新钛合金由两种钛晶体的混合物组成，称为α-钛相和β-钛相，每种钛晶体对应于特定的原子排列。氧气和铁是α-钛相和β-钛相的两种最强大的稳定剂和强化剂，它们丰富而廉价。
但研究人员发现，有两个挑战阻碍了通过传统制造工艺开发坚韧的α-β钛氧铁合金。一个挑战是氧气会使钛变脆;另一个挑战是加入铁可能会导致严重的冶金缺陷，形成大块β钛。
该团队使用了激光定向能沉积从金属粉末打印出他们的合金，这是一种适用于制造大型复杂零件的3D打印工艺。他们将合金设计理念与3D打印工艺设计结合，确定了一系列坚固、延展性好、易于打印的合金。
关键的推动因素是氧和铁原子在α-钛相和β-钛相内部和二者之间的独特分布。研究人员在α-钛相中设计了一种纳米级的氧梯度，具有坚固的高氧段和延展性的低氧段，从而能够对局部原子键施加控制，降低了潜在脆化的可能性。
该团队表示，这些新合金的诱人性能可与商业合金相媲美。
悉尼大学副校长西蒙·林格教授表示，这项研究提供了一种新的钛合金系统，该系统具有广泛且可调的机械性能、高可制造性、巨大的减排潜力，也为同类系统材料设计提供了见解。
研究人员表示，该团队在设计中融入了循环经济的思想，为利用工业废物和低品位材料生产新的钛合金创造了希望。此外，氧脆化不仅对钛，而且对其他重要金属，如锆、铌、钼及其合金，都是一个重大的冶金挑战。新研究可能会提供一个模板，即通过3D打印和微结构设计来缓解这些氧脆化问题。
