中國粉體網(wǎng)訊 鈦合金具有低密度、高比強度、優(yōu)異耐蝕性、良好生物相容性以及無磁等特點，在航空航天、海洋工程、生物醫(yī)用等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。鈦合金按照組織結(jié)構(gòu)通常可分為密排六方（HCP）α型鈦合金、體心立方（BCC）β型鈦合金和α+β（HCP+BCC）型鈦合金三種類型，盡管α+β型鈦合金綜合性能較好，但通常依賴釩（V）、鋁（Al）、鉬（Mo）、鉻（Cr）等金屬相穩(wěn)定元素合金化而成，成本高，能耗大，消耗戰(zhàn)略資源。
曲選輝、秦明禮、陳剛教授團(tuán)隊與合作者提出了高強韌鈦合金的素化設(shè)計新策略，創(chuàng)造出一種新型組織結(jié)構(gòu)——密排六方（HCP）+面心立方（FCC）的雙相鈦合金。該合金中FCC相含量可超過20%，均勻彌散分布于HCP基體中，且兩相界面可呈共格結(jié)構(gòu)。應(yīng)力條件下，納米尺度FCC相內(nèi)部會產(chǎn)生堆垛層錯以及應(yīng)力誘導(dǎo)孿晶（TWIP）效應(yīng)，加上其第二相彌散和氧原子固溶的協(xié)同強化作用，使得合金強度得到大幅提升的同時，仍保持了優(yōu)異的塑性，其室溫抗拉強度為1119.3MPa，屈服強度為1003.5MPa，斷裂延伸率仍達(dá)到23.3%，強度與應(yīng)用最為廣泛的Ti-6Al-4V合金（α+β型鈦合金）相當(dāng)，但其塑性幾乎是后者的2倍，展現(xiàn)出優(yōu)異的強韌性。
特別是，該新型鈦合金中并未使用釩（V）、鋁（Al）、鉬（Mo）、鉻（Cr）等金屬合金化元素，僅使用了通常認(rèn)為對鈦合金塑性“有害”的氧（O）元素進(jìn)行組織調(diào)控，使合金內(nèi)部生成FCC相。該新型鈦合金是采用3D打印工藝制備，以團(tuán)隊自主發(fā)明的低成本流化改性純鈦粉（成本較傳統(tǒng)霧化鈦粉降低50%以上）為原料。由于鈦活潑易氧化，在鈦粉表面形成了一層氧化膜，在3D打印過程中冷卻速度極快，氧化膜內(nèi)部的氧原子無法及時擴(kuò)散，造成氧原子局部富集，結(jié)合打印過程中產(chǎn)生的極大熱應(yīng)力協(xié)同誘導(dǎo)了HCP→FCC的相變反應(yīng)。逐層打印后，大量納米尺度的FCC相均勻彌散分布于HCP基體中，從而制備出了HCP+FCC雙相鈦合金，并且可通過調(diào)控鈦粉顆粒表面氧化膜厚度、氧含量以及打印工藝，有效調(diào)控FCC相的含量、尺寸和分布狀態(tài)，實現(xiàn)氧元素在HCP和FCC兩相中的合理分配，最終獲得優(yōu)異的力學(xué)性能。
綜上，該研究創(chuàng)造出一種新型的HCP+FCC雙相鈦合金，豐富了鈦合金材料的家族。特別是，不使用稀有或昂貴金屬合金元素，只使用微量的氧元素進(jìn)行組織性能調(diào)控，不僅顛覆了“氧不利于鈦塑性”的傳統(tǒng)認(rèn)知，實現(xiàn)了高性能鈦合金的素化設(shè)計，而且打破了強度與塑性的制衡關(guān)系，所制備HCP+FCC雙相鈦合金展現(xiàn)出優(yōu)異的強韌性。該工作為高性能金屬材料的素化設(shè)計提供了新思路，不僅具有極大的經(jīng)濟(jì)效益，而且有利于資源環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展
2025年7月17日，中國粉體網(wǎng)將在湖南·長沙舉辦“2025高端金屬粉體制備與應(yīng)用技術(shù)大會暨2025通信電子、3D打印、粉末冶金市場金屬粉國產(chǎn)化交流會”。屆時，我們邀請到北京科技大學(xué)曲選輝教授出席本次大會并作題為《3D打印鈦合金的素化與強韌化》的報告，曲選輝教授將為您介紹利用鈦粉流化改性技術(shù)、鈦粉表面氧化膜調(diào)控工藝和激光粉末床熔融中固有的快速冷卻，創(chuàng)造出一種新型HCP-FCC雙相鈦合金（Ti-O合金），詳細(xì)闡述氧誘導(dǎo)HCP轉(zhuǎn)變?yōu)镕CC的相變機制和強韌化機理。
個人簡介：
曲選輝，1960年生，工學(xué)博士（中南大學(xué)），國家級杰出人才計劃入選者，教授、博士生導(dǎo)師。現(xiàn)任先進(jìn)粉末冶金材料與技術(shù)北京市重點實驗室主任，國務(wù)院學(xué)位委員會第八屆學(xué)科評議組成員，教育部高等學(xué)校材料類專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會委員。曾留學(xué)加拿大UBC（1986-1988年），曾任材料科學(xué)與工程學(xué)院院長（2004-2014年）、新材料技術(shù)研究院院長（2008-2020年）。主要學(xué)術(shù)兼職：中國新材料產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟副理事長，中國金屬學(xué)會常務(wù)理事兼粉末冶金分會主任委員，《粉末冶金技術(shù)》主編， 《粉末冶金工業(yè)》副主編，《Powder Metall 》、《Acta Metall Sinica》、《Rare Metals》、《Metals》等10余雜志編委。2023年當(dāng)選國際先進(jìn)材料學(xué)會會士（IAAM Fellow)。主持完成了包括國家自然科學(xué)基金，國家重點研發(fā)計劃，國家973、863計劃在內(nèi)的40余項國家級科研項目。發(fā)表SCI論文760余篇，出版著作5部，獲授權(quán)發(fā)明專利210余項。
參考來源：
曲選輝，等：Lean design of a strong and ductile dual-phase titanium-oxygen alloy
北京科技大學(xué)新材料技術(shù)研究院官網(wǎng)
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/留白）
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