钛合金是广泛应用的重要结构材料，从航空航天和能源基础设施到生物医学设备。与大多数金属一样，优化钛的性能往往涉及两个关键特性之间的权衡：强度和延展性。更强的材料往往不易变形，而可变形材料往往在力学上较弱。

最近，美国麻省理工学院（MIT）的研究人员与ATI特种材料公司（ATI Specialty Materials）的研究人员合作，发现了一种创造新钛合金的方法。这种方法可以产生具有卓越强度和延展性组合的新钛合金，这可能会带来新的应用。这一发现已发表在《先进材料》杂志上。

该研究团队表示，这些改进源于调整合金的化学成分和晶格结构，同时还调整了加工技术。例如，与钢相比，钛合金由于其优异的机械性能、耐腐蚀性和重量轻而变得重要。无论是在低温还是高温环境下，通过仔细选择合金元素及其相对比例，以及材料的加工方式，可以创造各种不同的结构，这为获得良好的性能组合创造了一个巨大的空间。

为了生产出满足特定应用和特定需求的材料，合金元素比例的选择需要采用一种方法来进行指导。此次研究中描述的分析和实验结果提供了这样一种方法。

研究人员称，这种设计方法的关键策略是考虑不同的尺度。一个尺度是单个晶体的结构。例如，通过仔细选择合金元素，可以获得更理想的α相晶体结构，从而实现特定的变形机制。另一个尺度是多晶体尺度，涉及α相和β相的相互作用。因此，这里所遵循的方法涉及到两者的设计考虑。

除了选择合适的合金材料和比例之外，加工步骤也起着重要作用。研究人员发现，一种名为“交叉轧制”的技术是实现强度和延展性结合的关键。在扫描电子显微镜下测试了各种变形的合金，揭示了其微观结构如何响应外部机械载荷的细节。由一组特定的成分、比例和加工方法参数，产生了一种α相和β相均匀分担变形的结构，减少了相之间可能发生的开裂趋势，相位和谐变形。这种对变形的协同反应可以产生优越的材料。

观察材料的结构，以了解这两个相及其形态。通过在原子尺度上进行局部化学分析来观察它们的化学性质。采用了多种技术来量化材料在多个长度尺度上的各种性能。当观察根据其系统生产的钛合金的整体性能时，发现这些性能确实好得多。

研究人员表示，这是由行业支持的学术研究，旨在验证商业化合金的设计原理。这次合作的目的是为了从根本上理解晶体的可塑性。证明了这种设计策略是有效的，科学地展示了它的工作原理，但仍有很大的改进空间。

（姚文静 译自ATI ）