قوی‌ترین آلیاژ تیتانیوم ساخته شد

محققان به رهبری پروفسور آیجون هوانگ و دکتر یومان ژو هر دو از دانشگاه موناش، یک ریزساختار جدید را از طریق یک روش چاپ سه بعدی دستکاری کردند و نتیجه این شد که به عملکرد مکانیکی بی‌سابقه‌ای دست یافتند.

یکی از مزایای اصلی این مطالعه این است که روی آلیاژهای تجاری موجود انجام شده است و می‌توان بلافاصله از آن استفاده کرد. این یک مزیت بسیار مثبت و قابل توجه است.

دکتر هوانگ در بیانیه‌ای گفت: آلیاژهای تیتانیوم برای دستیابی به استحکام بالا برای برخی کاربردهای حیاتی نیاز به ریخته‌گری پیچیده و پردازش ترموشیمیایی دارند. ما کشف کرده‌ایم که تولید با روش مواد افزودنی می‌تواند از فرآیند تولید منحصر به‌ فرد برای ایجاد قطعات فوق‌العاده قوی و پایدار از نظر حرارتی در آلیاژهای تیتانیوم تجاری استفاده کند که در نهایت می‌تواند مستقیماً پیاده‌سازی شود.

پروفسور هوانگ پس از اعمال یک عملیات ساده پس‌حرارت بر روی یک آلیاژ تیتانیوم تجاری، به افزایش طول و استحکام کششی کافی بیش از ۱۶۰۰ مگاپاسکالی دست یافت که بالاترین استحکام در بین تمام فلزات چاپ سه بعدی شده تا به امروز است. این مسئله، کار را برای ساخت مواد ساختاری با ریزساختارهای منحصر به فرد و خواص عالی برای کاربردهای گسترده هموار می‌کند.

طی ۱۰ سال گذشته، چاپ سه بعدی به دلیل آزادی در طراحی، به عصر جدیدی در ساخت فلزات منجر شده است. یعنی توانایی ساخت تقریباً هر شکل هندسی را میسر می‌کند. در حال حاضر، آلیاژهای تیتانیوم پیشروترین فلز چاپ سه بعدی هستند که برای تولید قطعات در صنعت هوافضا استفاده می‌شوند.

متأسفانه اغلب آلیاژهای تیتانیوم موجود در بازار که توسط چاپ سه بعدی ایجاد می‌شوند، کاربردهای ساختاری ندارند. این امر به ویژه در مورد استحکام کششی در دمای اتاق و دماهای بالا در محیط‌های خدماتی خشن صادق است.

خواص اصلی آلیاژ تیتانیوم به تشکیل غیرمعمول نانو رسوبات متراکم، پایدار و دوقلوی داخلی نسبت داده می‌شود که به ندرت در آلیاژهای تیتانیوم فرآوری شده سنتی دیده می‌شود و تکنیکی که در اینجا برای حل این مشکل استفاده می‌شود، ساخت افزودنی(AM) است.

ساخت افزودنی(AM) یک فناوری توانمند است که در این نوع ایجاد سه بعدی آلیاژهای تیتانیوم، آزادی طراحی را فراهم می‌کند. تیتانیوم، به طور کلی بسیار قوی‌تر از آلیاژهای آلومینیوم و سبک‌تر از فولاد است و باعث می‌شود انرژی کارآمدتری داشته باشد.

این در حالی است که موارد استفاده و تعداد محصولات تیتانیومی که با روش AM تولید شده‌اند، در حال حاضر در صنعت در مقایسه با اجزای تیتانیوم معمولی هنوز محدود است. دلیل این امر این است که محصولات AM که امروزه تولید می‌شوند از نظر ساختاری به اندازه کافی قوی نیستند.

تحقیق انجام شده در دانشگاه موناش اکنون درک اساسی‌تری از چگالی، تفکیک عناصر و ساختارهای انجماد منحصر به فرد ایجاد کرده است. سپس دریچه‌ای را به روی خواص نانو رسوبات با چگالی و استحکام کششی بالاتر باز کرد.

اکنون استفاده از این آلیاژ جدید می‌تواند بلافاصله شروع شود، چیزی که برای یک پروژه مطالعاتی یا تحقیقاتی نادر است. این تکنیک را می‌توان در بسیاری از صنایع از جمله تولید قطعات و سازه‌های خودرو نیز استفاده کرد.

این مطالعه در مجله Nature Materials منتشر شده است.