Abstract:

针对真空自耗电弧熔炼制备钛合金存在流程长、成本高及铸锭均质性不足等问题，开发了一种适用于钛合金的半连续真空感应熔炼工艺。采用该工艺制备了大规格TA17钛合金铸锭，系统评价了铸锭的化学成分均匀性，结果表明主元素Al、V分布均匀，最大偏差分别为0.10%与0.08%；间隙元素O、N含量低且分布一致。将该工艺制备的铸锭用于熔模精密铸造，并对所制备的筒体铸件及拉伸试样进行综合性能研究。结果显示，铸件成分均匀，Al、V元素烧损率极低，O、N元素含量满足技术标准；微观组织为均匀的网篮组织，α片层及β晶粒尺寸在不同部位偏差小；室温拉伸性能优良且稳定，抗拉强度为(740±15) MPa，屈服强度为(685±20) MPa，断后伸长率为(10.5±2)%。研究表明，该半连续真空感应熔炼技术能够制备高纯净、高均质的钛合金铸锭，为高品质钛合金精密铸件提供了可靠的原材料基础。

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对热轧态TC4钛合金板材进行不同冷却方式的热处理，使其获得不同的初始组织。通过Gleeble热模拟实验研究了TC4钛合金在两相区(变形温度为700～800℃，应变速率为0.5 s~(-1)，变形量为20%～80%)的热变形行为，分析了变形温度、变形量等参数对合金热变形行为及组织演化的影响。结果表明，在应变速率和变形量一定的情况下，峰值应力随着变形温度的升高而明显降低。水冷试样表现出最高的流变应力及显著的动态软化特征，而炉冷试样流变应力最低且趋于稳态流动。变形量为40%时，再结晶晶粒于原始晶界形核，呈现典型“项链状”结构，即发生不连续动态再结晶(DDRX)。随着变形量的增大，动态再结晶体积分数增加，晶粒等轴化程度提高。相同变形参数下，水冷试样获得的细片层组织晶粒细化效果最显著，其在变形温度800℃、变形量80%条件下可获得细小等轴组织。这是由于片层α相与基体β相保持着Burgers取向关系，位错更容易切过α/β相界面，促进了α相的球化与再结晶。

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利用电子万能材料试验机对Ti6321合金进行准静态压缩与拉伸试验，并采用Gleeble热力模拟试验机进行高温压缩实验，压缩温度分别控制在400、600、800℃，应变率分别设定为1、5、10 s~(-1)。采用扫描电子显微镜对准静态拉伸试样的断口形貌进行分析，并使用光学显微镜对热压缩试样的显微组织进行观察。结果表明，Ti6321合金具有良好的塑性变形能力，拉伸断口呈现典型的韧性断裂特征，且压缩屈服强度(876 MPa)高于拉伸屈服强度(805 MPa)。温度对强度的影响明显强于应变率：高温可显著提升原子扩散活性与位错运动能力，导致屈服强度随温度升高大幅下降；应变率增加虽能因缩短位错热激活时间而产生强化作用，但该作用有限，强度增幅较小。此外，热压缩后等轴α相由椭球状转变为垂直于应力方向的长条状，且变形程度随着温度的升高和应变率的增大而增大。

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研究了热处理对Ti_2AlNb合金板材显微组织、拉伸性能及其均匀性的影响。结果表明，O相尺寸随时效温度升高而增大，含量基本保持不变。经960℃固溶+850℃时效处理后，板材O相[001]//TD织构完全消失，不同方向拉伸性能较为均匀；两种不同尺寸的O相为合金提供了良好的强度和塑性，室温断后伸长率不低于10%，在750℃的高温拉伸条件下合金屈服强度仍能达到450 MPa以上。固溶温度和时效温度升高使O相尺寸增大，削弱了界面强化作用，进而导致板材强度降低。

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以乏燃料后处理用Ti35合金为研究对象，结合电化学测试、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)表征与第一性原理计算，探究其在6 M沸腾硝酸中的腐蚀行为及机理。结果表明，Ti35合金腐蚀速率随浸泡时间延长逐渐降低，96 h后稳定在0.07 mm/a，自腐蚀电流密度降至2 h时的1/4。合金表面形成的钝化膜由TiO_2、Ti_2O_3、Ta_2O_5组成。Ti35合金的腐蚀形式以均匀腐蚀为主，且具备典型阳极钝化特征，其腐蚀过程可分为基体活性溶解、钝化膜生长稳定及动态平衡三个阶段，在沸腾硝酸中表现出优异的耐蚀性能。

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阳极钛基多孔传输层(PTL)表面铂涂层脱落与腐蚀是质子交换膜(PEM)电解槽制氢性能衰减机制之一。针对此问题，对镀铂钛基PTL进行不同温度的退火处理，然后将其组装成PEM水电解池，并进行1100 h的耐久性测试。结果显示，镀铂钛基PTL在400℃热处理后电解水的衰减速率为3.9μV/h，而200℃和600℃的衰减速率分别为10.7μV/h和41.6μV/h，说明适宜温度的热处理有利于提升铂涂层的结合力，降低钛基PTL与铂涂层之间的肖特基效应，避免阳极钛基PTL在强酸性、高电位环境下的腐蚀与钝化，从而提升电解池的稳定性。

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系统综述了提升钛合金摩擦学性能的4种技术路径：表面涂层技术通过构筑高性能覆层实现显著减摩；表面改性技术通过改变基体表层成分与组织提升耐磨性；润滑剂添加技术借助界面成膜直接降低摩擦；表面织构化技术则通过微纳形貌调控界面状态。上述技术均能有效降低摩擦系数与磨损率，但仍在涂层结合强度、改性层厚度、润滑剂长效性及织构参数优化等方面面临挑战。当前发展聚焦于多技术复合与智能化协同设计，未来将朝着开发新材料体系、深化界面机理研究及发展高效绿色工艺等方向迈进，以满足航空航天、生物医用等高端领域对钛合金部件高可靠、长寿命的严苛需求。

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<正>亚稳态β钛合金为体心立方晶体，可通过添加V、Nb和Ta等元素实现β相在高于β转变温度的固溶处理中稳定化。但一些β型钛合金在此过程中会形成无热ω相。针对无热ω相和溶质V对典型β钛合金中位错滑移与热激活过程的影响，选取V含量为17%和22%的两种β钛合金(分别标记为Ti-17V和Ti-22V)，通过实验测定其相关参数，系统研究了控制位错滑移的热激活机制。

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<正>申请号：CN202511649783.0申请日：2025-11-12公开(公告)日：2026-02-13公开(公告)号：CN121518874A申请(专利权)人：西北有色金属研究院摘要：本发明公开了一种具有纳米片层α相析出强化的高温钛合金，成分(质量分数)为：Al 5.6%～6.2%,V 0.5%～3.5%,Sn 0.5%～3.5%,Zr 0.5%～3.2%,Mo 0.02%～0.5%,Nb 0.02%～0.5%,Ta 0.2%～2.5%,W 0.05%～1.5%,Si 0.05%～0.5%,C 0.01%～0.05%，余量为Ti元素和其他不可避免的杂质，且按质量分数计V∶(Ta+W)=1∶0.2～3.2。本发明根据团簇设计模型实现β亚稳相分解控制，产生高含量且均匀分布的纳米片层α析出相，实现了合金性能的有效强化，适用于增材制造航天装备承温结构件。