顯環(huán)保優(yōu)勢(shì)，可以重新利用通常作為廢料處理的低等級(jí)海綿鈦以及回收的高氧鈦粉等。

研究人員還表示，氧氣造成的脆化效應(yīng)是冶金領(lǐng)域主要挑戰(zhàn)之一，新研究通過3D打印和微觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為改善氧氣造成的脆化問題提供了借鑒。