新進展！“殼層核”三層結構實現鈦合金材料的強韌化

　　近日，中國科學院院士、松山湖材料實驗室主任汪衛華及研究員柯海波聯合密蘇里科技大學副教授溫海明、華南理工大學教授楊超等科研人員，通過全新工藝設計，成功開發兼具高壓縮強度（3119 MPa）與大塑性（38.6%）的“殼—層—核”三層結構鈦合金，克服了引入增強相導致的強塑性矛盾，為開發高強韌結構材料提供新思路。相關成果發表于《國際塑性雜志》。

　　鈦合金及鈦基復合材料是應用廣泛的結構材料之一。除常規鈦合金外，通過銅模鑄造法制備的多組元非晶態鈦合金具有顯著提高的力學性能，如TiCuNiSnTa等。然而，銅模鑄造法對合金成分有嚴苛要求，限制了多組元鈦合金的廣泛發展。后來，研究人員基于多組元非晶合金的晶化方法，成功制備出等軸超細fcc第二相和bcc β-Ti基體，或微米晶fcc第二相和超細共晶基體的雙尺度鈦合金，但其強韌性仍然受限。

　　為進一步提高結構材料鈦合金的強度，研究人員在鈦合金中設計新結構或引入硬質增強相的策略是有效且應用最廣泛的方法之一。但是，引入增強相可能犧牲其塑性，并且現有策略需要引入額外增強顆粒或后處理工藝以構建理想的微觀結構。因此，如何在鈦合金中原位構建全新的微觀結構，以獲得兼具高強度和塑性的鈦合金是開發該領域的重要挑戰，對拓寬其在結構領域的應用也至關重要。

　　受三層高爾夫球結構啟發，研究人員設計出基于單相熔化的半固態燒結法，制備具有“殼-層-核”結構的新型Ti68.8Nb13.6Co6Cu5.1Al6.5鈦合金。區別于外加引入增強相或后處理搭建“核-殼”結構的傳統思路，該工作以機械合金化Ti68.8Nb13.6Co6Cu5.1Al6.5非晶/納米晶粉末為原料，通過半固態燒結調控CoTi2相的形態與分布，原位實現全新的三層結構。

　　基于單相熔化的半固態燒結策略，該研究工作有望開發更多兼具高強度和大塑性的結構鈦合金，并廣泛應用于內燃機、液壓系統等結構件中。