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Científicos desarrollan aleaciones de titanio para impresión 3D y uso en procesos de fabricación

Consiste en una mezcla de dos formas de cristales de titanio, denominadas fase alfa-titanio y fase beta-titanio.

Los científicos de la Universidad de Sydney y RMIT han desarrollado una nueva clase de lo que ellos llaman aleaciones de “diseño” hechas de titanio destinadas a su uso en procesos de fabricación aditiva.

Al integrar diseños de aleaciones y procesos de impresión 3D, las aleaciones prometen resultados de alto rendimiento más sostenibles para aplicaciones en tecnologías aeroespaciales, biomédicas, de ingeniería química, espaciales y energéticas. .

El co-investigador principal, profesor de Infraestructura de Investigación de la Universidad de Sydney, Simon Ringer, dijo: “Esta investigación ofrece un nuevo sistema de aleación de titanio capaz de una amplia gama ajustable de propiedades mecánicas, alta capacidad de fabricación, enorme potencial para la reducción de emisiones. y conocimientos para el diseño de materiales en sistemas afines”.

Los nuevos materiales consisten en una mezcla de dos formas de cristales de titanio, denominadas fase alfa-titanio y fase beta-titanio, cada una correspondiente a una disposición específica de átomos.

Si bien las aleaciones de titanio se han producido tradicionalmente agregando aluminio y titanio, los investigadores investigaron el uso de oxígeno y hierro, elementos abundantes y económicos que pueden actuar como poderosos estabilizadores y fortalecedores de las fases de titanio alfa y beta.



Detalles de la investigación

El profesor Ringer dijo: “El habilitador crítico es la distribución única de átomos de oxígeno y hierro dentro y entre las fases alfa-titanio y beta-titanio.

“Hemos diseñado un gradiente de oxígeno a nanoescala en la fase de alfa-titanio, que presenta segmentos con alto contenido de oxígeno que son fuertes y segmentos con bajo contenido de oxígeno que son dúctiles (que conservan su resistencia después de moldearse en un hilo estrecho) lo que nos permite ejercer control sobre el enlace atómico local y así mitigar el potencial de fragilización”, explicó.

El investigador principal, el distinguido profesor Ma Qian de RMIT (en la foto), dijo que el equipo incorporó el pensamiento de economía circular en su diseño, creando una gran promesa para producir sus nuevas aleaciones de titanio a partir de desechos industriales y materiales de baja calidad.

“La reutilización de desechos y materiales de baja calidad tiene el potencial de agregar valor económico y reducir la alta huella de carbono de la industria del titanio”, dijo el profesor Qian del Centro de Fabricación Aditiva de RMIT en la Escuela de Ingeniería.

Según los investigadores, dos desafíos han obstaculizado el desarrollo de aleaciones de titanio-oxígeno-hierro alfa-beta fuertes y dúctiles: el oxígeno puede hacer que el titanio se vuelva quebradizo, mientras que agregar hierro podría provocar defectos graves.

El equipo utilizó la deposición de energía dirigida por láser (L-DED), un proceso de impresión 3D adecuado para fabricar piezas grandes y complejas, para imprimir sus aleaciones a partir de polvo metálico, desarrollando una microestructura única para rivalizar con las aleaciones comerciales.

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