국제팀, 3D 프린팅 기술로 새로운 티타늄 합금 탄생국제팀, 3D 프린팅 기술로 새로운 티타늄 합금 탄생

호주 RMIT 대학과 시드니 대학을 포함한 국제 연구팀은 합금과 3D 프린팅 공정을 결합하여 강하면서도 장력에도 부서지지 않는 새로운 티타늄 합금을 만들었습니다. 네이처(Nature) 저널 최신호에 발표된 이 획기적인 연구는 항공우주, 생물의학, 화학공학, 우주 및 에너지 기술 분야에 적용할 수 있는 보다 지속 가능한 새로운 종류의 고성능 티타늄 합금 개발을 약속합니다.

새로운 티타늄 합금은 알파-티타늄 상과 베타-티타늄 상이라고 불리는 두 개의 티타늄 결정의 혼합물로 구성되며, 각각은 특정 원자 배열에 해당합니다. 산소와 철은 α-티타늄과 α-티타늄 상에 대한 가장 강력한 두 가지 안정제이자 강화제이며 풍부하고 저렴합니다.

그러나 연구원들은 두 가지 문제가 기존 제조 공정을 통해 견고한 알파-베타 페로-티타늄 합금 개발을 방해한다는 사실을 발견했습니다. 한 가지 과제는 산소가 티타늄을 취약하게 만들 수 있다는 것입니다. 또 다른 하나는 철을 첨가하면 심각한 야금학적 결함이 발생하여 벌크 티타늄이 형성될 수 있다는 것입니다.

팀은 크고 복잡한 부품을 만드는 데 적합한 3D 프린팅 프로세스인 레이저 지향 에너지 증착을 사용하여 금속 분말에서 합금을 프린팅했습니다. 그들은 합금 설계 개념과 3D 프린팅 프로세스 설계를 결합하여 강하고 연성이며 프린팅이 쉬운 일련의 합금을 결정했습니다.

핵심 가능 요인은 티타늄과 티타늄 상 사이 및 내부에 산소와 철 원자가 고유하게 분포되어 있다는 것입니다. 연구진은 강력한 고산소 세그먼트와 연성 저산소 세그먼트를 사용하여 알파-티타늄 단계에서 나노 규모의 산소 구배를 설계하여 국지적 원자 결합을 제어하고 잠재적인 취성을 줄일 수 있었습니다.

연구팀은 이 새로운 합금의 감미로운 특성이 상업용 합금과 비슷하다고 말합니다.

시드니 대학교 부총장인 Simon Linge 교수는 이번 연구가 동종 최초의 광범위한 조정 가능한 기계적 특성, 높은 제조 가능성, 엄청난 방출 감소 잠재력을 갖춘 새로운 티타늄 합금 시스템을 제공했다고 말했습니다. 머티리얼 디자인은 통찰력을 제공합니다.

순환 경제 아이디어를 통합한 팀의 설계는 산업 폐기물과 저급 재료로부터 새로운 티타늄 합금을 생산할 수 있는 가능성을 가지고 있다고 연구진은 말했습니다.

더욱이, 산소 취성은 티타늄뿐만 아니라 지르코늄, 니오븀, 몰리브덴 및 그 합금과 같은 다른 중요한 금속에도 주요 야금학적 과제입니다. 새로운 연구는 3D 프린팅과 미세 구조 설계를 통해 이러한 산소 취성 문제를 완화하기 위한 템플릿을 제공할 수 있습니다.