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Desarollan una aleación avanzada de titanio usando la fusión láser de lecho de polvo

Publicado el octubre 29, 2021 por Alicia M.

Científicos de la City University de Hong Kong (CityU) han logrado un gran avance en el desarrollo de una aleación de titanio avanzada. Gracias a la fabricación aditiva, han conseguido crear una aleación con cualidades mecánicas superiores. El proyecto surgió a partir de una modelización que demostraba que, aunque lo ideal es aumentar la uniformidad de los componentes de las aleaciones para evitar su fragilidad, en realidad un cierto grado de heterogeneidad (diversidad) podría crear microestructuras únicas que mejoraran las propiedades de la aleación. Basándose en esta idea, y utilizando la fusión láser por lecho de polvo, junto con polvos de aleación de acero inoxidable y titanio, los científicos consiguieron crear una aleación más fuerte y ligera.

El equipo de investigación, dirigido por el profesor Chain-Tsuan Lieu, del Instituto de Estudios Avanzados de Hong Kong (HKIAS) de la CityU, publicó un artículo en el que exponían sus conclusiones, en la revista Science. Fue titulado «Diseño in situ de una aleación de titanio avanzada con modulación de la concentración mediante fabricación aditiva». Aunque la fabricación aditiva se considera a menudo por sus ventajas en cuanto a las posibilidades geométricas para el diseño de piezas, en este caso el equipo exploró cómo podía utilizarse no sólo para crear piezas con materiales, sino también para desarrollar estos mismo con mejores propiedades.

Titanium Alloy

La microestructura tipo lava en la aleación de titanio impresa en 3D. | Créditos: Dr Zhang Tianlong /DOI number: 10.1126/science.abj3770

El Dr. Tianlong Zhang, postdoctorado en el Departamento de Ciencia e Ingeniería de los Materiales (MSE) de CityU y uno de los autores del artículo, explicó: «Las características únicas de la fabricación aditiva nos proporcionan una mayor libertad en el diseño de microestructuras. En concreto, hemos desarrollado un método de homogeneización parcial para producir aleaciones con gradientes de concentración a escala micrométrica con la ayuda de la impresión 3D, lo cual es inalcanzable por cualquier método convencional de fabricación de materiales».

En esencia, el proceso consistió en fundir y mezclar dos aleaciones diferentes, por ejemplo polvos de aleación de titanio y polvos de acero inoxidable, utilizando la fusión láser de lecho de polvo. Concretamente, utilizaron el Ti-6Al-4V (una aleación de titanio) y una pequeña cantidad de acero inoxidable 316L. Así consiguieron producir modulaciones de concentración a escala micrométrica de los elementos de acero inoxidable dentro de la aleación de titanio. Esto contribuyó a una transformación del material que le dio una mayor resistencia a la tracción con un alargamiento uniforme y una excelente capacidad de endurecimiento por trabajo.

Los resultados mostraron que la aleación resultante tenía propiedades mecánicas superiores. | Créditos: Dr Zhang Tianlong /DOI number: 10.1126/science.abj3770

El equipo controló ciertos parámetros de impresión, como la potencia del láser y la velocidad de barrido, lo que les permitió crear la composición no uniforme de los elementos, pero de forma más controlable. Se puede decir que la aleación final fue todo un éxito éxito. No sólo es un 40% más ligera que el acero inoxidable tradicional, sino que sigue mostrando una resistencia increíble. Puedes obtener más información a través del comunicado oficial de prensa de la CityU, aquí.

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*Créditos foto de portada: City University of Hong Kong

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