近日，西安理工大学材料学院粉末冶金与金属基复合材料课题组在粉末冶金钛基复合材料强韧性协同匹配方面取得重要突破，研究论文“Loss-free Tensile Ductility of Dual-structure Titanium Composites via Interdiffusion and Self-organization Strategy”发表于《Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America》（IF=12.779），简称PNAS。PNAS作为国际顶级学术杂志，主要刊载研究报告、学术评论、学科回顾及前瞻、观点展示、学术论文以及美国科学院学术动态报道等。

韧性金属和脆性陶瓷颗粒之间因物性与结构差异而产生的形变失配是导致金属基复合材料（MMCs）强度–塑韧性倒置严重的主要因素。针对此，西安理工大学粉末冶金与金属基复合材料课题组以钛基复合材料为对象，以增强相非均匀构型和基体晶区异构相结合为出发点，围绕以提高增强相与基体之间的变形协调能力和异质结构变形诱导强化和硬化为核心，创新性地提出构建增强相呈球团状分布的双结构钛基复合材料的设计思路，并开发出一种新的基于粉末冶金的结构控制策略–互扩散和自组织策略实现金属基材料的性能突破。该策略采用该团队自主研发的球形钛基复合粉末为原料（ZL.201910528485.4、CN202210330545.3和US16/883, 657），巧妙利用粉末冶金过程中合金组元的互扩散反应，以球形复合粉末为模板使增强相TiB晶须自组织形成呈各向同性的三维球团状非均匀构型（图1（a，b）），从而原位构建出兼具增强相非均匀构型和基体晶区异构的新型双结构TC4基复合材料，该结构可充分发挥变形阶段的异变诱导强/硬化和裂纹钝化效应，实现了均匀构型钛基复合材料中几乎无法实现的强度–塑韧性的协同匹配（图1（c，d））。该研究成果为解决MMCs强度和塑韧性倒置严重的难题提供了一种基于粉末冶金法的全新解决方案。他们的发现在突破金属基复合材料强韧性倒置严重的难题方面具有广泛适用性，有助于扩展金属基复合材料在航空航天、交通运输等关键工程装备的轻量化等领域的应用。

该成果由西安理工大学联合西安建筑科技大学、大阪大学接合科学研究所、东莞材料基因高等理工研究院和中科院高能物理研究所合作完成。西安理工大学为第一署名单位，材料学院博士生刘磊为论文第一作者，李树丰教授为论文的第一通讯作者。该工作获得国家重点研发计划项目、陕西省重点科技创新团队项目、国家自然科学基金项目和西安理工大学博士创新基金项目支持。

论文PDF链接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2302234120

论文全文链接：https://www.pnas.org/eprint/B4U2WZSDIKDJYDNVMFVV/full