阐明影响轻质高强结构材料钛合金强度的添加稀有金属附近的原子运动模型-对钛合金高强度化和降低成本的期待-

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类别：新闻稿 |发布于 2017 年 4 月 28 日

该研究小组由宇都宫大学山本厚四郎副教授和我校物理与工程系林浩一教授领导，由广岛市立大学、熊本大学和明亮光子科学研究所组成。通过与研究中心的联合研究，我们阐明了制造钛合金时添加的稀有金属附近的原子运动模型，获得的知识将为合金设计提供新的指导方针，有助于进一步提高钛合金的强度和降低成本。
与钢铁材料相比，钛合金的比重大约为一半，强度大约相同，因此钛合金越来越多地用于飞机上承受高载荷的部件。此外，由于其高生物相容性，它被用于眼镜框和人造骨骼等产品。钛合金主要有两种不同晶体结构的相，称为α相和β相。其中，β相具有体心立方晶体结构，具有强度高、易加工的特点，近年来含β相钛合金的使用迅速扩大。
为了制造含有β相的钛合金，需要添加铌、钽、钒等昂贵的稀有金属，然后进行各种热处理。然而，热处理也会产生细小的纳米相（ω相），降低钛合金的强度和切削加工性。因此，如果能够通过添加必要最小量的稀有金属来抑制钛合金中ω相的形成，同时最大限度地提高β相的比例，则可以以低成本将优异的轻质高强度结构材料投入实用。
到目前为止，钛合金中添加的稀有金属都是凭经验选择的，尚不清楚哪种稀有金属具有最好的生成β相的能力。在这项研究中，我们使用一种称为荧光 X 射线全息术的方法，研究了由钛和铌两种元素（一种稀有金属）组成的钛合金中铌原子周围的原子排列，这种方法可以在三个维度上可视化原子排列。结果，他们发现铌周围的原子排列与β相接近，不仅在β相，甚至在ω相也是如此。这从原子排列的角度论证了添加铌对提高钛合金中β相比例的作用。
未来，通过与钛合金中经常添加的其他稀有金属进行相同的实验，我们将能够比较稀有金属的β相增强效果，预计这将有助于开发最佳的轻质、高强度钛合金。