Scienziati australiani creano una nuova classe di leghe di titanio

La lega stampata in 3D da polvere di metallo rivaleggia con il convenzionale “metallo magico” – utilizzato nell’ingegneria aerospaziale e biomedica – in termini di resistenza e sostenibilità

Gli scienziati hanno creato una nuova classe di leghe di titanio utilizzando la stampa laser 3D, che secondo loro potrebbe migliorare la sostenibilità dell’industria del titanio e essere utilizzata nell’ingegneria aerospaziale e biomedica.

Il titanio è un metallo chiave in molti settori ed è apprezzato per la sua elevata resistenza, leggerezza e durata.

Il professor Ma Qian della RMIT University di Melbourne, che ha guidato lo sviluppo della nuova lega, ha descritto il titanio come “un metallo magico”.

"È biocompatibile e ogni anno più di 1.000 tonnellate di titanio metallico vengono trasformate in impianti ossei [a livello globale]", ha affermato. Più resistente alla corrosione dell'acciaio inossidabile nell'acqua di mare, è ampiamente utilizzato anche nei sottomarini e negli impianti di desalinizzazione.

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"Senza le leghe di titanio, non saremmo in grado di volare come facciamo oggi", ha detto Qian, aggiungendo che il titanio costituisce circa il 20% del peso di un tipico aereo.

Il pilastro dell’industria del titanio è una lega nota come Ti-6Al-4V, che contiene il 6% di alluminio e il 4% di vanadio. Inventata nel 1954, questa lega unica rappresenta oltre il 50% dell'intero mercato del titanio, ha affermato Qian.

La nuova lega, stampata in 3D da polvere metallica, elimina la necessità di alluminio e vanadio, utilizzando invece gli elementi facilmente abbondanti ossigeno e ferro, che sono anche più economici da reperire.

Le leghe con un alto contenuto di ossigeno e ferro sono state tradizionalmente considerate titanio di scarto. La presenza di ossigeno può rendere fragile il metallo – spesso definito “kryptonite di titanio” – mentre il ferro ha la tendenza a separarsi in macchie difettose.

L’uso della stampa 3D, tuttavia, ha permesso agli scienziati di produrre cristalli di titanio di dimensioni nanometriche all’interno della lega e di controllare attentamente la distribuzione degli atomi di ossigeno e ferro. Di conseguenza, alcune parti della lega sono più resistenti e altre più duttili (in grado di essere trasformate in fili) e il materiale non è fragile sotto tensione.

Il nuovo materiale rivaleggia con le tradizionali leghe di titanio in termini di resistenza, ha affermato il ricercatore co-responsabile Prof Simon Ringer, che è anche pro-rettore presso l’Università di Sydney.

Un vantaggio della lega stampata in 3D era la capacità di modificare i parametri durante la produzione per conferire al materiale “proprietà di gradiente”, ha affermato Ringer. "Puoi costruire una cosa che abbia determinate proprietà in un bit e altre proprietà in un altro."

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La sostenibilità è un altro vantaggio, dicono i ricercatori, perché il titanio con un alto contenuto di ferro e ossigeno potrebbe essere riciclato nella nuova lega.

Avendo stabilito la prova di concetto, i ricercatori sono ancora lontani dalle applicazioni industriali, come negli impianti biomedici e nell'industria spaziale e aerospaziale.

La tecnologia avanzata della produzione e dei materiali è uno dei sette campi che il governo federale ha recentemente incluso nella sua lista di tecnologie critiche.

"L'Australia è il numero 1 in termini di quantità di riserve di minerali di titanio nel mondo", ha affermato Ringer. "Molti di noi ingegneri in Australia sono davvero entusiasti dell'opportunità che la produzione avanzata sta creando per l'onshoring della produzione."

Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Nature.