Par rapport aux alliages de titane à granulométrie conventionnelle (5-10 μm), les alliages de titane à grain ultrafin ont non seulement une résistance plus élevée et une bonne adaptation plastique, mais également une résistance à l'usure plus élevée et une meilleure biocompatibilité. Il est très attractif dans de nombreux domaines d'application importants tels que l'aérospatiale et la biomédecine. Cependant, la préparation et le traitement des alliages de titane à grains ultra-fins sont extrêmement difficiles et la stabilité thermique de la microstructure est médiocre. Ces deux problèmes de goulot d'étranglement limitent le développement et l'application d'alliages de titane à grains ultra-fins.
L'équipe Yang Ke de l'Institut de recherche sur les métaux de l'Académie chinoise des sciences est depuis longtemps engagée dans la recherche fondamentale et appliquée de nouveaux matériaux métalliques médicaux. Récemment, les membres de l'équipe Ren Ling, Wang Hai, etc. ont adopté l'idée de conception de la microstructure de "cristaux équiaxes ultrafins enveloppant une coque à deux phases" (Fig. 1), et ont en même temps amélioré la microstructure et les propriétés thermiques des alliages de titane à grains ultrafins. à la fois de la thermodynamique et de la cinétique. Il utilise également la combinaison du traitement thermique conventionnel et du traitement thermique pour réaliser la préparation à grande échelle de la microstructure mentionnée ci-dessus, et résout les deux problèmes de goulot d'étranglement de la préparation et du traitement difficiles des alliages de titane à grains ultra-fins et de la mauvaise stabilité de la structure, et obtient d'excellentes performances et un alliage de titane contenant du cuivre à grain ultrafin avec une stabilité thermique élevée. Récemment, des résultats de recherche connexes ont été publiés en ligne dans Nature Communications.
Fig. 1
Ces dernières années, l'équipe de recherche s'est engagée dans la recherche intégrée et l'application de la structure et de la fonction biologique des alliages de titane contenant du cuivre. Sur la base des travaux de recherche antérieurs, l'équipe a proposé une stratégie de préparation "d'alliage d'éléments eutectoides → trempe → déformation à chaud" (EQD) pour la préparation d'alliages cuivre-titane à grain ultra-fin (Fig. 2). Idées de conception pour la microstructure des cristaux axiaux. Cette stratégie permet la fabrication à grande échelle d'alliages Ti6Al4V5Cu à grains ultrafins avec des tailles de grains -Ti comprises entre 90 et 500 nm par un équipement de traitement thermique conventionnel (Fig. 2).
Figure 2
Dans le même temps, la structure de coque en nid d'abeille biphasée /Ti2Cu formée lors de la déformation thermique est utilisée pour revêtir les grains, ce qui améliore considérablement la stabilité thermique de la structure de grains équiaxes ultrafins et augmente la température d'instabilité du matériau à 973 K ( { {3}}.55Tm) (Figure 3). La résistance à la traction à température ambiante de l'alliage Ti6Al4V5Cu à grains ultrafins peut atteindre 1,5 GPa et l'allongement dépasse 10 %. À 650 degrés et une vitesse de déformation de 0,01 s-1, l'allongement à la traction dépasse 1 000 % (Fig. 1), ce qui entraîne une déformation superplastique.
Figure 3
De plus, l'alliage Ti6Al4V-5Cu à grains ultrafins n'a pas subi de grossissement ni de croissance de grain dans les conditions de couplage thermomécanique d'étirement à haute température (Fig. 4). Cette stratégie EQD réalise non seulement la préparation d'une structure de grains ultrafins à haute performance et à haute stabilité thermique d'autres alliages de titane tels que TiCu et TiZrCu, mais a également été étendue à d'autres systèmes d'alliages, y compris des matériaux en fer et en acier pour la préparation de matériaux métalliques à grains ultrafins. . Il fournit une nouvelle approche et revêt une grande importance pour la conception et la recherche de matériaux métalliques à grains ultrafins.
Figure 4
Le travail ci-dessus a été réalisé par l'équipe de Yang Ke et Ren Ling de l'Institut des métaux, l'équipe de Qiu Dong du Royal Melbourne Institute of Technology, Australie, et l'équipe de Chen Xingqiu du Centre national de recherche de Shenyang pour la science des matériaux. de l'Institut des Métaux. Le chercheur adjoint Wang Hai de l'Institut des métaux est le premier auteur, et le chercheur du projet Renling de l'Institut des métaux et le professeur Qiu Dong de l'Université RMIT sont les auteurs correspondants.
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