香港理工大學《Nature》：利用3D打印開發新型高性能鈦合金
時間：2023-09-01 10:58 來源：南極熊 作者：admin 閱讀：次
2023年8月31日，香港理工大學（以下簡稱理大）科學家與皇家墨爾本理工大學和悉尼大學合作，成功利用3D打印解決了鈦合金生產中長期存在的質量和廢物管理等問題。這項研究以題為“Strong and ductiletitanium–oxygen–iron alloys by additive manufacturing/通過增材制造實現強韌性鈦氧鐵合金”的論文發表在《自然》雜志上。
相關論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-023-05952-6
鈦合金是先進的輕質材料，在許多關鍵應用中發揮著不可或缺的作用。研究團隊發現，創新地使用增材制造來生產鈦合金和其他潛在的金屬材料具有許多優勢，例如降低成本、提高性能和可持續廢物管理。通過使用3D打印，研究團隊生產出了一種新型的堅固、延展性和可持續的鈦合金（α-β
Ti-O-Fe合金）。這些性能是通過加入廉價且豐富的氧和鐵來實現的，它們是α-β
相鈦合金的兩種最強大的穩定元素和強化劑。新型鈦合金在多種應用中展現出巨大的潛力——從航空航天和海洋工程到消費電子產品和生物醫學設備。
△陳子斌博士
與自1954年制定以來廣泛使用的Ti-6AI-4V基準材料相比，研究團隊生產的新型鈦合金表現出更好的機械性能，具有可比的延展性和顯著更高的強度。
盡管鑄造等傳統制造方法也可用于生產新型鈦合金，但所得材料的較差性能可能使其不適合實際工程。增材制造有效克服了傳統方法改善合金性能的局限性。
通常用于生產鈦合金的能源密集型克羅爾（Kroll）工藝會產生不合格的海綿鈦，約占所有海綿鈦的 10%，從而導致大量浪費并增加生產成本。增材制造通過回收不合格的海綿鈦，將廢物轉化為粉末以用作原材料，有效地解決了這個問題。
理大工業及系統工程系助理教授、2022年青年創新研究員獎得主陳子斌博士表示，以及該研究的主要作者：“我們的工作可以促進金屬合金生產行業產生的 10% 以上廢物的回收利用。這可以顯著降低工業的材料和能源成本，有助于環境可持續發展和減少碳足跡。”
△KeithKC Chan教授（右）和陳子斌博士（左）
該研究整合了合金設計、計算模擬和實驗表征，以探索新型鈦α-β Ti-O-Fe 合金的增材制造工藝-微觀結構-性能空間。
該研究強調，增材制造可以一步生產復雜且功能性的金屬零件，從而加速產品開發并降低成本。此外，它還可用于制造具有獨特結構和成分的金屬零件，這是傳統方法無法實現的。
在質量改進方面，增材制造可以調整金屬合金的微觀結構，從而提高強度、靈活性以及耐腐蝕性和防水性。此外，還可以制造具有復雜內部結構的輕質且堅固的金屬零件。這項研究突破為 3D 打印推動的整體和可持續材料設計策略開辟了可能性。
該項研究的合著者之一、香港理工大學工業及系統工程系主席陳家聰教授表示：“這項工作可以作為其他金屬合金使用3D打印來增強其性能并擴大其適用性的模型或基準。金屬3D打印是一個新興領域，在材料制造中廣泛采用還需要一段時間。”
(責任編輯：admin)
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