Ученые Мельбурнского королевского технологического университета (RMIT) и Сиднейского университета создали новый класс титановых сплавов повышенной прочности, используя технологию 3D-печати методом прямого лазерного выращивания.

Исследования ведутся совместно с Гонконгским политехническим университетом и мельбурнским разработчиком аппаратного и программного обеспечения Hexagon Manufacturing Intelligence. Команда разрабатывает двухфазные титановые сплавы из альфа-титана и бета-титана. Самый распространенный титановый (α+β)-сплав — Ti-6Al-4V (ВТ6 в российской классификации). Этот сплав легируется алюминием и ванадием, однако австралийские ученые применяют альтернативные и к тому же недорогие стабилизаторы — кислород и железо. В традиционных процессах создание подобных сплавов затрудняется двумя факторами.

«Первая трудность в том, что кислород, зачастую называемый «криптонитом титана», может повышать хрупкость. Другая в том, что добавление железа может приводить к серьезным дефектам в виде больших образований бета-титана», — рассказал профессор Ма Циень.

Структурные проблемы удалось решить с помощью аддитивных технологий — методом прямого подвода энергии и порошковых материалов, в российской номенклатуре именуемым прямым лазерным выращиванием. Технология позволила получить сплавы с необходимой микроструктурой: точное распределения атомов кислорода и железа между альфа- и бета-титаном обеспечивает высокую прочность и пластичность.

«Мы добились наноразмерного градиента кислорода в альфа-титановой фазе. Сегменты с высоким содержанием кислорода отличаются повышенной твердостью, а сегменты с низким содержанием обеспечивают пластичность. Контроль над локальными атомными связями помогает снижать вероятность охрупчивания», — рассказал профессор Саймон Рингер.

Ученые на фоне аддитивной системы по технологии прямого лазерного выращивания. Деталь в руках — образец 3D-печати, не имеющий непосредственного отношения к исследованию

Ученые считают, что полученные результаты помогут бороться с кислородным охрупчиванием не только в титановой металлургии, но и при работе с другими металлами, такими как цирконий, ниобий и молибден. Более того, методика позволяет использовать отходы титанового производства и отбракованные материалы.

Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.

Источник