梯度层状TiN/Ti复合钛材

强塑兼得破瓶颈

通过原位生成TiN形成梯度层状结构，打破陶瓷颗粒强化钛基复合材料强度与塑性难以兼得的瓶颈。

Xiao, Yunmian · 宋长辉 · Zibin, Liu · Liu, Linqing · 周汉香 · 王迪 · 杨永强

International Journal of Extreme Manufacturing 2024

参数信息

抗拉强度

1100 MPa

断裂伸长率

17 %

显微硬度（纯钛层）

245 HV0.2

显微硬度（TiN层）

408 HV0.2

技术优势

强度高且塑性好

在保持17%断裂伸长率的同时，抗拉强度超过1100 MPa，克服了常规陶瓷颗粒强化钛基复合材料强度高但塑性低的矛盾。

可预先定制梯度结构

建立了N₂浓度与原位TiN体积分数之间的数字对应关系，可根据性能需求调整层状结构，实现结构-性能的数字定制。

强化机理清晰

通过异质变形诱导强化效应阐明了强度-塑性平衡原理，为后续材料设计提供理论指导。

应用场景

• 增材制造金属构件：为增材制造金属构件提供激光粉床熔融原位合成工艺，按需打印梯度层状钛基零件。
• 高性能结构钛材：打破传统钛基复合材料强度-塑性瓶颈，同时提升强度与塑性，满足高性能结构钛材需求。
• 航空航天轻量化部件：替代现有的打印纯钛或钛合金结构件，用1.5倍强度且不降低塑性的TiN/Ti梯度复合材料实现减重与性能提升。
• 机器人结构件：原位合成TiN增强的钛基复合材料同时具备高强度与高塑性，适合制造机器人承受复杂应力的结构件。