Desain 'Kombinasi Lembut Dan Keras' Pelat Titanium Murni Mencetak Rekor Baru Untuk Sifat Mekanik - Berita

Ketika Anda memikirkantitanium, Anda mungkin berpikir tentang penerapannya yang luas dalam implan ruang angkasa dan medis – lagipula, logam ini memiliki rasio kekuatan-terhadap-berat yang sangat tinggi, ketahanan terhadap korosi yang sangat baik, dan biokompatibilitas, menjadikannya "jack-dari-semua-perdagangan" sejati di dunia logam. Namun, untuk waktu yang lama, titanium menghadapi "masalah yang menyenangkan": kekuatan absolut titanium murni terlalu rendah untuk memenuhi-persyaratan kekuatan yang tinggi; sementara memadukannya dengan unsur-unsur seperti Al dan V meningkatkan kekuatannya, hal ini juga menurunkan ketahanan terhadap korosi dan biokompatibilitasnya, serta menghadirkan tantangan dalam mendaur ulang unsur-unsur paduan dan potensi penipisan sumber daya.

Baru-baru ini, sebuah penelitian yang diterbitkan dalam *Materials Research Letters* menawarkan harapan baru untuk memecahkan tantangan ini. Sebuah tim peneliti dari Universitas Teknik Denmark dan Laboratorium Suzhou berhasil membuat pelat titanium murni berlapis heterogen "seperti sandwich" melalui kombinasi inovatif teknologi manufaktur aditif fusi lapisan bubuk laser (LPBF) dan manufaktur tradisional. Pelat titanium ini tidak hanya mencapai kekuatan luluh sebesar 439 MPa dan kekuatan tarik sebesar 596 MPa, namun juga memiliki perpanjangan seragam yang sangat tinggi sebesar 27%, mematahkan pemahaman tradisional bahwa material titanium tidak dapat memiliki kekuatan dan keuletan yang tinggi secara bersamaan.

Inovasi Inti: Bagaimana struktur "sandwich" dicapai dengan menggunakan teknologi LPBF? Untuk memahami terobosan kinerja pelat titanium ini, pertama-tama kita harus memahami "struktur khususnya". Tim peneliti mengadopsi pendekatan gabungan dari "substrat tradisional + lapisan yang diproduksi secara aditif", dengan langkah-langkah spesifik yang menjadi bukti "rekayasa presisi":
1. Pemilihan Bahan Baku yang "Hati-hati": Substrat: Pelat titanium murni Gr2 yang diproduksi secara tradisional dipilih, dengan ketebalan 2 mm dan struktur internal butiran sama sumbu dengan diameter rata-rata 22,4μm – struktur ini memberikan keuletan yang baik pada substrat tetapi kekuatannya rendah. Bubuk cetak: Juga bubuk titanium murni Gr2, dengan ukuran partikel dikontrol antara 5~40μm dan ukuran partikel rata-rata 25,8μm, dibuat dengan atomisasi gas untuk memastikan keseragaman dan kemampuan mengalir bubuk.

2. Tim peneliti yang menggunakan teknik "lapisan-demi-penumpukan lapisan" LPBF (Laser Powder Bed Fusion) tidak secara langsung mencetak pelat titanium lengkap. Sebaliknya, mereka menggunakan media tradisional sebagai "lapisan perantara", mencetak 25 lapisan bahan titanium di setiap sisi media menggunakan teknologi LPBF (setiap lapisan memiliki ketebalan 40μm, dengan total ketebalan cetakan sekitar 1mm). Selama proses pencetakan, daya laser disetel ke 280W, kecepatan pemindaian ke 1200mm/s, dan "jalur kotak-kotak terhuyung" digunakan secara khusus, dengan arah pemindaian diputar 67 derajat untuk setiap lapisan-kontrol yang tepat dari parameter ini meletakkan dasar bagi struktur mikro gradien berikutnya. Pelat titanium yang dihasilkan menyerupai "sandwich logam": substrat titanium tradisional yang lembut di tengah, dengan lapisan yang dibuat dengan bahan aditif keras di kedua sisinya, dan tidak ada celah yang jelas antara media dan lapisan yang dicetak-karena selama pencetakan lapisan pertama, permukaan media dicairkan oleh laser, membentuk "ikatan metalurgi", yang sepenuhnya menghindari masalah antarmuka yang lemah pada bahan berlapis tradisional. Keajaiban kinerja: "kode mikroskopis" di balik perpanjangan seragam 27%. Mengapa struktur "sandwich" ini memungkinkan pelat titanium memiliki kekuatan dan keuletan yang tinggi? Jawabannya terletak pada struktur mikro dan mekanisme deformasinya.

Kesimpulannya, dari dilema "kekuatan dan keuletan yang saling eksklusif" hingga terobosan dalam mencapai "27% perpanjangan seragam + 596 kekuatan tarik MPa", penelitian ini, melalui desain struktur "sandwich" yang cerdik dan ketepatan teknologi LPBF, telah membuka jendela baru bagi pengembangan bahan titanium. Mungkin dalam waktu dekat, kita akan melihat material titanium "lunak dan keras" baru ini digunakan pada peralatan-yang lebih canggih.

Titanium Medical Rod titanium bars