Un equipo de investigadores de Australia y Hong Kong ha creado una nueva clase de fuertes aleaciones de titanio mediante la integración de diseños de procesos de impresión 3D y aleaciones.
En un artículo publicado en la revista Nature , los científicos explican que su desarrollo podría ayudar a ampliar las aplicaciones de las aleaciones de titanio, mejorar la sostenibilidad e impulsar tecnologías de materiales innovadores. Ven potencial en tecnologías aeroespaciales, biomédicas, de ingeniería química, espaciales y energéticas.
Los nuevos materiales consisten en una mezcla de dos formas de cristales de titanio, denominadas fase alfa-titanio y fase beta-titanio, cada una correspondiente a una disposición específica de átomos.
Si bien las aleaciones de titanio se han producido tradicionalmente agregando aluminio y titanio, los investigadores investigaron el uso de oxígeno y hierro, elementos abundantes y económicos que pueden actuar como poderosos estabilizadores y fortalecedores de las fases de titanio alfa y beta.
"El habilitador crítico es la distribución única de átomos de oxígeno y hierro dentro y entre las fases de titanio alfa y titanio beta", dijo el co-investigador principal Simon Ringer en un comunicado de prensa. “Hemos diseñado un gradiente de oxígeno a nanoescala en la fase de alfa-titanio, que presenta segmentos con alto contenido de oxígeno que son fuertes y segmentos con bajo contenido de oxígeno que son dúctiles (que conservan su resistencia después de moldearse en un hilo estrecho) lo que nos permite ejercer control sobre el enlace atómico local y así mitigar el potencial de fragilización”.
Ringer y sus colegas incorporaron el pensamiento de economía circular en su diseño, creando una gran promesa para producir sus nuevas aleaciones de titanio a partir de desechos industriales y materiales de baja calidad.
Según los investigadores, hasta ahora, dos desafíos han obstaculizado el desarrollo de aleaciones de hierro-oxígeno-beta-titanio fuertes y dúctiles a través de procesos de fabricación convencionales.
"Un desafío es que el oxígeno, descrito coloquialmente como 'la kriptonita del titanio', puede hacer que el titanio se vuelva quebradizo, y el otro es que agregar hierro podría provocar defectos graves en forma de grandes parches de beta-titanio", dijo el investigador principal Ma Qian. dicho.
El equipo utilizó la deposición de energía dirigida por láser (L-DED), un proceso de impresión 3D adecuado para fabricar piezas grandes y complejas, para imprimir sus aleaciones a partir de polvo metálico, desarrollando una microestructura única para rivalizar con las aleaciones comerciales.
Para Zibin Chen, coautor principal del artículo, la investigación tiene implicaciones más amplias cuando se trata de la fragilización por oxígeno en el titanio, pero también en el zirconio, el niobio y el molibdeno y sus aleaciones.
“Nuestro trabajo puede proporcionar una plantilla para mitigar estos problemas de fragilización por oxígeno a través de la impresión 3D y el diseño de microestructuras”, dijo Chen.
Fuente: Nature com