Die neue Titanlegierung hat die höchste spezifische Festigkeit aller 3D-Modelle

Ingenieure der Monash University haben eine neue 3D-druckbare Titanlegierung mit einer einzigartigen Mikrostruktur entwickelt, die sie extrem stabil macht. Es ist nicht nur stärker als die meisten anderen Formen von Titan, sondern weist auch das höchste Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht aller jemals hergestellten 3D-gedruckten Metalle auf.

Titanlegierungen werden in der Industrie bereits aufgrund ihrer Festigkeit und ihres relativ geringen Gewichts geschätzt, was sie ideal für Flugzeuge und andere Fahrzeuge macht. Aber es gibt immer Raum für Verbesserungen, und die neue Monash-Legierung zeichnet sich nicht nur durch eine höhere Festigkeit aus, sondern lässt sich dank des 3D-Drucks auch viel einfacher in die gewünschte Form bringen.

Das Team beginnt mit einer gängigen 3D-Drucktechnik, bei der ein Bett aus pulverförmigem Metall von einem Laser geschmolzen und Schicht für Schicht zu einem Feststoff verschmolzen wird. In diesem Fall handelt es sich bei diesem Metallpulver um die üblicherweise verwendete Beta-Titan-Legierung. Anschließend wird das Material einer Wärmebehandlung bei Temperaturen zwischen 480 und 520 °C (896 und 968 °F) unterzogen, wodurch eine Mikrostruktur entsteht, die der Legierung ihre unglaubliche Festigkeit verleiht.

Der Behandlungsprozess führt dazu, dass sich Titanpartikel zu Nanokörnern zusammenlagern, die zu „Nanozwillings“-Strukturen verschmelzen, die jeweils eine gemeinsame Seite haben. Das Team sagt, dass dies die erste Titanlegierung ist, die diese Art von Struktur aufweist und sie dadurch viel stärker als üblich macht.

In Tests zeigte das Team, dass die neue Titanlegierung sowohl eine Dehnung als auch eine Zugfestigkeit (Dehnung bzw. Zug) von über 1.600 MPa aufwies. Zum Vergleich: Die meisten handelsüblichen Titanlegierungen erreichen eine Spitzentemperatur von etwa 1.000 MPa. Dies sei auch die höchste spezifische Festigkeit für jede andere 3D-gedruckte Metalllegierung, sagt das Team.

„Unsere Ergebnisse bieten einen völlig neuen Ansatz zur Ausscheidungsverfestigung in kommerziellen Legierungen, der zur Herstellung realer Komponenten mit komplexer Form für tragende Anwendungen genutzt werden kann“, sagte Professor Aijun Huang, leitender Forscher der Studie. „Diese Anwendung gibt es bisher bei allen Titanlegierungen noch nicht. Durch den 3D-Druck und die einfache Wärmebehandlung werden zudem die Prozesskosten im Vergleich zu anderen Materialien mit ähnlicher Festigkeit deutlich reduziert.“

Die Forschung wurde in der Zeitschrift Nature Materials veröffentlicht.

Quelle: Monash University