Científicos australianos crean una nueva clase de aleaciones de titanio

La aleación impresa en 3D a partir de polvo de metal rivaliza con el 'metal mágico' convencional, utilizado en ingeniería aeroespacial y biomédica, en cuanto a resistencia y sostenibilidad.

Los científicos han creado una nueva clase de aleaciones de titanio mediante la impresión 3D láser que, según dicen, podría mejorar la sostenibilidad de la industria del titanio y utilizarse en la ingeniería aeroespacial y biomédica.

El titanio es un metal clave en muchas industrias y es apreciado por su alta resistencia, ligereza y durabilidad.

El profesor Ma Qian de la Universidad RMIT de Melbourne, que dirigió el desarrollo de la nueva aleación, describió el titanio como "un metal mágico".

"Es biocompatible y cada año más de 1.000 toneladas de metal titanio se convierten en implantes óseos [a nivel mundial]", dijo. Más resistente a la corrosión que el acero inoxidable en agua de mar, también se usa ampliamente en submarinos y plantas de desalinización.

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"Sin las aleaciones de titanio, no podríamos volar como lo hacemos hoy", dijo Qian, y agregó que el titanio constituye aproximadamente el 20% del peso de un avión típico.

El pilar de la industria del titanio es una aleación conocida como Ti-6Al-4V, que contiene un 6 % de aluminio y un 4 % de vanadio. Inventada en 1954, esta aleación única representa más del 50% de todo el mercado de titanio, dijo Qian.

La nueva aleación, impresa en 3D a partir de polvo de metal, elimina la necesidad de aluminio y vanadio, utilizando en su lugar los elementos fácilmente abundantes oxígeno y hierro, que también son más baratos de obtener.

Las aleaciones con un alto contenido de oxígeno y hierro se han considerado tradicionalmente chatarra de titanio. La presencia de oxígeno puede hacer que el metal se vuelva quebradizo, a menudo denominado "criptonita de titanio", mientras que el hierro tiende a segregarse en partículas defectuosas.

Sin embargo, el uso de la impresión 3D permitió a los científicos producir cristales de titanio de tamaño nanométrico dentro de la aleación y controlar cuidadosamente la distribución de oxígeno y átomos de hierro. Como resultado, algunas partes de la aleación son más fuertes y otras más dúctiles (capaces de convertirse en alambre), y el material no se vuelve quebradizo bajo tensión.

El nuevo material rivaliza con las aleaciones de titanio convencionales en resistencia, dijo el co-investigador principal, el profesor Simon Ringer, quien también es vicerrector en la Universidad de Sydney.

Una ventaja de la aleación impresa en 3D fue la capacidad de ajustar los parámetros durante la producción para dar al material "propiedades de gradiente", dijo Ringer. "Puedes construir una cosa que tendría ciertas propiedades en un bit y otras propiedades en otro bit".

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La sostenibilidad es otra ventaja, dicen los investigadores, porque el titanio con un alto contenido de hierro y oxígeno podría reciclarse en la nueva aleación.

Habiendo establecido la prueba de concepto, los investigadores aún están lejos de las aplicaciones industriales, como en los implantes biomédicos y en las industrias espacial y aeroespacial.

La tecnología avanzada de fabricación y materiales es uno de los siete campos que el gobierno federal incluyó recientemente en su lista de tecnologías críticas.

"Australia es el número 1 en términos de la cantidad de reservas de minerales de titanio en el mundo", dijo Ringer. "Muchos de nosotros, los ingenieros en Australia, estamos realmente entusiasmados con la oportunidad que está creando la fabricación avanzada para la relocalización de la producción".

El estudio fue publicado en la revista Nature.