近日，中国科学院院士、松山湖材料实验室主任汪卫华及研究员柯海波联合密苏里科技大学副教授温海明、华南理工大学教授杨超等科研人员，通过全新工艺设计，成功开发兼具高压缩强度（3119 MPa）与大塑性（38.6%）的“壳—层—核”三层结构钛合金，克服了引入增强相导致的强塑性矛盾，为开发高强韧结构材料提供新思路。相关成果发表于《国际塑性杂志》。
钛合金及钛基复合材料是应用广泛的结构材料之一。除常规钛合金外，通过铜模铸造法制备的多组元非晶态钛合金具有显著提高的力学性能，如TiCuNiSnTa等。然而，铜模铸造法对合金成分有严苛要求，限制了多组元钛合金的广泛发展。后来，研究人员基于多组元非晶合金的晶化方法，成功制备出等轴超细fcc第二相和bcc β-Ti基体，或微米晶fcc第二相和超细共晶基体的双尺度钛合金，但其强韧性仍然受限。
为进一步提高结构材料钛合金的强度，研究人员在钛合金中设计新结构或引入硬质增强相的策略是有效且应用最广泛的方法之一。但是，引入增强相可能牺牲其塑性，并且现有策略需要引入额外增强颗粒或后处理工艺以构建理想的微观结构。因此，如何在钛合金中原位构建全新的微观结构，以获得兼具高强度和塑性的钛合金是开发该领域的重要挑战，对拓宽其在结构领域的应用也至关重要。
受三层高尔夫球结构启发，研究人员设计出基于单相熔化的半固态烧结法，制备具有“壳-层-核”结构的新型Ti68.8Nb13.6Co6Cu5.1Al6.5钛合金。区别于外加引入增强相或后处理搭建“核-壳”结构的传统思路，该工作以机械合金化Ti68.8Nb13.6Co6Cu5.1Al6.5非晶/纳米晶粉末为原料，通过半固态烧结调控CoTi2相的形态与分布，原位实现全新的三层结构。
基于单相熔化的半固态烧结策略，该研究工作有望开发更多兼具高强度和大塑性的结构钛合金，并广泛应用于内燃机、液压系统等结构件中。
相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.ijplas.2023.103723
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