近年来，研讨人员在高浓度固溶体合金中发现部分化学有序畴、原子团簇和成分动摇等，这些结构特征使合金取得了优异的强度-塑性结合。原子团簇在钛合金中也有一些报导，但其对力学性能的影响规则和机理还未清楚。近来，北航邱春雷教授团队在自主规划开发的一种增材制作亚稳态β钛合金中发现了高密度纳米溶质原子团簇的存在。经过分子动力学模仿与先进表征，他们研讨了溶质原子团簇的构成机理及其对合金强度、塑性的影响规则和机理。别的，他们还研讨了新式亚稳态β钛合金在选区激光熔化进程中的杂乱微观安排演化规则。研讨之后发现溶质原子团簇的构成有助于下降合金体系的结合能。在变形进程中，溶质原子团簇可以有用阻挠位错运动，添加变形抗力，一起又答应位错切过，因而产生了杰出的强塑性结合。溶质原子团簇及成分动摇的存在促进基体构成替换改换的纳米标准拉伸与紧缩应变场，有用阻挠位错运动并有助于强度的进步。因为原子团簇及超细无热沉积相的存在，固溶态的钛合金即取得超高的屈从强度（1.2GPa）。研讨还发现打印态的亚稳态钛合金中构成的相是在增材制作热循环进程中构成的。

  研讨人员比照研讨了一种选区激光熔化的Ti-Fe-Co-Mo合金单道样品、单层样品（如图1）与块体样品内部的微观安排演化规则，发现单道样品的微观安排由β晶粒和无热ω相组成（图2a-c），单层样品（由多熔道彼此搭接而成）中存在少数α相及很多ω沉积相（图2d-i），块体的样品中则构成了很多α板条和等温ω相（图3a-c）。由此可见，打印态块体样品中构成的α相和等温ω相均是增材制作的完好进程热循环的效果成果。在这些样品的基体中还调查到了Mo/Fe/Co原子团簇。

  图2 选区激光熔化的Ti-Fe-Co-Mo合金(a-c)单道样品与(d-i)单层样品透射电镜成果

  经β相区固溶处理后，Ti-Fe-Co-Mo合金中只存在β相及无热ω相（图3d-f）。使用三维原子探针对基体做多元化的剖析发现合金中存在高密度的溶质原子团簇，团簇中的溶质原子数量在4到35之间（图4）。溶质原子团簇的存在还造成了基体的成分动摇。分子动力学模仿也发现合金在凝结进程中可以构成原子团簇(图5)，原子团簇的构成有助于下降合金体系的结合能。

  图4 Ti-Fe-Co-Mo合金中溶质原子团簇及成分散布的三维原子探针剖析成果

  图5 分子动力学模仿研讨标明Ti-Fe-Co-Mo合金中存在溶质原子团簇

  固溶态的合金变形时，位错与溶质原子团簇发生了杂乱的交互效果，原子团簇有用阻挠了位错运动，使位错剪切原子团簇所需的剪切应力添加（图6）。原子团簇及成分动摇还在基体中产生了原子应变场的动摇和畸变（图7），构成替换改换的拉伸和紧缩应变场，导致了较大的部分内应力，可以阻挠位错滑移，使合金强度进步。别的，原子团簇不会彻底阻挠位错运动，当剪切应力到达必定值时，位错可以切过原子团簇持续滑移，因而有助于合金取得杰出的塑性。合金中的无热沉积相也起到了很好的强化效果。这些促进合金在固溶态即取得超高的屈从强度（＞1.2 GPa）与杰出的塑性（延伸率10%）（图8）。此外，合金还表现出较高的加工硬化率。

  图7 合金中成分动摇导致的原子应变场动摇（拉伸应变场和紧缩应变场替换散布）

  图8 固溶态Ti-Fe-Co-Mo合金的（a）工程应力-应变曲线和（b）真应力-应变曲线

  本研讨初次在增材制作的钛合金中发现溶质原子团簇及成分动摇的存在，并提醒了溶质原子团簇的构成机理及其对合金力学性能的影响机理。本研讨的发现为钛合金的强塑性协同提高拓荒了新途径，为新式高强韧钛合金的规划供给了一条新思路。