澳大利亚悉尼大学和皇家墨尔本理工大学等机构科学家通过独特的合金设计

(资料图)

澳大利亚悉尼大学和皇家墨尔本理工大学等机构科学家通过独特的合金设计和3D打印技术研制了一类新型钛合金。新研究为更可持续地制造高性能钛合金提供了可行方法，这类钛合金可广泛应用于航空航天、生物医学、化学工程、国防和清洁能源等领域。

悉尼大学日前发布公报说，研究团队研制的钛合金由两种形式钛晶体的混合物组成，分别称为α-钛相和β-钛相，每种钛晶体对应特定的钛原子排列。传统钛合金是在金属钛中添加适量铝元素生产的合金，而新研究使用氧元素和铁元素来制造钛合金。这两种元素储量丰富、价格低廉，并且可以作为α-钛相和β-钛相钛晶体的稳定剂和增强剂。

据研究人员介绍，用传统工艺制备钛氧铁合金面临两个挑战：一个是氧元素对金属钛造成的脆化效应，另一个是添加铁可能导致形成大块β-钛相钛晶体时出现严重结构缺陷，从而影响合金性能。

为了克服传统工艺生产钛氧铁合金的局限性，该团队设计出一种独特的合金微观结构，并利用一种被称作激光定向能量沉积的3D打印工艺，以金属粉末等为原材料制备出新型钛氧铁合金。相关论文已发表在英国《自然》杂志上。

论文通讯作者、皇家墨尔本理工大学教授马前告诉新华社记者，研究团队对3D打印工艺进行了大量数字模拟，明确了加工过程中的不同影响因素，再结合性能要求在微观层面对这种新型钛合金的α-钛相和β-钛相进行设计，然后通过3D打印工艺实现其设计，从而使最终获得的钛氧铁合金具有独特的微观结构和性能。

论文主要作者、皇家墨尔本理工大学研究员宋廷廷说，与传统方法相比，用3D打印制造新型钛合金的方法具有明显环保优势，可以重新利用通常作为废料处理的低等级海绵钛以及回收的高氧钛粉等。

研究人员还表示，氧气造成的脆化效应是冶金领域主要挑战之一，新研究通过3D打印和微观结构设计为改善氧气造成的脆化问题提供了借鉴。