Cientistas australianos criam nova classe de ligas de titânio

A liga impressa em 3D a partir de pó de metal rivaliza com o 'metal mágico' convencional - usado na engenharia aeroespacial e biomédica - para força e sustentabilidade

Os cientistas criaram uma nova classe de ligas de titânio usando impressão 3D a laser, que, segundo eles, poderia melhorar a sustentabilidade da indústria de titânio e ser usada na engenharia aeroespacial e biomédica.

O titânio é um metal chave em muitas indústrias e é valorizado por sua alta resistência, leveza e durabilidade.

O professor Ma Qian, da RMIT University em Melbourne, que liderou o desenvolvimento da nova liga, descreveu o titânio como "um metal mágico".

"É biocompatível e todos os anos mais de 1.000 toneladas de titânio metálico são transformadas em implantes ósseos [globalmente]", disse ele. Mais resistente à corrosão do que o aço inoxidável na água do mar, também é amplamente utilizado em submarinos e usinas de dessalinização.

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"Sem as ligas de titânio, não poderíamos voar como fazemos hoje", disse Qian, acrescentando que o titânio constitui cerca de 20% do peso de uma aeronave típica.

A base da indústria de titânio é uma liga conhecida como Ti-6Al-4V, que contém 6% de alumínio e 4% de vanádio. Inventada em 1954, essa liga única responde por mais de 50% de todo o mercado de titânio, disse Qian.

A nova liga, impressa em 3D a partir de pó de metal, elimina a necessidade de alumínio e vanádio, usando os elementos prontamente abundantes oxigênio e ferro, que também são mais baratos de obter.

Ligas com alto teor de oxigênio e ferro têm sido tradicionalmente consideradas como sucata de titânio. A presença de oxigênio pode tornar o metal quebradiço – muitas vezes chamado de “criptonita de titânio” – enquanto o ferro tende a se segregar em manchas defeituosas.

O uso da impressão 3D, no entanto, permitiu que os cientistas produzissem cristais de titânio em nanoescala dentro da liga e controlassem cuidadosamente a distribuição de oxigênio e átomos de ferro. Como resultado, algumas partes da liga são mais fortes e outras mais dúcteis (capazes de serem transformadas em arame) – e o material não é frágil sob tensão.

O novo material rivaliza com as ligas convencionais de titânio em força, disse o pesquisador co-líder Prof Simon Ringer, que também é pró-reitor da Universidade de Sydney.

Uma vantagem da liga impressa em 3D foi a capacidade de ajustar os parâmetros durante a produção para dar ao material "propriedades de gradiente", disse Ringer. "Você pode construir uma coisa que teria certas propriedades em um bit e outras propriedades em outro bit."

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A sustentabilidade é outra vantagem, dizem os pesquisadores, porque o titânio com alto teor de ferro e oxigênio pode ser reciclado na nova liga.

Tendo estabelecido a prova de conceito, os pesquisadores ainda estão longe de aplicações industriais, como em implantes biomédicos e nas indústrias espacial e aeroespacial.

A fabricação avançada e a tecnologia de materiais é um dos sete campos que o governo federal incluiu recentemente em sua lista de tecnologias críticas.

"A Austrália é a número 1 em termos de quantidade de reservas de minerais de titânio no mundo", disse Ringer. "Muitos de nós, engenheiros na Austrália, estamos realmente entusiasmados com a oportunidade que a manufatura avançada está criando para a produção local."

O estudo foi publicado na revista Nature.