中國粉體網訊 鈦合金具有低密度、高比強度、優異耐蝕性、良好生物相容性以及無磁等特點，在航空航天、海洋工程、生物醫用等領域得到了廣泛應用。鈦合金按照組織結構通�？煞譃槊芘帕剑�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）等金屬相穩定元素合金化而成，成本高，能耗大，消耗戰略資源。
曲選輝、秦明禮、陳剛教授團隊與合作者提出了高強韌鈦合金的素化設計新策略，創造出一種新型組織結構——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構。應力條件下，納米尺度FCC相內部會產生堆垛層錯以及應力誘導孿晶（TWIP）效應，加上其第二相彌散和氧原子固溶的協同強化作用，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，斷裂延伸率仍達到23.3%，強度與應用最為廣泛的Ti-6Al-4V合金（α+β型鈦合金）相當，但其塑性幾乎是后者的2倍，展現出優異的強韌性。
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，僅使用了通常認為對鈦合金塑性“有害”的氧（O）元素進行組織調控，使合金內部生成FCC相。該新型鈦合金是采用3D打印工藝制備，以團隊自主發明的低成本流化改性純鈦粉（成本較傳統霧化鈦粉降低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，氧化膜內部的氧原子無法及時擴散，造成氧原子局部富集，結合打印過程中產生的極大熱應力協同誘導了HCP→FCC的相變反應。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，并且可通過調控鈦粉顆粒表面氧化膜厚度、氧含量以及打印工藝，有效調控FCC相的含量、尺寸和分布狀態，實現氧元素在HCP和FCC兩相中的合理分配，最終獲得優異的力學性能。
綜上，該研究創造出一種新型的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行組織性能調控，不僅顛覆了“氧不利于鈦塑性”的傳統認知，實現了高性能鈦合金的素化設計，而且打破了強度與塑性的制衡關系，所制備HCP+FCC雙相鈦合金展現出優異的強韌性。該工作為高性能金屬材料的素化設計提供了新思路，不僅具有極大的經濟效益，而且有利于資源環境的可持續發展
2025年7月17日，中國粉體網將在湖南·長沙舉辦“2025高端金屬粉體制備與應用技術大會暨2025通信電子、3D打印、粉末冶金市場金屬粉國產化交流會”。屆時，我們邀請到北京科技大學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、鈦粉表面氧化膜調控工藝和激光粉末床熔融中固有的快速冷卻，創造出一種新型HCP-FCC雙相鈦合金（Ti-O合金），詳細闡述氧誘導HCP轉變為FCC的相變機制和強韌化機理。
個人簡介：
曲選輝，1960年生，工學博士（中南大學），國家級杰出人才計劃入選者，教授、博士生導師。現任先進粉末冶金材料與技術北京市重點實驗室主任，國務院學位委員會第八屆學科評議組成員，教育部高等學校材料類專業教學指導委員會委員。曾留學加拿大UBC（1986-1988年），曾任材料科學與工程學院院長（2004-2014年）、新材料技術研究院院長（2008-2020年）。主要學術兼職：中國新材料產業技術創新戰略聯盟副理事長，中國金屬學會常務理事兼粉末冶金分會主任委員，《粉末冶金技術》主編， 《粉末冶金工業》副主編，《Powder Metall 》、《Acta Metall Sinica》、《Rare Metals》、《Metals》等10余雜志編委。2023年當選國際先進材料學會會士（IAAM Fellow)。主持完成了包括國家自然科學基金，國家重點研發計劃，國家973、863計劃在內的40余項國家級科研項目。發表SCI論文760余篇，出版著作5部，獲授權發明專利210余項。
參考來源：
曲選輝，等：Lean design of a strong and ductile dual-phase titanium-oxygen alloy
北京科技大學新材料技術研究院官網
（中國粉體網編輯整理/留白）
注：圖片非商業用途，存在侵權請告知刪除！
