双结构钛基复合材料

强度协同不减韧

通过三维微颗粒架构与基体构成异质结构，在提升强度的同时保持与基体相当的拉伸塑性。

刘磊 · 李树丰 · 潘登 · Zhang, Xin · 李波 · Liang, Tianshou · 时朋朋 · Bahador, Abdollah · Umeda, Junko · Kondoh, Katsuyoshi · Liu, Shaolong · Gao, Lina · Wang, Zhitao · 黎刚 · 张书彦 · 王瑞红 · Wenge, Chen

Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 2023

参数信息

延伸率

12.0 %

细晶粒尺寸

5.8 μm

粗晶粒尺寸

42.3 μm

HDI硬化延伸率

5.8 %

3D-MPA各向同性变形能力

11.1 %

位错存储

66 %

技术优势

塑性不损失

双结构中的3D-MPA“增强体”展现出11.1%的各向同性变形能力和66%的位错存储，使复合材料在强度提高的同时保持12.0%的延伸率。

强度更高

与均质结构复合材料相比，双结构复合材料通过异质变形诱导（HDI）硬化获得更高强度。

工艺可行

采用粉末冶金中的互扩散与自组织策略，无需复杂设备即可制备双结构复合材料。

应用场景

• 航空航天结构件：高强高韧且密度低，可用于飞机骨架、发动机附近结构件等。
• 轻质高强合金：在不牺牲塑性的前提下提高强度，满足轻量化设计需求。
• 增材制造钛合金：为增材制造钛合金的强韧化提供异质结构设计思路。
• 机器人关节材料：高强高韧且各向同性变形能力好，适合承受复杂应力的关节部件。