材料科学：付加製造による高強度で高延性のチタン・酸素・鉄合金

チタン合金は、先進的な軽量材料で、多くの重要な用途に不可欠である。チタン産業の主力は、α–β型チタン合金であり、これはα相とβ相を安定化させる合金添加を通して調製されている。我々の研究では、α–β型チタン合金の最も強力な安定化元素かつ強化剤である、酸素と鉄といういずれも豊富に得られる2つの元素の利用に重点的に取り組んでいる。しかし、「チタンにとってのクリプトナイト」と俗に表現される酸素の脆化効果と、鉄のミクロ偏析によって、それらを組み合わせて強度と延性の高いα–β型チタン・酸素・鉄合金を開発することが妨げられてきた。今回我々は、合金設計と付加製造（AM）工程設計を一体化し、優れた引張特性を示す一連のチタン・酸素・鉄組成を実証する。我々はまた、さまざまな特性評価技術を用いて、こうした特性の原子スケールの起源を説明する。酸素と鉄が豊富に存在することと、AMによるネットシェイプ製造やニアネットシェイプ製造の工程の単純さから、こうしたα–β型チタン・酸素・鉄合金はさまざまな用途で魅力的なものとなる。さらに、これらの合金は、今のところ産業廃棄物となっている等級外のスポンジチタンやスポンジチタン・酸素・鉄を、工業規模で使用できる見込みをもたらす。また、エネルギーを大量に消費するスポンジチタン製造の二酸化炭素排出量を削減する、経済的可能性や環境保護の可能性も大きい。

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