（2022 年4 月20 日消息）與常規(guī)晶粒尺度（5～10 μm）的鈦合金相比，超細(xì)晶鈦合金不僅具有更高的強度與良好的塑性匹配，同時還具有更高的耐磨性和更佳的生物相容性，在航空航天、生物醫(yī)學(xué)等諸多重要應(yīng)用領(lǐng)域中極具吸引力。然而，超細(xì)晶鈦合金不僅制備加工極為困難，且組織的熱穩(wěn)定性較差，這兩大瓶頸問題制約了超細(xì)晶鈦合金的發(fā)展與應(yīng)用。

中科院金屬研究所楊柯團(tuán)隊長期從事新型醫(yī)用金屬材料的基礎(chǔ)與應(yīng)用研究。近期，團(tuán)隊成員任玲、王海等通過“雙相殼層包裹超細(xì)等軸晶”的顯微組織設(shè)計思想，同時從熱力學(xué)、動力學(xué)兩方面提高超細(xì)晶鈦合金組織熱穩(wěn)定性，并利用常規(guī)熱處理與熱加工的工藝組合，實現(xiàn)了超細(xì)晶組織的大尺寸制備，解決了超細(xì)晶鈦合金制備加工難、組織穩(wěn)定性差的兩大瓶頸問題，獲得了性能優(yōu)異和熱穩(wěn)定性高的超細(xì)晶含銅鈦合金，研究取得重要突破。

研究團(tuán)隊近年來一直致力于含銅鈦合金的結(jié)構(gòu)與生物功能一體化研究與應(yīng)用。在前期研究工作基礎(chǔ)上，團(tuán)隊提出“共析元素合金化→淬火→熱變形”（EQD）的超細(xì)晶含銅鈦合金的制備策略，實現(xiàn)了雙相殼層包裹超細(xì)等軸晶的顯微組織的設(shè)計思想。該策略通過常規(guī)的熱加工設(shè)備實現(xiàn)了α-Ti 晶粒尺寸在90～500 nm 范圍內(nèi)的超細(xì)晶Ti6Al4V5Cu 合金的大尺寸制備。與此同時，利用熱變形過程中形成的β/Ti2Cu 雙相蜂窩殼結(jié)構(gòu)包覆α 晶粒，顯著提高了超細(xì)等軸晶組織的熱穩(wěn)定性，使材料的失穩(wěn)溫度提高至973 K（0.55 Tm）。超細(xì)晶Ti6Al4V5Cu 合金的室溫拉伸強度最高達(dá)到1.5 GPa，延伸率超過10%。在650 ℃和應(yīng)變速率為0.01 s?1條件下，其拉伸延伸率超過1 000%，實現(xiàn)了超塑性變形。此外，超細(xì)晶Ti6Al4V-5Cu 合金在高溫拉伸的熱力耦合條件下未發(fā)生晶粒的粗化長大。該EQD 策略不僅實現(xiàn)了TiCu、TiZrCu 等其它鈦合金的高性能、高熱穩(wěn)定性超細(xì)晶組織的制備，并已經(jīng)拓展至包括鋼鐵材料在內(nèi)的其它合金體系中，為超細(xì)晶金屬材料的制備提供了新途徑，對超細(xì)晶金屬材料的設(shè)計和研究具有重要意義。