호주 과학자들이 새로운 종류의 티타늄 합금을 개발했습니다.

금속 분말로 3D 프린팅한 합금은 강도와 ​​지속 가능성 측면에서 항공우주 및 생물의학 공학에 사용되는 기존의 '마법의 금속'과 경쟁합니다.

과학자들은 레이저 3D 프린팅을 사용하여 티타늄 산업의 지속 가능성을 향상시키고 항공우주 및 생물의학 공학에 사용될 수 있는 새로운 종류의 티타늄 합금을 만들었습니다.

티타늄은 많은 산업 분야의 핵심 금속이며 높은 강도, 가벼움 및 내구성으로 높이 평가됩니다.

새로운 합금 개발을 주도한 멜버른 RMIT 대학의 Ma Qian 교수는 티타늄을 "마법의 금속"으로 묘사했습니다.

"이것은 생체적합성이며 매년 1,000톤 이상의 티타늄 금속이 [전 세계적으로] 뼈 임플란트로 만들어집니다"라고 그는 말했습니다. 스테인레스 스틸보다 바닷물에서 부식에 강해 잠수함, 담수화 플랜트에도 널리 사용됩니다.

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Qian은 "티타늄 합금이 없었다면 오늘날처럼 비행할 수 없었을 것"이라며 티타늄이 일반 항공기 무게의 약 20%를 차지한다고 덧붙였습니다.

티타늄 산업의 중심은 알루미늄 6%와 바나듐 4%를 함유한 Ti-6Al-4V 합금입니다. 1954년에 발명된 이 단일 합금은 전체 티타늄 시장의 50% 이상을 차지한다고 Qian은 말했습니다.

금속 분말을 3D 프린팅하여 제작한 새로운 합금은 알루미늄과 바나듐이 필요 없으며, 대신 쉽게 구할 수 있는 산소와 철을 사용하여 공급 비용도 저렴합니다.

산소와 철 함량이 높은 합금은 전통적으로 스크랩 티타늄으로 간주되었습니다. 산소가 있으면 금속이 부서지기 쉬우며(종종 "티타늄의 크립토나이트"라고도 함) 철은 결함 반점으로 분리되는 경향이 있습니다.

그러나 3D 프린팅을 사용하면 과학자들은 합금 내에 나노 크기의 티타늄 결정을 생성하고 산소와 철 원자의 분포를 신중하게 제어할 수 있었습니다. 결과적으로, 합금의 일부 부분은 더 강하고 다른 부분은 더 연성이 있으며(와이어에 끌어당길 수 있음), 재료는 장력에도 부서지지 않습니다.

이 새로운 재료는 강도 면에서 기존의 티타늄 합금과 경쟁할 수 있다고 시드니 대학의 부총장이기도 한 공동 연구 책임자인 Simon Ringer 교수는 말했습니다.

3D 프린팅 합금의 장점 중 하나는 생산 중에 매개변수를 조정하여 재료에 "구배 특성"을 부여할 수 있다는 점이라고 Ringer는 말했습니다. "한 비트에는 특정 속성이 있고 다른 비트에는 다른 속성이 있는 것을 만들 수 있습니다."

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연구원들은 철과 산소 함량이 높은 티타늄이 새로운 합금으로 재활용될 수 있기 때문에 지속 가능성이 또 다른 이점이라고 말합니다.

개념 증명을 확립했지만 연구원들은 여전히 ​​생체 의학 임플란트, 우주 및 항공 우주 산업과 같은 산업 응용 분야에서 어느 정도 떨어져 있습니다.

첨단 제조 및 재료 기술은 연방 정부가 최근 핵심 기술 목록에 포함시킨 7개 분야 중 하나입니다.

Ringer는 “호주는 티타늄 광물 매장량 측면에서 세계 1위입니다.”라고 말했습니다. "호주에 있는 많은 엔지니어들은 첨단 제조가 생산 현장 진출을 위해 창출하는 기회에 대해 매우 기대하고 있습니다."

이 연구는 Nature 저널에 게재되었습니다.