近日，东莞理工学院机械工程学院研究人员与西北有色金属研究院、比利时鲁汶大学，诺丁汉大学马来西亚分校等单位合作，在宽温域零膨胀钛合金性能优化方面取得了最新进展，相关成果以题目为《Zero thermal expansion and high Young’s modulus in Ti-Nb achieved by concurrent α"iso and ω precipitation》的研究论文发表在金属材料权威期刊《Scripta Materialia》上（Scripta Mater. 232 (2023) 115477.）。论文第一作者为东莞理工学院机械工程学院王皓亮博士，通讯作者为孙振忠教授，共同通讯作者为比利时鲁汶大学Matthias Bönisch博士。其他合作作者宋成浩博士、赵愈亮博士、程军研究员以及联合培养博士生Daniel Lai等提供了有益的协助。

图. 本研究中获得的兼具宽温域零膨胀系数和高弹性模量的钛合金

具有零热膨胀或定制热膨胀系数的结构材料在确保处于波动温度使用环境中的各种精密系统的功能稳定性方面发挥了关键作用，例如红外光学、太空望远镜和电子组件等。以正交α "物相为特征的钛合金表现出强烈的各向异性和巨大的膨胀（或收缩）率，是对组件进行无热化结构设计的理想候选材料，因为它们的热膨胀系数（CTE）可以通过控制α "物相的晶体学织构，在从正到零到负的广泛数值范围内进行调整。

本研究工作开发了一种新的高效加工策略，用于制造具有零热膨胀和增强刚性的多相钛合金。通过将材料加热到马氏体回复的起始温度和结束温度之间，使Ti22Nb合金中的冷变形态α "物相大部分转变为奥氏体β物相，同时促进了纳米级α"_iso 物相和ω相的同时析出。Nb的扩散分配导致了β+α"_iso+ω多相复合显微组织的形成。α"_iso的晶格热膨胀类似于非热态α"马氏体，具有沿[010]α"方向的显著负热膨胀能力，起到抵消其他晶格常规正膨胀性能的能力。材料宏观的膨胀系数以及杨氏模量受时效期间的显微结构演变影响。在250°C进行时效处理会使冷变形材料最初的负热膨胀系数数值逐渐增加，在时效1000小时候成为零膨胀，同时材料的弹性模量相对于最初状态增幅达到44%（图1）。该研究工作为制备高弹性模量的零膨胀钛合金提供了理论基础。

本工作获得了国家自然科学基金（51901042, 52211530490, 52204384, 52271249 and U2032219）以及东莞理工学院青年科研创新研究团队（TDQN2019005）等项目的支持。

原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359646223002014

（撰稿及一审：王皓亮；二审：付皓珺；三审：邓维伟）