オーストラリアの科学者が新しいクラスのチタン合金を開発

金属粉末から3Dプリントされた合金は、強度と持続可能性において、航空宇宙工学や生物医学工学で使用される従来の「魔法の金属」に匹敵します。

科学者たちは、レーザー3Dプリンティングを使用して新しいクラスのチタン合金を作成し、これがチタン産業の持続可能性を向上させ、航空宇宙工学や生物医学工学で使用できる可能性があると述べています。

チタンは多くの産業において重要な金属であり、その高い強度、軽さ、耐久性で高く評価されています。

新しい合金の開発を主導したメルボルンのRMIT大学のMa Qian教授は、チタンを「魔法の金属」と表現した。

「生体適合性があり、毎年1,000トン以上の金属チタンが[世界中で]骨インプラントとして製造されている」と同氏は語った。 ステンレス鋼よりも海水中での耐食性に優れ、潜水艦や海水淡水化プラントなどにも広く使用されています。

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「チタン合金がなければ、今日のように飛行することはできなかったでしょう」と銭氏は述べ、チタンは一般的な航空機の重量の約20％を占めていると付け加えた。

チタン産業の主力は、6% のアルミニウムと 4% のバナジウムを含む Ti-6Al-4V として知られる合金です。 1954 年に発明されたこの単一合金は、チタン市場全体の 50% 以上を占めている、と銭氏は述べた。

金属粉末から 3D プリントされたこの新しい合金は、アルミニウムとバナジウムの必要性を排除し、代わりに豊富に存在する元素である酸素と鉄を使用し、これらは調達コストも安価です。

酸素と鉄の含有量が高い合金は、伝統的にスクラップチタンとみなされてきました。 酸素が存在すると金属が脆くなる可能性があり、「チタンのクリプトナイト」とも呼ばれますが、鉄は分離して欠陥斑点を形成する傾向があります。

しかし、3D プリンティングを使用することで、科学者たちは合金内にナノスケールサイズのチタン結晶を生成し、酸素と鉄原子の分布を注意深く制御することができました。 その結果、合金の一部の部分はより強くなり、他の部分はより延性が高く（ワイヤーに引き抜くことが可能）、材料は張力下でも脆くなりません。

シドニー大学の副学長候補でもある共同主任研究員のサイモン・リンガー教授は、この新素材は強度において従来のチタン合金に匹敵すると述べた。

リンガー氏によると、3Dプリント合金の利点の1つは、製造中にパラメータを微調整して材料に「勾配特性」を与えることができることだという。 「あるビットで特定の特性を持ち、別のビットで別の特性を持つものを構築できます。」

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鉄と酸素の含有量が高いチタンは新しい合金にリサイクルできるため、持続可能性ももう一つの利点であると研究者らは述べている。

研究者らは概念実証を確立したものの、生物医学インプラントや宇宙・航空宇宙産業などの産業用途にはまだ遠いところにある。

先進的な製造および材料技術は、連邦政府が最近重要技術のリストに加えた 7 つの分野のうちの 1 つです。

「オーストラリアはチタン鉱物の埋蔵量で世界第１位だ」とリンガー氏は語った。 「私たちオーストラリアのエンジニアの多くは、先進的な製造業が生産の国内化に向けて生み出す機会に本当に興奮しています。」

この研究は『Nature』誌に掲載された。