近日，我院博士研究生覃磊在周圣丰教授指导下，针对激光粉床熔融（LPBF）亚稳态β钛合金力学各向异性及强韧倒置难题开展了深入研究，并取得重要研究进展。相关研究成果以“Thermally-driven equiaxation of columnar grains and α'' nanoparticles enabling isotropic β-Ti alloys with strength-ductility synergy manufactured by laser powder bed fusion”为题，发表于制造工程领域国际权威期刊《International Journal of Extreme Manufacturing》（一区TOP，IF: 25.1）。论文第一作者为覃磊，通讯作者为周圣丰教授，暨南大学为第一通讯单位。

亚稳态β钛合金因其不含铝、钒等有毒性元素，兼具优异生物相容性、与人体皮质骨相近的低弹性模量及可调功能特性，被视为骨科与牙科植入体理想候选材料。LPBF作为医用定制化植入体的主流增材制造技术，其非平衡凝固过程却不可避免地引入了微观组织不均匀性，如强<001>晶体织构、粗大柱状晶及溶质偏析等缺陷。这些组织特征最终导致合金出现显著力学各向异性与强韧倒置问题，严重制约了其临床应用。

针对上述瓶颈，本研究提出一种协同调控策略：通过再结晶诱导柱状晶等轴化，同时将晶内针状α″相精准调控为纳米颗粒，从而同步优化LPBF成形Ti-35Nb-5Cu-xMo（Ti355x，x = 0, 1, 2, 4 wt.%）合金的微观组织均匀性、强度与韧性。研究表明，打印态Ti355x合金呈现等轴/柱状晶混合晶粒组织，存在明显力学各向异性与强韧倒置问题。经950 °C固溶热处理后，Ti3552合金（HT950-Ti3552）成功实现了化学成分均匀化与热驱动柱状晶等轴化，获得了近乎各向同性力学响应。同时，α″相由针状转变为纳米颗粒，在变形过程中，位错与α″纳米颗粒产生交互作用，有效促进位错交滑移，使塑性流动更加均匀，从而将合金拉伸延展性提升至25%以上。此外，研究证实适量钼（Mo）掺杂可有效提升合金位错密度并增强溶质拖曳效应，进一步细化了β晶粒和α″纳米颗粒尺寸。因此，相较于HT950-Ti355合金，HT950-Ti3552合金屈服强度提升了约90 MPa，实现强度与韧性同步优化。该研究系统阐明了热处理与元素掺杂协同调控LPBF成形β-Ti合金微观组织、消除力学各向异性及破解强韧倒置的作用机制，为研发兼具各向同性力学性能与高强高韧匹配特性的LPBF成形β-Ti合金提供了坚实理论支撑与可行工艺技术方案。

本研究得到了国家自然科学基金（项目编号：52373236和52401084）、国家自然科学基金重大研究计划（项目编号：92166112）、广东省国际科技合作项目（项目编号：2023A0505050103）及广西信息材料重点实验室基金（项目编号：221012 K）的资助。

原文链接：DOI: 10.1088/2631-7990/ae88d1.