鈦合金是廣泛應用的重要結構材料，從航空航天和能源基礎設施到生物醫學設備。與大多數金屬一樣，優化鈦的性能往往涉及兩個關鍵特性之間的權衡：強度和延展性。更強的材料往往不易變形，而可變形材料往往在力學上較弱。

最近，美國麻省理工學院（MIT）的研究人員與ATI特種材料公司（ATI Specialty Materials）的研究人員合作，發現了一種創造新鈦合金的方法。這種方法可以產生具有卓越強度和延展性組合的新鈦合金，這可能會帶來新的應用。這一發現已發表在《先進材料》雜志上。

該研究團隊表示，這些改進源于調整合金的化學成分和晶格結構，同時還調整了加工技術。例如，與鋼相比，鈦合金由于其優異的機械性能、耐腐蝕性和重量輕而變得重要。無論是在低溫還是高溫環境下，通過仔細選擇合金元素及其相對比例，以及材料的加工方式，可以創造各種不同的結構，這為獲得良好的性能組合創造了一個巨大的空間。

為了生產出滿足特定應用和特定需求的材料，合金元素比例的選擇需要采用一種方法來進行指導。此次研究中描述的分析和實驗結果提供了這樣一種方法。

研究人員稱，這種設計方法的關鍵策略是考慮不同的尺度。一個尺度是單個晶體的結構。例如，通過仔細選擇合金元素，可以獲得更理想的α相晶體結構，從而實現特定的變形機制。另一個尺度是多晶體尺度，涉及α相和β相的相互作用。因此，這里所遵循的方法涉及到兩者的設計考慮。

除了選擇合適的合金材料和比例之外，加工步驟也起著重要作用。研究人員發現，一種名為“交叉軋制”的技術是實現強度和延展性結合的關鍵。在掃描電子顯微鏡下測試了各種變形的合金，揭示了其微觀結構如何響應外部機械載荷的細節。由一組特定的成分、比例和加工方法參數，產生了一種α相和β相均勻分擔變形的結構，減少了相之間可能發生的開裂趨勢，相位和諧變形。這種對變形的協同反應可以產生優越的材料。

觀察材料的結構，以了解這兩個相及其形態。通過在原子尺度上進行局部化學分析來觀察它們的化學性質。采用了多種技術來量化材料在多個長度尺度上的各種性能。當觀察根據其系統生產的鈦合金的整體性能時，發現這些性能確實好得多。

研究人員表示，這是由行業支持的學術研究，旨在驗證商業化合金的設計原理。這次合作的目的是為了從根本上理解晶體的可塑性。證明了這種設計策略是有效的，科學地展示了它的工作原理，但仍有很大的改進空間。

（姚文靜 譯自ATI ）