LaB6添加诱导晶粒细化与氧清除协同提升Ti-47.7Al-7.8Nb合金烧结态强塑性的研究

针对高铌TiAl合金室温脆性大、加工性差的问题，研究人员通过粉末冶金技术原位引入LaB6，创新性地实现晶粒细化（从346.3 μm降至71.2 μm）与氧杂质清除双重效应，使合金抗拉强度提升26%（达609 MPa），断裂应变激增153%（0.40%→1.01%），为航空航天领域高性能TiAl基复合材料制备提供了新思路。

　　

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钛铝合金（TiAl）因其轻量化（密度仅为镍基高温合金的50%）和优异的高温力学性能，被视为航空航天发动机叶片等关键部件的理想材料。然而，这类合金的"先天不足"——室温脆性如同"阿喀琉斯之踵"，严重制约其切削加工性能和工程应用。传统铸造TiAl合金存在组织粗大、成分偏析等问题，而粉末冶金技术虽能制备组织均匀的合金，但在α相区烧结时仍会形成超过300 μm的粗大层片组织，导致力学性能恶化。如何在保留层片组织高温优势的同时细化晶粒、提升室温塑性，成为材料科学家亟待破解的难题。

北京科技大学新材料技术研究院的研究团队独辟蹊径，将稀土化合物LaB₆引入Ti-47.7Al-7.8Nb合金体系，通过热压烧结原位生成La₂O₃和(Ti,Nb)B陶瓷增强相，成功制备出兼具高强度与良好塑性的复合材料。这项发表于《Materials Science and Engineering: A》的研究，为解决TiAl合金"强塑不可兼得"的行业困境提供了新方案。

研究团队采用球磨混粉-热压烧结的技术路线，对含氧量0.084 wt.%的TiAl预合金粉末分别添加0-0.20 at.% LaB₆。通过XRD、SEM等表征手段分析相组成与微观结构演变，结合室温拉伸测试评估力学性能提升效果。

Microstructure of powders
预合金粉末呈规则球形（图2a,b），球磨后LaB₆颗粒均匀包覆在TiAl粉末表面（图2c,d），这种特殊形貌为后续均匀烧结奠定基础。

Phase constitution and microstructure evolution
XRD显示混合粉末主要含γ-TiAl和α₂-Ti₃Al相（图3a）。添加0.10 at.% LaB₆后，烧结体中出现新相La₂O₃和(Ti,Nb)B（图3b），证实LaB₆与基体发生反应。最显著的是层片团尺寸从346.3 μm锐减至71.2 μm（图4），这种细化源于B元素抑制α晶粒长大，而La元素通过形成La₂O₃清除基体氧杂质。

Discussion
性能提升机制包含三方面：1）孪晶强化（twin strengthening）——变形过程中产生的新界面阻碍位错运动；2）细晶强化——Hall-Petch效应使强度提高；3）氧清除效应——La₂O₃形成降低基体氧含量，提升塑性。特别值得注意的是，适量(0.10 at.%)LaB₆添加能在强度（UTS 609 MPa）和塑性（断裂应变1.01%）间取得最佳平衡，过量添加反而导致陶瓷相聚集。

Conclusions
该研究通过LaB₆添加实现三重突破：1）层片组织细化；2）原位生成La₂O₃和(Ti,Nb)B增强相；3）氧含量降低。这使材料突破传统TiAl基复合材料"强度-塑性倒置"的瓶颈，为发展近净成形粉末冶金TiAl部件提供了重要技术路径。研究成果对推动我国航空发动机热端部件材料国产化具有战略意义，其"晶界工程+氧控制"的设计思路也可拓展至其他难加工金属间化合物体系。