西安交大科研人員揭示鈦的超高本征斷裂韌性

鈦及鈦合金作為一種輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐腐蝕的金屬材料，被廣泛應(yīng)用于航空航天、海洋工程和生物醫(yī)用領(lǐng)域。近年來，隨著“損傷容限”設(shè)計(jì)理念在工業(yè)界的不斷推進(jìn)，對(duì)鈦的斷裂韌性的要求也日益提高。然而，經(jīng)過數(shù)十年的合金化設(shè)計(jì)和加工工藝改進(jìn)，鈦及鈦合金的斷裂韌性始終低于130MPa？m1/2，遠(yuǎn)低于一些奧氏體不銹鋼和面心立方結(jié)構(gòu)的中/高熵合金（斷裂韌性超過200MPa？m1/2）。這種斷裂韌性的不足限制了鈦及鈦合金在一些關(guān)鍵負(fù)載條件下的應(yīng)用。

西安交通大學(xué)材料學(xué)院韓衛(wèi)忠教授課題組對(duì)純鈦的斷裂韌性進(jìn)行了系統(tǒng)研究，發(fā)現(xiàn)鈦中的氧雜質(zhì)是造成其斷裂韌性不足的主要因素。研究團(tuán)隊(duì)通過將氧雜質(zhì)含量從商業(yè)純鈦的0.14wt%降低至低氧鈦的0.02wt%，實(shí)現(xiàn)了斷裂韌性從117MPa？m1/2提高至255MPa？m1/2。低氧鈦的斷裂韌性超越了已報(bào)道的所有商業(yè)純鈦及鈦合金的斷裂韌性，并且超過了大部分金屬材料的斷裂韌性。研究首次揭示了鈦的超高本征斷裂韌性，打破了鈦的斷裂韌性低于130MPa？m1/2的傳統(tǒng)認(rèn)知，使低氧鈦成為目前已知最韌的金屬材料之一。

該工作以《通過降低氧雜質(zhì)含量揭示鈦的本征高斷裂韌性》（Uncovering the Intrinsic High Fracture Toughness of Titanium via Lowered Oxygen Impurity Content）為題發(fā)表于國際著名學(xué)術(shù)期刊《先進(jìn)材料》（Advanced Materials）（IF：27.4）。西安交通大學(xué)材料學(xué)院博士生鄒小偉為論文第一作者，韓衛(wèi)忠教授和馬恩教授為論文共同通訊作者，西安交通大學(xué)是唯一通訊單位。該工作得到了國家自然科學(xué)基金和西安交通大學(xué)青年拔尖人才支持計(jì)劃的共同資助。