فريق دولي ينشئ سبيكة تيتانيوم جديدة باستخدام تقنية الطباعة ثلاثية الأبعادفريق دولي ينشئ سبيكة تيتانيوم جديدة باستخدام تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد

قام فريق دولي من الباحثين، بما في ذلك جامعة RMIT في أستراليا وجامعة سيدني، بدمج السبائك وعمليات الطباعة ثلاثية الأبعاد لإنشاء سبيكة تيتانيوم جديدة قوية ولكنها ليست هشة تحت التوتر. يحمل هذا الاختراق، الذي نُشر في العدد الأخير من مجلة Nature، وعدًا بتطوير فئة جديدة من سبائك التيتانيوم عالية الأداء الأكثر استدامة للتطبيقات في مجال الطيران والطب الحيوي والهندسة الكيميائية وتكنولوجيا الفضاء والطاقة.

تتكون سبيكة التيتانيوم الجديدة من خليط من بلورتين من التيتانيوم، تسمى مرحلة ألفا تيتانيوم ومرحلة بيتا تيتانيوم، كل منها يتوافق مع ترتيب معين من الذرات. يعتبر الأكسجين والحديد من أقوى المثبتات والمقويات لمرحلتي التيتانيوم والتيتانيوم، وهما متوفران بكثرة ورخيصة الثمن.

لكن الباحثين وجدوا أن هناك تحديين أعاقا تطوير سبائك ألفا بيتا الحديدية والتيتانيوم من خلال عمليات التصنيع التقليدية. أحد التحديات هو أن الأكسجين يمكن أن يؤدي إلى هشاشة التيتانيوم؛ والسبب الآخر هو أن إضافة الحديد يمكن أن يؤدي إلى عيوب معدنية شديدة، مما يشكل كتلة من التيتانيوم.

قام الفريق بطباعة سبيكة من مسحوق معدني باستخدام ترسيب الطاقة الموجهة بالليزر، وهي عملية طباعة ثلاثية الأبعاد مناسبة لصنع أجزاء كبيرة ومعقدة. لقد جمعوا بين مفهوم تصميم السبائك وتصميم عملية الطباعة ثلاثية الأبعاد، وحددوا سلسلة من السبائك القوية والمرنة وسهلة الطباعة.

عامل التمكين الرئيسي هو التوزيع الفريد لذرات الأكسجين والحديد داخل وبين مرحلتي التيتانيوم والتيتانيوم. قام الباحثون بتصميم تدرج الأكسجين النانوي في مرحلة ألفا تيتانيوم مع شرائح قوية عالية الأكسجين وشرائح منخفضة الأكسجين قابلة للطرق، مما يتيح التحكم في الروابط الذرية المحلية وتقليل التقصف المحتمل.

ويقول الفريق إن الخصائص المحيرة لهذه السبائك الجديدة يمكن مقارنتها بالسبائك التجارية.

وقال البروفيسور سايمون لينج، نائب رئيس جامعة سيدني، إن الدراسة قدمت نظامًا جديدًا لسبائك التيتانيوم مع مجموعة واسعة من الخواص الميكانيكية القابلة للضبط، وقابلية تصنيع عالية، وإمكانات هائلة لتقليل الانبعاثات، والأول من نوعه. يوفر تصميم المواد رؤى.

وقال الباحثون إن تصميم الفريق، الذي يتضمن أفكار الاقتصاد الدائري، يبشر بإنتاج سبائك تيتانيوم جديدة من النفايات الصناعية والمواد منخفضة الجودة.

علاوة على ذلك، يمثل التقصف بالأكسجين تحديًا معدنيًا كبيرًا ليس فقط بالنسبة للتيتانيوم ولكن أيضًا بالنسبة للمعادن المهمة الأخرى مثل الزركونيوم والنيوبيوم والموليبدينوم وسبائكها. قد يوفر البحث الجديد نموذجًا للتخفيف من مشكلات تقصف الأكسجين من خلال الطباعة ثلاثية الأبعاد والتصميم المجهري.