Il design della

Quando pensi atitanio, si potrebbe pensare alle sue diffuse applicazioni nel settore aerospaziale e negli impianti medici: dopo tutto, questo metallo vanta un rapporto-/-peso eccezionalmente elevato, un'eccellente resistenza alla corrosione e biocompatibilità, che lo rendono un vero "tuttofare" nel mondo dei metalli. Tuttavia, per molto tempo, il titanio ha dovuto affrontare un "problema felice": la resistenza assoluta del titanio puro è troppo bassa per soddisfare i requisiti di resistenza elevata-; mentre legarlo con elementi come Al e V ne migliora la resistenza, ne degrada anche la resistenza alla corrosione e la biocompatibilità e presenta sfide nel riciclaggio degli elementi leganti e un potenziale esaurimento delle risorse.

Recentemente, uno studio pubblicato su *Materials Research Letters* ha offerto nuove speranze per risolvere questa sfida. Un team di ricerca dell'Università Tecnica della Danimarca e del Laboratorio di Suzhou ha fabbricato con successo una piastra eterogenea stratificata in titanio puro "a sandwich-" attraverso una combinazione innovativa di tecnologia di produzione additiva con fusione laser a letto di polvere (LPBF) e produzione tradizionale. Questa piastra in titanio non solo ha raggiunto un limite di snervamento di 439 MPa e una resistenza alla trazione di 596 MPa, ma possedeva anche un allungamento uniforme eccezionalmente elevato del 27%, rompendo la tradizionale comprensione secondo cui i materiali di titanio non possono possedere contemporaneamente elevata resistenza e duttilità.

Innovazione fondamentale: come si ottiene la struttura "sandwich" utilizzando la tecnologia LPBF? Per comprendere le prestazioni rivoluzionarie di questa piastra in titanio, è necessario prima comprenderne la "struttura speciale". Il gruppo di ricerca ha adottato un approccio composito di "substrato tradizionale + strato prodotto in modo additivo", con i passaggi specifici che testimoniano l'"ingegneria di precisione":
1. "Attenta selezione" delle materie prime: Substrato: è stata selezionata una piastra di titanio puro Gr2 prodotta tradizionalmente, con uno spessore di 2 mm e una struttura interna di grani equiassici con un diametro medio di 22,4 μm: questa struttura conferisce al substrato una buona duttilità ma una bassa resistenza. Polvere da stampa: anche polvere di titanio puro Gr2, con una dimensione delle particelle controllata tra 5~40μm e una dimensione media delle particelle di 25,8μm, preparata mediante atomizzazione del gas per garantire l'uniformità e la scorrevolezza della polvere.

2. Il gruppo di ricerca che utilizza la tecnica di "impilamento strato-per-strato" LPBF (Laser Powder Bed Fusion) non ha stampato direttamente una piastra di titanio completa. Hanno invece utilizzato un substrato tradizionale come “strato intermedio”, stampando 25 strati di materiale in titanio su ciascun lato del substrato utilizzando la tecnologia LPBF (ogni strato ha uno spessore di 40 μm, con uno spessore stampato totale di circa 1 mm). Durante il processo di stampa, la potenza del laser è stata impostata su 280 W, la velocità di scansione su 1200 mm/s ed è stato utilizzato specificamente un "percorso a scacchiera sfalsato", con la direzione di scansione ruotata di 67 gradi per ogni strato-il controllo preciso di questi parametri ha gettato le basi per la successiva microstruttura del gradiente. La piastra di titanio risultante assomiglia a un "sandwich di metallo": un tradizionale substrato morbido di titanio al centro, con strati duri prodotti in modo additivo su entrambi i lati e senza spazi evidenti tra il substrato e gli strati stampati-perché durante la stampa del primo strato, la superficie del substrato viene fusa dal laser, formando un "legame metallurgico", evitando completamente il problema dell'interfaccia debole dei tradizionali materiali stratificati. Il miracolo delle prestazioni: il "codice microscopico" dietro l'allungamento uniforme del 27%. Perché questa struttura a "sandwich" può consentire alla piastra di titanio di possedere sia un'elevata resistenza che un'elevata duttilità? La risposta sta nella sua microstruttura e nel meccanismo di deformazione.

In conclusione, dal dilemma secondo cui "resistenza e duttilità si escludono a vicenda" alla scoperta di un "allungamento uniforme del 27% + 596 resistenza alla trazione MPa", questa ricerca, attraverso il design ingegnoso di una struttura "sandwich" e la precisione della tecnologia LPBF, ha aperto una nuova finestra per lo sviluppo di materiali in titanio. Forse nel prossimo futuro vedremo questo nuovo materiale di titanio "morbido e duro" utilizzato in apparecchiature di fascia alta-.

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