电流与氢双辅助协同提升Ti-22Al-25Nb合金塑性的机制研究

为解决Ti-22Al-25Nb合金因脆性开裂导致的塑性差、成形温度高难题，哈尔滨工业大学团队创新提出电流-氢双辅助成形技术。研究确定最优参数为电流密度7.5 A/mm2、氢含量0.1 wt.%，使成形温度降至750°C时抗拉强度降低51.4%至518 MPa，延伸率提升至32.4%。该突破源于O相纳米化分解与(001)O-基面滑移激活，为航空航天高温合金精密成形提供新范式。

　　

在航空航天领域，Ti-22Al-25Nb合金因其优异的高温强度被视为新一代发动机叶片候选材料，但其本质脆性导致室温塑性不足1%，热成形温度需高达950°C以上，极易引发氧化和能耗问题。传统热机械处理难以协调强度-塑性矛盾，而单一外场辅助又存在效果有限的瓶颈。哈尔滨工业大学Bin Shao团队在《Scripta Materialia》发表的研究中，开创性地将电流致塑性（ECP）与氢合金化技术耦合，首次实现该合金在750°C中温区的超塑性成形。

研究采用电子背散射衍射（EBSD）和透射电镜（TEM）解析微观机制，通过高温拉伸试验结合原位氢渗透装置建立工艺窗口。关键发现包括：电流密度7.5 A/mm²可促进位错攀移，而0.1 wt.%氢含量使O相（正交结构）分解为20-50 nm颗粒，协同降低流变应力达51.4%。尤为重要的是，氢原子通过降低(001)_O-基面滑移临界分切应力，激活了5个独立滑移系，使延伸率突破理论极限至32.4%。

【微观结构演变】TEM显示变形后O相呈现<110>织构取向，纳米级析出相通过Zener钉扎效应抑制B2/β相（体心立方结构）晶界迁移。EBSD证实颈缩区形成3 μm动态再结晶(DRX)晶粒，其小角度晶界比例降至15%。

【力学性能突破】对比传统热成形，双辅助技术使屈服强度从1050 MPa降至512 MPa，而断裂韧性提升2.3倍。氢致相变动力学分析表明，电流加速了氢扩散系数至1.2×10^-11 m²/s，促进O→B2转变激活能降低28%。

该研究颠覆了"氢致脆性"的传统认知，提出氢-电协同调控金属塑性的新理论：氢作为"相变催化剂"细化显微组织，而电流通过焦耳热效应（Joule heating）促进动态回复。这种双辅助策略可推广至γ-TiAl等金属间化合物，为发展下一代轻量化高温构件奠定工艺基础。国家自然科学基金和金属精密热加工国家级重点实验室的支持保障了研究的深度推进。