Zespół uczonych z RMIT University stworzył nową klasę stopów tytanu, które są trwałe i nie kruszą się pod wpływem napężeń. Osiągnięcie to zostało opisane w czasopiśmie Nature i może pomóc rozszerzyć zastosowania tego typu materiałów oraz zrównoważyć ich rozwój. Warto podkreślić, że stopy tytanu są szeroko stosowane w lotnictwie, biomedycynie, technologiach kosmicznych i energetycznych.
Czytaj też: Tytan z drukarki 3D wciąż nie taki, jakiego byśmy oczekiwali. Na horyzoncie pojawiła się nowa metoda
Prof. Ma Qian z RMIT mówi:
Ponowne wykorzystanie odpadów i materiałów niskiej jakości może zwiększyć wartość ekonomiczną i zmniejszyć wysoki ślad węglowy przemysłu tytanowego. To może być materiałowa rewolucja, której tak bardzo potrzebujemy.
Po co nam nowe stopy tytanu?
Stopy tytanu składają się z mieszaniny dwóch form kryształów tytanu, zwanych fazą alfa-tytanu i fazą beta-tytanu, z których każda ma określony układ atomów. Są one podstawą przemysłu tytanowego, a od 1954 r. produkcja stopów tytanu opiera się głównie na dodawaniu aluminium i wanadu do tytanu.
Teraz uczeni zbadali wykorzystanie tlenu i żelaza – dwóch najpotężniejszych stabilizatorów i wzmacniaczy faz alfa- i beta-tytanu – które są powszechne i stosunkowo niedrogie.
Prof. Ma Qian dodaje:
Do tej pory dwa wyzwania utrudniały rozwój mocnych i ciągliwych stopów tytanu alfa-beta z tlenem i żelazem w konwencjonalnych procesach produkcyjnych. Jednym z wyzwań jest to, że tlen – opisywany potocznie jako “kryptonit tytanu” może powodować kruchość tytanu, a drugim jest to, że dodanie żelaza może prowadzić do poważnych defektów.
Naukowcy spróbowali innego podejścia i wykorzystali Laser Directed Energy Deposition (L-DED) – proces drukowania 3D odpowiedni do tworzenia dużych, złożonych części – aby wydrukować swoje stopy z proszku metalowego. Atrakcyjne właściwości nowych stopów, które mogą konkurować z właściwościami stopów komercyjnych, wynikają z ich mikrostruktury. Ale jakie są potencjalne zastosowania dla nowych stopów?
Czytaj też: Elektronika, która się rozciąga? To coś więcej, niż tylko ciekawostka
Dr Tingting Song z RMIT wyjaśnia:
Istnieją powody do ekscytacji – druk 3D oferuje zasadniczo inny sposób wytwarzania nowych stopów i ma wyraźne zalety w porównaniu z tradycyjnymi podejściami. Istnieje potencjalna szansa dla przemysłu na ponowne wykorzystanie odpadowego stopu gąbki tytanowo-tlenowo-żelazowej, proszków tytanu o wysokiej zawartości tlenu pochodzących z recyklingu lub proszków tytanu wykonanych ze złomu tytanu o wysokiej zawartości tlenu przy użyciu naszego podejścia.
Uważa się, że kruchość tlenowa jest głównym wyzwaniem metalurgicznym nie tylko dla tytanu, ale także innych ważnych metali, takich jak cyrkon, niob i molibden oraz ich stopów. Nowe badania mogą stanowić szablon do neutralizacji tych problemów poprzez drukowanie 3D i projektowanie mikrostruktur.