Un equipo internacional crea una nueva aleación de titanio con tecnología de impresión 3D. Un equipo internacional crea una nueva aleación de titanio con tecnología de impresión 3D.

Un equipo internacional de investigadores, incluida la Universidad RMIT en Australia y la Universidad de Sydney, han combinado aleaciones y procesos de impresión 3D para crear una nueva aleación de titanio que es fuerte pero no quebradiza bajo tensión. El avance, publicado en el último número de la revista Nature, es prometedor para el desarrollo de una nueva clase de aleaciones de titanio de alto rendimiento más sostenibles para aplicaciones en la tecnología aeroespacial, biomedicina, ingeniería química, espacial y energética.

La nueva aleación de titanio consiste en una mezcla de dos cristales de titanio, llamados fase alfa-titanio y fase beta-titanio, cada uno de los cuales corresponde a una disposición específica de átomos. El oxígeno y el hierro son los dos estabilizadores y fortalecedores más potentes de las fases -titanio y -titanio, y son abundantes y baratos.

Pero los investigadores descubrieron que dos desafíos han obstaculizado el desarrollo de aleaciones resistentes de alfa-beta ferro-titanio mediante procesos de fabricación convencionales. Un desafío es que el oxígeno puede fragilizar el titanio; otra es que la adición de hierro puede provocar graves defectos metalúrgicos, formando titanio a granel.

El equipo imprimió su aleación a partir de polvo metálico mediante deposición de energía dirigida por láser, un proceso de impresión 3D adecuado para fabricar piezas grandes y complejas. Combinaron el concepto de diseño de aleaciones con el diseño del proceso de impresión 3D y determinaron una serie de aleaciones que son fuertes, dúctiles y fáciles de imprimir.

El factor habilitante clave es la distribución única de átomos de oxígeno y hierro dentro y entre las fases de titanio y titanio. Los investigadores diseñaron un gradiente de oxígeno a nanoescala en la fase de alfa-titanio con segmentos robustos con alto contenido de oxígeno y segmentos dúctiles con bajo contenido de oxígeno, lo que permite controlar los enlaces atómicos locales y reducir la posible fragilidad.

El equipo dice que las tentadoras propiedades de estas nuevas aleaciones son comparables a las de las aleaciones comerciales.

El profesor Simon Linge, rector de la Universidad de Sydney, dijo que el estudio proporcionó un nuevo sistema de aleación de titanio con una amplia gama de propiedades mecánicas ajustables, alta capacidad de fabricación, un enorme potencial para la reducción de emisiones y el primero de su tipo. Material Design proporciona información.

El diseño del equipo, que incorpora ideas de economía circular, es prometedor para producir nuevas aleaciones de titanio a partir de desechos industriales y materiales de baja calidad, dijeron los investigadores.

Además, la fragilización por oxígeno es un desafío metalúrgico importante no sólo para el titanio sino también para otros metales importantes como el circonio, el niobio, el molibdeno y sus aleaciones. La nueva investigación puede proporcionar un modelo para mitigar estos problemas de fragilización del oxígeno mediante la impresión 3D y el diseño microestructural.