澳大利亞皇家墨爾本理工大學(xué)、悉尼大學(xué)等國際研究小組結(jié)合合金和3d打印技術(shù)，制造出了拉伸時(shí)既結(jié)實(shí)又不脆弱的新型鈦合金。這一突破發(fā)表在最新一期的《自然》雜志上，提出了可以在航空宇宙、生物醫(yī)學(xué)、化學(xué)工程、宇宙空間及能源技術(shù)中使用的新型高性能鈦合金的可能性。

新鈦合金由兩種鈦晶體的混合物組成，稱為-鈦像和鈦像，每一種鈦晶體對應(yīng)特定的原子排列。氧和鐵是-鈦像和鈦像最強(qiáng)大的鎮(zhèn)定劑和強(qiáng)化劑，豐富而便宜。

但研究人員發(fā)現(xiàn)，這兩項(xiàng)挑戰(zhàn)阻礙了傳統(tǒng)制造工藝開發(fā)堅(jiān)韌的-氧鈦鐵合金。一個問題是氧氣使鈦?zhàn)兊么嗳?。另一個問題是，如果添加鐵，可能會導(dǎo)致鈦形成大塊的嚴(yán)重冶金缺陷。

該團(tuán)隊(duì)利用激光指向能量沉淀從粉末中打印合金，這是一種適合制造大而復(fù)雜零件的3d打印技術(shù)。他們結(jié)合合金設(shè)計(jì)理念和3d印刷技術(shù)設(shè)計(jì)，確定了一系列堅(jiān)固、延展性好、易于印刷的合金。

重要的原動機(jī)是氧和鐵原子在-鈦相和鈦相內(nèi)部的獨(dú)特分布。研究人員在-鈦相上設(shè)計(jì)了納米級的氧等級，堅(jiān)固的高氧階段和有延展性的低氧階段，可以對局部原子結(jié)合進(jìn)行控制，減少了潛在的取化可能性。

該團(tuán)隊(duì)說這種新合金具有與商業(yè)合金相媲美的迷人性能。

悉尼大學(xué)副院長西蒙林格教授表示：“該研究提供了具有廣泛可調(diào)整的機(jī)械性能、高制造可能性、巨大的減排潛力的新型鈦合金系統(tǒng)，并提供了有關(guān)同一系統(tǒng)材料設(shè)計(jì)的信息。”

研究人員說，這個小組在設(shè)計(jì)中融入了循環(huán)經(jīng)濟(jì)的思想，創(chuàng)造了利用工業(yè)廢物和低品位材料生產(chǎn)新的鈦合金的希望。此外，除鈦外，對其他重要金屬也有重大的冶金問題，如鋯，鈮，鉬及其合金。新的研究可以提供一個模型，通過3d打印和微細(xì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來緩解氧氣的吸收問題。