Инженеры из Университета Монаша разработали новый титановый сплав для 3D-печати с уникальной микроструктурой, которая делает его сверхпрочным. Он не только прочнее большинства других форм титана, но и имеет самое высокое отношение прочности к весу среди всех металлов, напечатанных на 3D-принтере.
Титановые сплавы уже ценятся в промышленности благодаря своей прочности и относительно легкому весу, что делает их идеальными для самолетов и других транспортных средств.
Но всегда есть место для совершенствования, и новый сплав не только может похвастаться большей прочностью, но и благодаря 3D-печати, ему гораздо легче придать любую необходимую форму.
Процесс начинается с обычной техники 3D-печати, когда слой порошкового металла расплавляется лазером, сплавляя его в твердое тело слой за слоем.
В данном случае этот порошкообразный металл представляет собой обычно используемый бета-титановый сплав. Затем материал подвергается термообработке при температуре от 480 до 520 °C, в результате чего создается микроструктура, придающая сплаву невероятную прочность.
В процессе обработки частицы титана осаждаются вместе в нанозерна, которые сливаются в «нанодвойные» структуры, каждая из которых имеет общую сторону. Ученые говорят, что это первый титановый сплав с такой структурой, и это делает его намного прочнее, чем обычно.
В ходе испытаний было продемонстрировано, что новый титановый сплав имеет предел прочности при растяжении и разрыве более 1600 МПа. Для справки, большинство коммерческих титановых сплавов имеют максимальный предел около 1000 МПа.
По словам ученых, это также самая высокая удельная прочность для любого другого металлического сплава, напечатанного на 3D-принтере.
«Наши результаты предлагают совершенно новый подход к дисперсионному упрочнению коммерческих сплавов, который можно использовать для производства реальных компонентов сложной формы для несущих нагрузок», — сказал профессор Айджун Хуанг, ведущий автор исследования.
«Это приложение все еще отсутствует для любых титановых сплавов на сегодняшний день. 3D-печать плюс простая термообработка также означают, что стоимость процесса значительно снижается по сравнению с другими материалами с аналогичной прочностью».
Исследование было опубликовано в журнале Nature Materials.