Австралийские учёные создают новый класс титановых сплавов

Сплав, напечатанный на 3D-принтере из металлического порошка, конкурирует с обычным «волшебным металлом», используемым в аэрокосмической и биомедицинской технике, по прочности и экологичности.

Ученые создали новый класс титановых сплавов с помощью лазерной 3D-печати, которые, по их словам, могут повысить устойчивость титановой промышленности и использоваться в аэрокосмической и биомедицинской технике.

Титан является ключевым металлом во многих отраслях промышленности и ценится за свою высокую прочность, легкость и долговечность.

Профессор Ма Цянь из Университета RMIT в Мельбурне, возглавлявший разработку нового сплава, назвал титан «волшебным металлом».

«Он биосовместим, и каждый год более 1000 тонн металлического титана перерабатывается в костные имплантаты [по всему миру]», — сказал он. Более устойчивый к коррозии, чем нержавеющая сталь, в морской воде, он также широко используется на подводных лодках и опреснительных установках.

Подпишитесь на бесплатную утреннюю и дневную программу Guardian Australia.рассылки по электронной почте для ежедневного обзора новостей

«Без титановых сплавов мы не смогли бы летать так, как сегодня», — сказал Цянь, добавив, что титан составляет около 20% веса типичного самолета.

Основой титановой промышленности является сплав Ti-6Al-4V, который содержит 6% алюминия и 4% ванадия. По словам Цяня, этот единственный сплав, изобретенный в 1954 году, занимает более 50% всего рынка титана.

Новый сплав, напечатанный на 3D-принтере из металлического порошка, устраняет необходимость в алюминии и ванадии, используя вместо них широко распространенные элементы — кислород и железо, которые к тому же дешевле получать.

Сплавы с высоким содержанием кислорода и железа традиционно считались титановым ломом. Присутствие кислорода может сделать металл хрупким, часто называемым «криптонитом титана», в то время как железо имеет тенденцию распадаться на дефектные пятна.

Однако использование 3D-печати позволило ученым производить кристаллы титана наноразмерного размера внутри сплава и тщательно контролировать распределение атомов кислорода и железа. В результате некоторые части сплава становятся более прочными, а другие более пластичными (их можно тянуть в проволоку), а материал не становится хрупким при растяжении.

Новый материал конкурирует по прочности с традиционными титановыми сплавами, сказал соведущий исследователь профессор Саймон Рингер, который также является проректором Сиднейского университета.

По словам Рингера, одним из преимуществ сплава, напечатанного на 3D-принтере, была возможность настраивать параметры во время производства, чтобы придать материалу «градиентные свойства». «Вы можете построить вещь, которая будет иметь определенные свойства в одном бите и другие свойства в другом бите».

Подпишитесь на дневное обновление Guardian Australia

В нашем дневном электронном письме по Австралии рассказывается о ключевых национальных и международных событиях дня и о том, почему они важны.

после продвижения информационного бюллетеня

По словам исследователей, экологичность является еще одним преимуществом, поскольку титан с высоким содержанием железа и кислорода может быть переработан в новый сплав.

После подтверждения концепции исследователи все еще далеки от промышленного применения, например, в биомедицинских имплантатах, а также в космической и аэрокосмической промышленности.

Передовые технологии производства и материалов — одна из семи областей, которые федеральное правительство недавно включило в список критически важных технологий.

"Австралия занимает первое место в мире по объему запасов титановых минералов", - сказал Рингер. «Многие из нас, инженеров в Австралии, очень воодушевлены возможностями, которые передовые технологии создают для переноса производства на берег».

Исследование было опубликовано в журнале Nature.