钛及钛合金作为一种轻质、高强、耐腐蚀的金属材料,被广泛应用于航空航天、海洋工程和生物医用领域。近年来,随着“损伤容限”设计理念在工业界的不断推进,对钛的断裂韧性的要求也日益提高。然而,经过数十年的合金化设计和加工工艺改进,钛及钛合金的断裂韧性始终低于130MPa?m1/2,远低于一些奥氏体不锈钢和面心立方结构的中/高熵合金(断裂韧性超过200MPa?m1/2)。这种断裂韧性的不足限制了钛及钛合金在一些关键负载条件下的应用。

西安交通大学材料学院韩卫忠教授课题组对纯钛的断裂韧性进行了系统研究,发现钛中的氧杂质是造成其断裂韧性不足的主要因素。研究团队通过将氧杂质含量从商业纯钛的0.14wt%降低至低氧钛的0.02wt%,实现了断裂韧性从117MPa?m1/2提高至255MPa?m1/2。低氧钛的断裂韧性超越了已报道的所有商业纯钛及钛合金的断裂韧性,并且超过了大部分金属材料的断裂韧性。研究首次揭示了钛的超高本征断裂韧性,打破了钛的断裂韧性低于130MPa?m1/2的传统认知,使低氧钛成为目前已知最韧的金属材料之一。

该工作以《通过降低氧杂质含量揭示钛的本征高断裂韧性》(Uncovering the Intrinsic High Fracture Toughness of Titanium via Lowered Oxygen Impurity Content)为题发表于国际著名学术期刊《先进材料》(Advanced Materials)(IF:27.4)。西安交通大学材料学院博士生邹小伟为论文第一作者,韩卫忠教授和马恩教授为论文共同通讯作者,西安交通大学是唯一通讯单位。该工作得到了国家自然科学基金和西安交通大学青年拔尖人才支持计划的共同资助。

责任编辑:张言