新型钛合金的创新研究

在一项令人瞩目的科学突破中，由澳大利亚皇家墨尔本理工大学和悉尼大学组成的国际研究团队，成功地将合金与3D打印技术相结合，开发出了一种新型的钛合金。这种合金在拉伸状态下展现出了既坚固又不易碎的特性，为航空航天、生物医学、化学工程、空间和能源技术等领域的应用带来了新的希望。这一成果已在最新一期的《自然》杂志上发表。

该新型钛合金由α-钛相和β-钛相两种钛晶体混合而成，每种晶体都具有特定的原子排列。氧气和铁作为这两种相的最强大的稳定剂和强化剂，它们不仅资源丰富，而且成本低廉。

然而，研究人员在开发过程中遇到了两大挑战。首先，氧气的加入会使钛变得脆弱；其次，铁的添加可能导致严重的冶金缺陷，生成大块的β钛。

为了克服这些难题，研究团队采用了激光定向能沉积技术，从金属粉末中打印出合金。这种3D打印工艺特别适合制造大型复杂的零件。通过将合金设计理念与3D打印工艺相结合，研究团队确定了一种既坚固又具有良好的延展性，且易于打印的合金。

研究的关键推动因素在于氧和铁原子在α-钛相和β-钛相内部以及它们之间的独特分布。研究人员在α-钛相中设计了一种纳米级的氧梯度，其中包含坚固的高氧段和具有延展性的低氧段。这种设计能够对局部原子键进行精确控制，从而降低了材料脆化的风险。

据该团队介绍，这些新合金的性能非常吸引人，甚至可以与商业合金相媲美。

悉尼大学的西蒙·林格教授，作为副校长，对这项研究给予了高度评价。他认为这项研究不仅提供了一种具有广泛且可调机械性能、高可制造性和巨大减排潜力的新型钛合金系统，而且为同类系统材料设计提供了宝贵的见解。

此外，研究团队在设计中融入了循环经济的理念，为利用工业废料和低品位材料生产新型钛合金开辟了新的可能性。值得注意的是，氧脆化问题不仅对钛金属构成挑战，也对锆、铌、钼及其合金等其他重要金属造成了重大的冶金难题。这项新研究可能为通过3D打印和微结构设计来解决这些氧脆化问题提供了一个模板。这一发现已被《科技日报》所报道。