Zr/Sn合金化β钛合金

抑制马氏体相变

通过分别添加Zr和Sn并控制基体Ti-12Mo-4Al不变，定量揭示两者稳定β相的不同原子机制，为设计亚稳β钛合金提供电子结构依据。

Pengfei, Li · 杨林 · Fei, Zhang · Pengfei, Hao · Zijiang, Zhu · Haoyue, Qi · 范群波 · Xing-Wang, Cheng

Acta Materialia 2026

参数信息

动能势垒提高

>200 meV/atom

技术优势

Sn只需3 wt.%就大幅提高势垒

在3 wt.%的低添加量下，Sn将马氏体相变的动能势垒提高超过200 meV/atom，这对于保持β相稳定性十分有效。

Sn在7 wt.%时彻底阻止相变

当Sn添加量达到7 wt.%时，热力学稳定性发生逆转，马氏体相变被有效阻止。

Sn的作用机制不同于Zr

Zr通过局域键合强化起作用，而Sn诱导出弥散的Ti-Sn耦合，极大地增强了晶格刚度。

应用场景

• 钛合金设计：提供合金元素对β相稳定性影响的定量电子结构依据，指导成分设计。
• 相变调控：通过调节Zr/Sn含量控制马氏体相变势垒，实现相变路径调控。
• 结构材料：稳定的β相可提高合金强度与韧性，满足结构承载需求。
• 航空航天材料：抑制马氏体相变可改善合金在服役温度范围内的尺寸稳定性。
• 金属功能材料：通过调控相稳定性可设计超弹性或形状记忆等功能特性。