近日，包括澳大利亞皇家墨爾本理工大學、悉尼大學在內的國際研究團隊將合金和3D打印工藝結合在一起，創造出了一種新的鈦合金，該合金在拉伸下堅固而不脆。
新鈦合金由兩種鈦晶體的混合物組成，稱為α-鈦相和β-鈦相，每種鈦晶體對應于特定的原子排列。氧氣和鐵是α-鈦相和β-鈦相的兩種最強大的穩定劑和強化劑，它們豐富而廉價。
研究人員發現，通過傳統制造工藝開發堅韌的α-β鈦氧鐵合金存在兩個問題。一是氧氣會使鈦變脆；二是加入鐵可能會導致嚴重的冶金缺陷，形成大塊β鈦。
該團隊使用了激光定向能沉積從金屬粉末打印出合金，該工藝適用于制造大型復雜零件。團隊將合金設計理念與3D打印工藝設計結合，確定了一系列堅固、延展性好、易于打印的合金。
該材料關鍵的推動因素是氧和鐵原子在α-鈦相和β-鈦相內部和二者之間的獨特分布。研究人員在α-鈦相中設計了一種納米級的氧梯度，具有堅固的高氧段和延展性的低氧段，從而能夠對局部原子鍵施加控制，降低了潛在脆化的可能性。
研究人員表示，該團隊在設計中融入了循環經濟的思想，為利用工業廢物和低品位材料生產新的鈦合金創造了希望。此外，氧脆化不僅對鈦，而且對鋯、鈮、鉬及其合金都是重要的挑戰。新研究可能會提供一個模板，即通過3D打印和微結構設計來緩解氧脆化問題。
