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、高強、耐腐蝕的金屬材料，被廣泛應用于航空航天、海洋工程和生物醫用領域。近年來，隨著“損傷容限”設計理念在工業界的不斷推進，對鈦的斷裂韌性的要求也日益提高。然而，經過數十年的合金化設計和加工工藝改進，鈦及鈦合金的斷裂韌性始終低于130MPa？m1/2，遠低于一些奧氏體不銹鋼和面心立方結構的中/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鍵負載條件下的應用。

西安交通大學材料學院韓衛忠教授課題組對純鈦的斷裂韌性進行了系統研究，發現鈦中的氧雜質是造成其斷裂韌性不足的主要因素。研究團隊通過將氧雜質含量從商業純鈦的0.14wt%降低至低氧鈦的0.02wt%，實現了斷裂韌性從117MPa？m1/2提高至255MPa？m1/2。低氧鈦的斷裂韌性超越了已報道的所有商業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的傳統認知，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）為題發表于國際著名學術期刊《先進材料》（Advanced Materials）（IF：27.4）。西安交通大學材料學院博士生鄒小偉為論文第一作者，韓衛忠教授和馬恩教授為論文共同通訊作者，西安交通大學是唯一通訊單位。該工作得到了國家自然科學基金和西安交通大學青年拔尖人才支持計劃的共同資助。