Az RMIT és a Sydney-i Egyetem kutatói a Hong Kong Polytechnic University-vel és a svéd Hexagon szoftverfejlesztő Manufacturing Intelligence részlegével együttműködve sikeresen kifejlesztettek egy új titánötvözet anyagot. Ez a kutatási eredmény új lehetőségeket nyit meg a titánötvözetek több területen történő alkalmazásában, és jótékony következményekkel jár a fenntarthatóbb gyártási módszerek megvalósításában.
△ A titánötvözet mikroszerkezetének sematikus diagramja lézerrel irányított energialeválasztással 3D-ben
Mit csinál az új, 3D nyomtatott titánötvözet?
Ez a titánötvözet erős, alakítható, állítható és fenntartható. A titánötvözetek hagyományos gyártási költsége magas, és ez a kutatás lehetőséget kínál új, nagy teljesítményű titánötvözetek előállítására, amelyeket többek között a repülőgépiparban, a biomedicinában, a vegyiparban, az űrben és az energetikában alkalmaznak.
A kutatócsoport az ötvözet és a 3D nyomtatási folyamat tervezésének kombinációját használta ennek az új titánötvözetnek a fémporból történő 3D-nyomtatásához, lézeres irányított energia leválasztás (L-DED) technológiával. Ez az innovatív gyártási folyamat fenntarthatóbbá és megfizethetőbbé teszi a titánötvözetek előállítását.
△ Tingting Song (balra) és Ma Qian (jobbra)
Ma Qian professzor, az RMIT Egyetem kutatója elmondta, hogy beépítették a körkörös gazdaság koncepcióját a tervezésbe. Az új ötvözet hulladékból és alacsony minőségű anyagokból állítható elő költséges adalékanyagok, például vanádium és alumínium nélkül, de olcsó és bőséges oxigénnel és vassal.
"A hulladék és az alacsony minőségű anyagok újrafelhasználása gazdasági értéket teremthet, és csökkentheti a titánipar szénlábnyomát" - magyarázta Qian professzor.
A tanulmány vezető szerzője Tingting Song, az RMIT doktorandusza. Elmondta, hogy a csapat az új koncepció érvényesítésétől az ipari alkalmazások megvalósításáig egy fontos szakaszban van.
Song hozzátette: "Van okunk izgatottnak lenni amiatt, hogy a 3D nyomtatás teljesen más módot kínál új ötvözetek előállítására, egyértelmű előnyökkel a hagyományos módszerekkel szemben. Lehetséges, hogy az ipar kihasználja módszerünket." Hulladék ferro-titán szivacs, "nem specifikált" újrahasznosított, magas oxigéntartalmú titánpor vagy magas oxigéntartalmú hulladéktitánból készült titánpor újrafelhasználása.
△ A kutatási cikk a "Nature" folyóiratban jelent meg, és a kutatás címe "Erős és szívós vas-titán-oxid ötvözetek megvalósítása 3D nyomtatás gyártásán keresztül"
Új ötvözetek fejlesztésének kihívásai
A csapat ötvözete kétféle titánkristályból áll, az alfa-titán fázis és a béta-titán fázis keverékéből, amely Ti-6Al-4V néven ismert. Mindegyik forma az atomok meghatározott elrendezésének felel meg.
A Ti-6Al-4V a legelterjedtebb titánötvözet, amely 6 százalék alumíniumot és 4 százalék vanádiumot használ a hagyományos gyártási módszerekben, ami a titánötvözetek piacának több mint 50 százalékát teszi ki. Az új tanulmány oxigént és vasat használt alumínium és vanádium helyett. Amellett, hogy könnyen beszerezhetők és viszonylag alacsonyak, ezek az elemek a -titán és -titán fázis két leghatékonyabb stabilizátora és erősítője.
Hagyományosan a nagy mennyiségű titánt és oxigént tartalmazó titánötvözetek fejlesztési és alkalmazási kihívásokkal szembesültek.
Qian megjegyezte: "Az egyik kihívás az, hogy a köznyelvben "titán kriptonitjaként" emlegetett oxigén a titán törékennyé válását okozza; egy másik kihívás az, hogy a vas hozzáadása súlyos hibákhoz vezethet a titán fázis nagy lapjainak morfológiájában.
△ A csapat sikeresen megvalósította az atomi szintű mikrostruktúra 3D nyomtatását az új ötvözet fázis interfészén lézeres irányított energia lerakódás (L-DED) technológiával
Az L-DED 3D nyomtatási technológia segítségével a kutatók sikeresen leküzdhetik a kihívásokat
Az L-DED 3D nyomtatást gyakran használják nagy és összetett alkatrészek létrehozására, és lehetővé teszi a tudósok számára az ötvözetek mechanikai tulajdonságainak hangolását. Sikerült nanoméretű titánkristályokat létrehozniuk az ötvözetben az oxigén- és vasatomok eloszlásának pontos szabályozásával. Ez az ötvözet bizonyos részeit nagyon erőssé teszi, míg mások képlékenyek, így az anyag nem válik rideggé feszültség hatására.
A csapat a Hexagon Simufact Welding szoftverében található DED modult használta az ilyen komponensek sorozatának 3D nyomtatásához és teszteléséhez. A tesztelést követően a kutatók azt találták, hogy ötvözetük hajlékonyságában és szilárdságában más kereskedelmi forgalomban kapható titánötvözetekhez hasonlítható.
Simon Ringer professzor, a Sydney-i Egyetem társvezetője kifejtette: "A kulcsfontosságú tényező az oxigén- és vasatomok egyedülálló eloszlása az alfa-titán és béta-titán fázisok között és belül. A magas szintű oxigéngradiens, beleértve az erős, magas szinteket is. -oxigén régiók és képlékeny, alacsony oxigéntartalmú régiók, lehetővé teszi számunkra, hogy szabályozzuk a helyi atomi kötéseket, és ezáltal enyhítsük a ridegség problémáját.
