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)等機構(gòu)科學(xué)家通過獨特的合金設(shè)計和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、國防和清潔能源等領(lǐng)域。

悉尼大學(xué)日前發(fā)布公報說，研究團隊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。這兩種元素儲量豐富、價格低廉，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挑戰(zhàn)：一個是氧元素對金屬鈦造成的脆化效應(yīng)，另一個是添加鐵可能導(dǎo)致形成大塊β-鈦相鈦晶體時出現(xiàn)嚴重結(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，該團隊設(shè)計出一種獨特的合金微觀結(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《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，研究團隊對3D打印工藝進行了大量數(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這種新型鈦合金的α-鈦相和β-鈦相進行設(shè)計，然后通過3D打印工藝實現(xiàn)其設(shè)計，從而使最終獲得的鈦氧鐵合金具有獨特的微觀結(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，可以重新利用通常作為廢料處理的低等級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)計為改善氧氣造成的脆化問題提供了借鑒。