di Sara Bagherifard [fonte: Song et al., Nature, 618, pp. 63-68 (2023)]
Un team di ricercatori della RMIT University e della University di Sydney ha utilizzato la stampa 3D per creare una nuova classe di leghe di titanio più sostenibili, resistenti e duttili sotto tensione. Questa svolta, riportata in un articolo su Nature, potrebbe aiutare a estendere le applicazioni delle leghe di titanio, migliorare la sostenibilità e facilitare la progettazione di leghe innovative ad alte prestazioni. Inoltre, in linea con le direttive dell’economia circolare, questo lavoro crea grandi aspettative per la produzione delle nuove leghe di titanio da rifiuti industriali e materiali di bassa qualità.
La tecnica e il processo
Le leghe di cui stiamo parlando sono costituite da una miscela di due forme di cristalli di titanio chiamate fase alfa-titanio e fase beta-titanio, ciascuna corrispondente a una specifica disposizione degli atomi che sono alla base dell’industria del titanio. Dal 1954, infatti, queste leghe sono state prodotte principalmente aggiungendo alluminio e vanadio al titanio. Il team ha invece studiato l’impiego di ossigeno e ferro – due dei più potenti stabilizzatori e rinforzi delle fasi alfa e beta-titanio – che sono abbondanti e poco costosi. Utilizzando la tecnologia Laser Directed Energy Deposition (L-DED) – un processo di stampa 3D adatto alla realizzazione di parti grandi e complesse – per stampare attraverso polvere metallica, il team ha ottenuto interessanti proprietà per queste nuove leghe controllando la loro microstruttura (Figura 1). L’attivatore critico è stata la distribuzione unica di ossigeno e atomi di ferro all’interno e tra le fasi alfa e beta-titanio. È stato quindi progettato un gradiente nanometrico di ossigeno nella fase alfa-titanio, con segmenti ad alto contenuto di ossigeno che sono forti e segmenti a basso contenuto di ossigeno che sono duttili, permettendo di esercitare il controllo sul legame atomico locale e quindi mitigare il potenziale di infragilimento.
Le potenzialità della ricerca
Questa tecnica crea una potenziale opportunità per l’industria nel tentativo di riutilizzare polveri riciclate di titanio ad alto contenuto di ossigeno o polveri di titanio ottenute da rottami di titanio ad alto contenuto di ossigeno. La ricerca offre quindi un nuovo sistema di leghe di titanio che permettono una gamma ampia e regolabile di proprietà meccaniche e un’alta producibilità, oltre a consentire la riduzione delle emissioni e la progettazione di materiali in sistemi affini.