새로운 종류의 "디자이너" 티타늄 합금이 폐기물로 만들어질 수 있습니다.

May 06, 2023

새로운 3D 프린팅 공정은 바나듐과 같은 고가의 첨가물 없이 폐기물로부터 잠재적으로 만들 수 있는 강력하고 연성이며 조정 가능한 새로운 종류의 티타늄 합금을 열었습니다. 지르코늄, 니오븀, 몰리브덴에도 효과가 있을 수 있습니다.

티타늄 합금은 가격이 비싸지만 높은 강도, 낮은 무게, 부식 및 고온에 대한 저항성을 요구하는 상황에서 자주 사용되는 매우 유용한 재료입니다. 항공우주, 고급 자동차, 건설, 스포츠, 산업 및 의료 응용 분야에서 흔히 발견됩니다.

호주 RMIT 대학이 이끄는 연구팀은 시드니 대학, 홍콩 폴리테크닉 대학, 멜버른의 Hexagon Manufacturing Intelligence와 협력하여 티타늄/바나듐만큼 강하고 작동 가능한 새로운 티타늄 합금을 만드는 근본적으로 다른 방법을 개발했다고 밝혔습니다. /알루미늄 합금이지만 값비싼 금속 대신 값싸고 풍부한 산소와 철을 사용합니다.

이는 표준 티타늄 합금 제조에서 크게 벗어났습니다. 팀에 따르면 산소는 티타늄의 알파상을 위한 훌륭한 안정제이자 강화제이지만 산소는 부서지기 쉽고 균열을 일으키기도 합니다. 따라서 티타늄의 "크립토나이트"라는 별명이 붙었습니다. 어떤 합금이 만들어지는지에 따라 산소 함량을 0.12%에서 0.72% 사이로 제한하는 산업용 티타늄 합금에 대한 경험적 설계 규칙이 있으며 일반적으로 알루미늄이 이러한 목적으로 대신 사용됩니다.

마찬가지로 철은 값싸고 풍부할 뿐만 아니라 베타상 티타늄 안정화를 위한 두 번째로 가벼운 후보이기도 합니다. 그러나 이는 베타 티타늄이 최대 센티미터 크기의 큰 반점으로 서로 뭉쳐 최종 금속에 구조적 결함을 일으키는 경향이 있습니다. 따라서 이는 또한 엄격하게 통제되며 대부분의 산업용 합금 제조에서 2% 미만으로 유지됩니다.

그러나 팀은 레이저 금속 분말 지향 에너지 증착으로 알려진 3D 프린팅 프로세스의 일부로 합금을 혼합함으로써 이러한 단점을 제거할 수 있다는 것을 발견했습니다. 이를 통해 재료가 놓일 때 재료의 미세 구조에 세심한 주의를 기울일 수 있었습니다. 아래에.

그들은 산소와 철을 안정제로 사용하여 일련의 합금을 만들고 인쇄했으며 다양한 방법으로 테스트하여 상업용 티타늄 합금의 강도와 연성에 필적할 수 있음을 발견했습니다. 3D 프린팅을 통해 이러한 새로운 합금은 필요한 정확한 모양으로 만들어지지만 금속의 특성은 제작 중인 제품에 맞게 조정할 수도 있습니다. 따라서 "디자이너" 티타늄 합금이라는 별명이 붙습니다.

공동 수석 연구원이자 시드니 대학교 Pro-Vice는 "이 연구는 광범위하고 조정 가능한 범위의 기계적 특성, 높은 제조 가능성, 배출 감소를 위한 막대한 잠재력 및 유사 시스템의 재료 설계에 대한 통찰력을 제공하는 새로운 티타늄 합금 시스템을 제공합니다."라고 말했습니다. - 보도 자료에서 Simon Ringer 총장 교수.

"중요한 원동력은 알파-티타늄과 베타-티타늄 상 내부와 그 사이에 산소와 철 원자의 독특한 분포입니다."라고 그는 설명합니다. "우리는 강한 고산소 세그먼트와 연성이 있는 저산소 세그먼트를 특징으로 하는 알파-티타늄 단계에서 나노 규모의 산소 구배를 설계하여 국부적인 원자 결합을 제어하고 잠재적인 산소 손실을 완화할 수 있습니다. 취성."

산소 취성은 티타늄의 문제일 뿐만 아니라 지르코늄, 니오븀, 몰리브덴 및 기타 금속에서 티타늄이 사용되는 것을 막는 핵심 요소이기도 합니다. 연구자들은 이러한 다른 금속에도 동일한 공정이 가능할 수 있다고 생각하지만 추가 연구가 필요합니다.

이 기술은 고가의 금속 사용을 제한할 뿐만 아니라 현재 저등급으로 간주되는 재활용 산업 폐기물 및 재료를 활용하여 티타늄 합금의 비용을 절감할 수도 있습니다.

RMIT 부총장 연구원인 수석 저자 Tingting Song 박사는 이 팀이 "우리의 새로운 개념의 증명에서부터 산업 응용을 향한 주요 여정의 시작 단계에 있습니다. 흥분할 만한 근거가 있습니다. 3D 프린팅은 새로운 합금을 만드는 근본적으로 다른 방법이며 전통적인 접근 방식에 비해 뚜렷한 이점이 있습니다. 업계에서는 폐 스폰지 티타늄-산소-철 합금, '사양을 벗어난' 재활용 고산소 티타늄 분말 또는 티타늄 분말을 재사용할 수 있는 잠재적인 기회가 있습니다. 우리의 접근 방식을 사용하여 고산소 스크랩 티타늄을 생산합니다."