Istraživači na RMIT-u i Sveučilištu u Sydneyu, u suradnji s Politehničkim sveučilištem u Hong Kongu i odjelom Manufacturing Intelligence švedske tvrtke za razvoj softvera Hexagon, uspješno su razvili novi materijal od legure titana. Ovo istraživačko postignuće otvara nove mogućnosti za primjenu titanovih legura u više područja i daje korisne implikacije za realizaciju održivijih proizvodnih metoda.
△Shematski dijagram mikrostrukture legure titana tiskan laserski usmjerenim taloženjem energije 3D
Što radi nova 3D tiskana legura titana?
Ova legura titana je jaka, savitljiva, prilagodljiva i održiva. Trošak konvencionalne proizvodnje legura titana je visok, a ovo istraživanje nudi potencijal za nove legure titana visokih performansi s primjenom u zrakoplovstvu, biomedicini, kemijskom inženjerstvu, svemiru i energetici, među ostalim područjima.
Istraživački tim upotrijebio je kombinaciju legure i dizajna procesa 3D ispisa za 3D ispis ove nove legure titana iz metalnog praha korištenjem tehnologije laserskog taloženja energije (L-DED). Ovaj inovativni proizvodni proces čini proizvodnju legura titana održivijom i pristupačnijom.
△Tingting Song (lijevo) i Ma Qian (desno)
Voditelj istraživanja, profesor Ma Qian sa Sveučilišta RMIT rekao je da su u dizajn uključili koncept kružnog gospodarstva. Nova legura može se proizvesti korištenjem otpadaka i materijala niske kvalitete, bez skupih aditiva kao što su vanadij i aluminij, ali s jeftinim i obilnim kisikom i željezom.
"Ponovna uporaba otpada i materijala niske kvalitete ima potencijal dodati ekonomsku vrijednost i smanjiti visok ugljični otisak industrije titana", objasnio je profesor Qian.
Glavni autor studije je Tingting Song, doktorant na RMIT-u. Rekla je da je tim u važnoj fazi od potvrđivanja novog koncepta do realizacije industrijske primjene.
Song je dodao: "Imamo razloga biti uzbuđeni što 3D ispis nudi potpuno drugačiji način izrade novih legura s jasnim prednostima u odnosu na tradicionalne metode. Postoji potencijalna prilika za industriju da iskoristi našu metodu." Ponovna uporaba otpadne fero-titanijeve spužve, recikliranog titanskog praha s visokim sadržajem kisika "nespecifičnog" ili titanskog praha izrađenog od otpadnog titana s visokim sadržajem kisika."
△Istraživački rad objavljen je u časopisu "Nature", a naslov istraživanja je "Realizing Strong and Tough Iron Titanium Oxide Alloys Through 3D Printing Manufacturing"
Izazovi u razvoju novih legura
Legura tima sastoji se od dva oblika kristala titana, mješavine faze alfa-titana i faze beta-titana, poznate kao Ti-6Al-4V. Svaki oblik odgovara određenom rasporedu atoma.
Ti-6Al-4V je najčešća legura titana, koja koristi 6 posto aluminija i 4 posto vanadija u tradicionalnim proizvodnim metodama, što čini više od 50 posto tržišta legura titana. Nova studija koristila je kisik i željezo umjesto aluminija i vanadija. Osim što su lako dostupni i imaju relativno nisku cijenu, ovi elementi su dva najučinkovitija stabilizatora i ojačavača -titan i -titan faze.
Tradicionalno, legure titana koje sadrže visoke razine titana i kisika suočavale su se s izazovima razvoja i usvajanja.
Qian je komentirao: "Jedan izazov je da kisik, koji se kolokvijalno opisuje kao 'titanov kriptonit', uzrokuje krhkost titana; drugi izazov je da dodavanje željeza može dovesti do ozbiljnih nedostataka u morfologiji velikih slojeva -titanijeve faze."
△Tim je uspješno realizirao 3D ispis mikrostrukture na atomskoj razini na sučelju - faze nove legure pomoću tehnologije laserski usmjerenog taloženja energije (L-DED)
Korištenje L-DED tehnologije 3D ispisa omogućuje istraživačima uspješno prevladavanje izazova
L-DED 3D ispis često se koristi za izradu velikih i složenih dijelova, a znanstvenicima omogućuje podešavanje mehaničkih svojstava legura. Uspjeli su u leguri stvoriti kristale titana u nanorazmjerima s preciznom kontrolom raspodjele atoma kisika i željeza. To čini određena područja legure vrlo čvrstima, dok su druga rastegljiva, osiguravajući da materijal ne postane krt kada je pod pritiskom.
Tim je koristio DED modul u Hexagonovom softveru Simufact Welding za 3D ispis i testiranje niza takvih komponenti. Nakon testiranja, istraživači su otkrili da je njihova legura usporediva s drugim komercijalnim legurama titana u duktilnosti i čvrstoći.
Suvoditelj istraživanja, profesor Simon Ringer sa Sveučilišta u Sydneyu, objasnio je: "Ključni čimbenik je jedinstvena distribucija atoma kisika i željeza između i unutar faza alfa-titana i beta-titana. Gradijent visoke razine kisika, uključujući jaku visoku -regije s kisikom i duktilne regije s niskim sadržajem kisika, omogućuje nam kontrolu lokalnog atomskog vezivanja i time ublažavamo problem krtosti.
