新型鈦合金助解氧脆化

3D打印是快速成型技術的一種，又稱為增材製造技術(AM)，是涵蓋信息網絡技術、先進材料技術、數字製造技術等多學科的先進製造技術，被外界視為推動新一輪工業革命的重要科技。澳大利亞悉尼大學和皇家墨爾本理工大學等機構科學家日前通過獨特的合金設計和3D打印技術研製了一類新型鈦合金。新研究為更可持續地製造高性能鈦合金提供了可行方法，這類鈦合金可廣泛應用於航空航天、生物醫學、化學工程、國防和清潔能源等領域。

悉尼大學發表消息稱，研究團隊研製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，每種鈦晶體對應特定的鈦原子排列。傳統鈦合金是在金屬鈦中添加適量鋁元素生產的合金，而新研究使用氧元素和鐵元素來製造鈦合金。這兩種元素儲量豐富、價格低廉，並且可以作為α——鈦相和β——鈦相鈦晶體的穩定劑和增強劑。

研究團隊使用了鐳射定向能沉積從金屬粉末打印出他們的合金，這是一種適用於製造大型複雜零件的3D打印工藝。他們將合金設計理念與3D列印工藝設計結合，確定了一系列堅固、延展性好、易於打印的合金。團隊表示，這些新合金的誘人性能可與商業合金相媲美。研究人員介紹稱，用傳統工藝製備鈦氧鐵合金面臨兩個挑戰：一個是氧元素對金屬鈦造成的脆化效應，另一個是添加鐵可能導致形成大塊β——鈦相鈦晶體時出現嚴重結構缺陷，從而影響合金性能。

為了克服傳統工藝生產鈦氧鐵合金的局限性，該團隊設計出一種獨特的合金微觀結構，並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製備出新型鈦氧鐵合金。

皇家墨爾本理工大學教授馬前指出，研究團隊對3D打印工藝進行了大量數字模擬，明確了加工過程中的不同影響因素，再結合性能要求在微觀層面對這種新型鈦合金的α——鈦相和β——鈦相進行設計，然後通過3D打印工藝實現其設計，從而使最終獲得的鈦氧鐵合金具有獨特的微觀結構和性能。

皇家墨爾本理工大學研究人員表示，與傳統方法相比，用3D打印製造新型鈦合金的方法具有明顯環保優勢，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。

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