中國科學(xué)院金屬研究所楊柯研究員團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期從事新型醫(yī)用金屬材料的基礎(chǔ)與應(yīng)用研究，該團(tuán)隊(duì)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(xì)等軸晶”的顯微組織設(shè)計(jì)思想，同時(shí)從熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)兩方面提高超細(xì)晶鈦合金組織的熱穩(wěn)定性，并利用常規(guī)熱處理與熱加工的工藝組合，實(shí)現(xiàn)了上述顯微組織的大尺寸制備，解決了超細(xì)晶鈦合金制備加工難、組織穩(wěn)定性差的兩大瓶頸問題，獲得了性能優(yōu)異和熱穩(wěn)定性高的超細(xì)晶含銅鈦合金。近日，相關(guān)研究成果在線發(fā)表于《自然·通訊》。

近年來，楊柯團(tuán)隊(duì)一直致力于含銅鈦合金的結(jié)構(gòu)與生物功能一體化研究與應(yīng)用。在前期研究工作基礎(chǔ)上，團(tuán)隊(duì)提出“共析元素合金化—淬火—熱變形”（EQD）的超細(xì)晶含銅鈦合金的制備策略，實(shí)現(xiàn)了雙相殼層包裹超細(xì)等軸晶的顯微組織的設(shè)計(jì)思想。該策略通過常規(guī)的熱加工設(shè)備實(shí)現(xiàn)了α-Ti晶粒尺寸在90—500納米范圍內(nèi)的超細(xì)晶Ti6Al4V-5Cu合金的大尺寸制備。與此同時(shí)，利用熱變形過程中形成的β/Ti2Cu雙相蜂窩殼結(jié)構(gòu)包覆α晶粒，顯著提高了超細(xì)等軸晶組織的熱穩(wěn)定性，使材料的失穩(wěn)溫度提高至973開爾文。該合金的室溫拉伸強(qiáng)度*高達(dá)到1500兆帕，延伸率超過10%。在923開爾文和應(yīng)變速率為每分鐘15毫米條件下，其拉伸延伸率超過1000%，實(shí)現(xiàn)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(fā)生晶粒的粗化長(zhǎng)大。該EQD策略不僅實(shí)現(xiàn)了TiCu、TiZrCu等其他鈦合金的高性能、高熱穩(wěn)定性超細(xì)晶組織的制備，并已經(jīng)應(yīng)用于包括鋼鐵材料在內(nèi)的其他合金體系中，為超細(xì)晶金屬材料的制備提供了新途徑，對(duì)超細(xì)晶金屬材料的設(shè)計(jì)和研究具有重要意義。