Πρόσφατα, μια διεθνής ερευνητική ομάδα, συμπεριλαμβανομένου του Βασιλικού Ινστιτούτου Τεχνολογίας της Μελβούρνης και του Πανεπιστημίου του Σίδνεϊ στην Αυστραλία, συνδύασαν κράματα και διαδικασίες τρισδιάστατης εκτύπωσης για να δημιουργήσουν ένα νέο κράμα τιτανίου που είναι ισχυρό και όχι εύθραυστο υπό τάση.
Το νέο κράμα τιτανίου αποτελείται από ένα μείγμα δύο κρυστάλλων τιτανίου, που ονομάζονται φάση τιτανίου και φάση τιτανίου, καθένα από τα οποία αντιστοιχεί σε μια συγκεκριμένη ατομική διάταξη. Το οξυγόνο και ο σίδηρος είναι οι δύο πιο ισχυροί σταθεροποιητές και ενισχυτές της φάσης -τιτανίου και της φάσης -τιτανίου, που είναι άφθονα και φθηνά.
Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι υπάρχουν δύο προβλήματα στην ανάπτυξη σκληρών κραμάτων σιδήρου - οξειδίου του τιτανίου μέσω παραδοσιακών διαδικασιών παραγωγής. Το ένα είναι ότι το οξυγόνο κάνει το τιτάνιο εύθραυστο. Το άλλο είναι ότι η προσθήκη σιδήρου μπορεί να προκαλέσει σοβαρά μεταλλουργικά ελαττώματα και να σχηματίσει μεγάλα κομμάτια τιτανίου.
Η ομάδα χρησιμοποίησε εναπόθεση ενέργειας κατευθυνόμενη με λέιζερ για να εκτυπώσει κράματα από μεταλλικές σκόνες, μια διαδικασία κατάλληλη για την κατασκευή μεγάλων και πολύπλοκων εξαρτημάτων. Η ομάδα συνδύασε τις ιδέες σχεδίασης κράματος με το σχεδιασμό της διαδικασίας εκτύπωσης 3D για να εντοπίσει μια σειρά από ισχυρά, όλκιμα και εύκολα στην εκτύπωση κράματα.
Ο βασικός κινητήριος παράγοντας αυτού του υλικού είναι η μοναδική κατανομή των ατόμων οξυγόνου και σιδήρου εντός και μεταξύ της φάσης -τιτανίου και της φάσης -τιτανίου. Οι ερευνητές σχεδίασαν μια βαθμίδα οξυγόνου νανοκλίμακας στη φάση -τιτανίου με ένα ισχυρό τμήμα υψηλής περιεκτικότητας σε οξυγόνο και ένα όλκιμο τμήμα χαμηλού οξυγόνου, το οποίο επιτρέπει τον έλεγχο των τοπικών ατομικών δεσμών και μειώνει την πιθανότητα πιθανής ευθραυστότητας.
Οι ερευνητές είπαν ότι η ομάδα ενσωμάτωσε την ιδέα της κυκλικής οικονομίας στο σχεδιασμό, δημιουργώντας ελπίδα για την παραγωγή νέων κραμάτων τιτανίου χρησιμοποιώντας βιομηχανικά απόβλητα και υλικά χαμηλής ποιότητας. Επιπλέον, η ευθραυστότητα του οξυγόνου είναι μια σημαντική πρόκληση όχι μόνο για το τιτάνιο, αλλά και για το ζιρκόνιο, το νιόβιο, το μολυβδαίνιο και τα κράματά τους. Η νέα έρευνα μπορεί να παρέχει ένα πρότυπο για την ανακούφιση του προβλήματος της ευθραυστότητας του οξυγόνου μέσω της τρισδιάστατης εκτύπωσης και του σχεδιασμού μικροδομών.
