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近日，包括澳大利亞皇家墨爾本理工大學(xué)、悉尼大學(xué)在內(nèi)的國際研究團(tuán)隊(duì)將合金和3D打印工藝結(jié)合在一起，創(chuàng)造出了一種新的鈦合金，該合金在拉伸下堅(jiān)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(yīng)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(qiáng)大的穩(wěn)定劑和強(qiáng)化劑，它們豐富而廉價(jià)。
研究人員發(fā)現(xiàn)，通過傳統(tǒng)制造工藝開發(fā)堅(jiān)韌的α-β鈦氧鐵合金存在兩個(gè)問題。一是氧氣會(huì)使鈦?zhàn)兇啵欢羌尤腓F可能會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的冶金缺陷，形成大塊β鈦。
該團(tuán)隊(duì)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(fù)雜零件。團(tuán)隊(duì)將合金設(shè)計(jì)理念與3D打印工藝設(shè)計(jì)結(jié)合，確定了一系列堅(jiān)固、延展性好、易于打印的合金。
該材料關(guān)鍵的推動(dòng)因素是氧和鐵原子在α-鈦相和β-鈦相內(nèi)部和二者之間的獨(dú)特分布。研究人員在α-鈦相中設(shè)計(jì)了一種納米級的氧梯度，具有堅(jiān)固的高氧段和延展性的低氧段，從而能夠?qū)植吭渔I施加控制，降低了潛在脆化的可能性。
研究人員表示，該團(tuán)隊(duì)在設(shè)計(jì)中融入了循環(huán)經(jīng)濟(jì)的思想，為利用工業(yè)廢物和低品位材料生產(chǎn)新的鈦合金創(chuàng)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(zhàn)。新研究可能會(huì)提供一個(gè)模板，即通過3D打印和微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來緩解氧脆化問題。
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