超細晶含銅鈦合金研究取得進展

中國科學院金屬研究所楊柯研究員團隊長期從事新型醫用金屬材料的基礎與應用研究，該團隊成員任玲研究員、王海助理研究員等通過“雙相殼層包裹超細等軸晶”的顯微組織設計思想，同時從熱力學、動力學兩方面提高超細晶鈦合金組織的熱穩定性，并利用常規熱處理與熱加工的工藝組合，實現了上述顯微組織的大尺寸制備，解決了超細晶鈦合金制備加工難、組織穩定性差的兩大瓶頸問題，獲得了性能優異和熱穩定性高的超細晶含銅鈦合金。近日，相關研究成果在線發表于《自然·通訊》。

近年來，楊柯團隊一直致力于含銅鈦合金的結構與生物功能一體化研究與應用。在前期研究工作基礎上，團隊提出“共析元素合金化—淬火—熱變形”（EQD）的超細晶含銅鈦合金的制備策略，實現了雙相殼層包裹超細等軸晶的顯微組織的設計思想。該策略通過常規的熱加工設備實現了α-Ti晶粒尺寸在90—500納米范圍內的超細晶Ti6Al4V-5Cu合金的大尺寸制備。與此同時，利用熱變形過程中形成的β/Ti2Cu雙相蜂窩殼結構包覆α晶粒，顯著提高了超細等軸晶組織的熱穩定性，使材料的失穩溫度提高至973開爾文。該合金的室溫拉伸強度*高達到1500兆帕，延伸率超過10%。在923開爾文和應變速率為每分鐘15毫米條件下，其拉伸延伸率超過1000%，實現了超塑性變形。此外，該合金在高溫拉伸的熱力耦合條件下未發生晶粒的粗化長大。該EQD策略不僅實現了TiCu、TiZrCu等其他鈦合金的高性能、高熱穩定性超細晶組織的制備，并已經應用于包括鋼鐵材料在內的其他合金體系中，為超細晶金屬材料的制備提供了新途徑，對超細晶金屬材料的設計和研究具有重要意義。

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