Nowe stopy tytanu o niezwykłych właściwościach. Mogą zrewolucjonizować wiele branż

Naukowcy stworzyli nowe stopy tytanu, które sa mocne i nie kruszą się pod wpływem naprężeń. Udało się tego dokonać dzięki technologii druku 3D.
Mikrostruktura nowego stopu tytanu. Prawie cały tlen znajduje się w kryształach fazy alfa, prawie całe żelazo znajduje się w kryształach fazy beta /Fot. RMIT

Mikrostruktura nowego stopu tytanu. Prawie cały tlen znajduje się w kryształach fazy alfa, prawie całe żelazo znajduje się w kryształach fazy beta /Fot. RMIT

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.

Naukowcy z RMIT University stworzyli nowe stopy tytanu wykorzystując druk 3D /Fot. RMIT

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.