中国科学院金属研究所 | Acta | 不靠传统α相析出:自旋分解同时强化β钛合金和钝化膜
2026-07-29 16:23:46 作者:金属学习日志 来源:金属学习日志 分享至:

 本文以Ti-24Nb-4Zr-8Sn合金为对象,通过703 K时效诱发自旋分解,将旋锻态中弱相关的β/α″纳米结构转变为周期约20 nm、单层厚度约10 nm的连续共格β/α″调幅组织。时效过程中,Ti和O向正交α″区域富集,Nb向BCC β层片富集,界面保持弥散连续,没有形成传统粗大α相或ω相。密集的弹性模量和成分起伏持续阻碍位错滑移,使屈服强度由937 MPa提高至1249 MPa,抗拉强度由1001 MPa提高至1347 MPa,延伸率仍保持约6%。在3.5 wt.% NaCl溶液中,腐蚀电流密度由0.14降至0.05 μA·cm⁻²,降幅约64%,应力腐蚀敏感指数由约27%降至6%。调幅组织的化学尺度与约15 nm厚的钝化膜接近:Ti/O富集区促进TiO₂骨架形成,Nb富集区提高Nb氧化物在膜中的相对贡献,弥散共格界面又避免形成强烈的横向电位差,最终获得更厚、更连续、缺陷更少的非晶钝化膜。

 

 

 

 

 

成分体系:亚稳β型Ti-Nb-Zr-Sn合金,简称Ti2448
组织特点:旋锻态和时效态均保持高度变形的细晶组织,高角度晶界截距约3~5 μm,时效后没有明显再结晶或晶粒粗化。旋锻态由β基体和数纳米尺度的共格α″纳米畴组成,但空间相关性和元素分配较弱;时效后形成沿较大范围连续分布的β/α″纳米层片,调幅周期约20 nm,α″体积分数由约35.8%增加至43.3%。α″层片富集Ti和O、贫Nb,β层片明显富Nb,Zr和Sn仅发生较弱调制;两相界面共格且成分连续过渡,未检测到α相、ω相或离散析出颗粒。
合金工艺:作者以Ti-Sn中间合金和高纯Ti、Nb、Zr为原料,通过真空电弧熔炼制备Ti-24Nb-4Zr-8Sn-0.13O合金,铸锭在高纯Ar气氛下至少重熔4次。凝固后依次在 1123 K和1073 K,即约850 ℃和800 ℃ 进行热加工,随后旋锻成直径8 mm的棒材,该状态记为旋锻态;再于 703 K,即约430 ℃时效2 h并空冷,获得自旋分解调控的β/α″纳米层片组织。两种状态随后进行室温拉伸、3.5 wt.% NaCl电化学腐蚀、慢应变速率应力腐蚀测试,并通过同步辐射、SAXS、TEM、APT、XPS和ToF-SIMS分析组织及钝化膜。

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