TiAl合金因具有低密度、高比强度以及优异的抗蠕变和抗高温氧化性能，被认为是最具潜力的轻质高强结构材料之一。近年来双相Ti-48Al-2Cr-2Nb（Ti4822）已成功应用于Boeing 787 (GEnx 1B)和Boeing 747-8 (GEnx 2B)发动机的低压涡轮叶片，实现了显著的减重效果。然而，由于其有序晶体结构以及金属键与部分共价键共存的特殊化学结合特征，TiAl合金的室温塑性极为有限（通常低于1%），严重制约其工程化应用。粉末冶金（PM）因具备近净成形、组织可控性强以及复杂结构部件可制造性高等优势，为TiAl合金的制备提供了重要途径。然而，难以避免的间隙氧污染是PM TiAl面临的严峻挑战之一。已有研究表明，TiAl合金中氧的溶解极限极低，仅为1000 ppm，超过该阈值将导致塑性急剧下降。因此，对PM TiAl合金进行高效脱氧净化处理以改善其室温脆性是推动TiAl合金工业化应用水平的关键。

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https://doi.org/10.1016/j.actamat.2025.121853 

近日，北京科技大学路新教授团队提出了固氧净化驱动高氧TiAl合金粉末冶金制件塑性响应的新策略，相关工作在金属材料顶刊《Acta Materialia》上发表了题为“Oxygen scavenging-driven plastic response of α2-Ti3Al in dual-phase TiAl alloy”的研究论文，论文第一作者为刘艳军博士，通讯作者为路新教授和潘宇副教授。该工作首先揭示了高氧TiAl合金粉末中氧杂质元素主要以表面连续氧化膜的形式存在，该氧化膜的厚度约为9.13±0.35 nm，并主要由外层的Al₂O₃和内层的TiO₂组成，且烧结时其会在~824 °C溶解到TiAl基体内部。为了避免间隙氧固溶对TiAl合金制件力学性能的恶化，通过CaH₂固氧反应实现了粉末氧化膜原位净化，粉末烧结过程中Ca元素通过与氧反应原位生成富氧的纳米级CaO颗粒，有效降低了硬质α₂相中的固溶氧含量，缓解了晶格畸变，显著削弱了位错与间隙原子间的相互作用，降低了位错开动的CRSS。在γ相孪晶与α₂/γ界面相交处产生的局部高应力作用下，净化后的α₂相中可激发<a>型位错，缓解相界处的应力集中，实现α₂/γ两相间的应力传递与协调变形，从而大幅提升了材料的塑性，同时衍生的陶瓷相颗粒产生的Orowan强化作用有效提升了合金制件的力学强度。因此，添加了0.4 at.% CaH₂的Ti4822制件在1520ppm高氧含量条件下，其室温延伸率可高达2.2%，抗拉强度也达到580 MPa，塑性指标远优于同等氧含量下的TiAl合金水平。本研究为氧敏感钛基合金材料的高性能设计提供了一种经济高效的新方案，展现出广泛的工程应用前景。

图1、Ti4822合金粉末的TEM分析：(a) 氧化膜的TEM形貌；(b) 氧化膜的高分辨形貌；(c1) 粉末基体的傅里叶变化及反傅里叶变化图谱；(c2) 氧化膜的傅里叶变化图谱；(d) 元素分布图。

图2、Ti4822 (a-d)和Ti4822-0.4CaH₂合金 (e-h)的EBSD分析：(a), (e) 反极图；(b), (f) 相分布图；(c), (g) 晶粒尺寸分布图；(d), (h ) α₂和γ相极图。

图3、纯Ti4822合金的STEM分析：(a-c) STEM形貌图及对应区域的SAED图和HRTEM图；(d) 元素面扫分布图。

图4、Ti4822-0.4CaH₂合金的STEM分析：(a-c) STEM形貌图及对应区域的HRTEM图和SAED图；(d1-d4) 不同区域的STEM形貌图及对应区域的SAED图和元素面扫分布图；(e-f) 纯Ti4822和Ti4822-0.4CaH₂合金的室温拉伸曲线及性能对比图。

图5、Ti4822和Ti4822-0.4CaH₂合金拉伸断口的TEM分析：(a-b) Ti4822合金明场像；(c-d2) Ti4822-0.4CaH₂合金明场像及对应的元素面扫分布图；(e1-f2) 不同衍射矢量下α₂/γ界面处位错行为；(g1-g2) 不同衍射矢量下α₂相内部位错滑移行为；(h1-h2) Ti4822-0.4CaH₂合金不同区域的明场像。