في الآونة الأخيرة، قام فريق بحث دولي يضم معهد ملبورن الملكي للتكنولوجيا وجامعة سيدني في أستراليا بدمج السبائك وعمليات الطباعة ثلاثية الأبعاد لإنشاء سبيكة تيتانيوم جديدة قوية وغير هشة تحت التوتر.
تتكون سبيكة التيتانيوم الجديدة من خليط من بلورتين من التيتانيوم، تسمى طور التيتانيوم وطور التيتانيوم، وكل منهما يتوافق مع ترتيب ذري محدد. الأكسجين والحديد هما أقوى مثبتات ومقويات لطور التيتانيوم وطور التيتانيوم، وهما متوفران بكثرة ورخيصة الثمن.
وجد الباحثون أن هناك مشكلتين في تطوير سبائك الحديد الصلبة من أكسيد التيتانيوم من خلال عمليات التصنيع التقليدية. الأول هو أن الأكسجين يجعل التيتانيوم هشًا؛ والآخر هو أن إضافة الحديد قد يسبب عيوبًا معدنية خطيرة وتكوين قطع كبيرة من التيتانيوم.
استخدم الفريق ترسيب الطاقة الموجه بالليزر لطباعة السبائك من المساحيق المعدنية، وهي عملية مناسبة لتصنيع الأجزاء الكبيرة والمعقدة. قام الفريق بدمج مفاهيم تصميم السبائك مع تصميم عملية الطباعة ثلاثية الأبعاد لتحديد سلسلة من السبائك القوية والمرنة وسهلة الطباعة.
العامل الدافع الرئيسي لهذه المادة هو التوزيع الفريد لذرات الأكسجين والحديد داخل وبين مرحلة التيتانيوم ومرحلة التيتانيوم. صمم الباحثون تدرج الأكسجين النانوي في مرحلة التيتانيوم مع شريحة قوية عالية الأكسجين وقطعة منخفضة الأكسجين قابلة للطرق، مما يتيح التحكم في الروابط الذرية المحلية ويقلل من احتمالية التقصف.
وقال الباحثون إن الفريق دمج فكرة الاقتصاد الدائري في التصميم، مما خلق الأمل في إنتاج سبائك تيتانيوم جديدة باستخدام النفايات الصناعية والمواد منخفضة الجودة. بالإضافة إلى ذلك، يمثل التقصف بالأكسجين تحديًا مهمًا ليس فقط بالنسبة للتيتانيوم، ولكن أيضًا بالنسبة للزركونيوم والنيوبيوم والموليبدينوم وسبائكها. قد يوفر البحث الجديد نموذجًا للتخفيف من مشكلة تقصف الأكسجين من خلال الطباعة ثلاثية الأبعاد وتصميم البنية المجهرية.
