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2023级博士生安益昕以第一作者在金属材料领域国际期刊《Acta Materialia》发表高电阻钛合金研究成果,周科朝教授、汪冰峰教授为通讯作者,张晓泳研究员、宋淼教授、何骏阳副研究员为共同作者。研究聚焦高频磁场环境下金属构件对高电阻率和良好力学性能的双重需求,针对传统合金化方法提高电阻率时容易导致力学性能下降的问题,提出了一种基于界面偏析调控的机器学习辅助高通量合金设计策略。研究结合扩散多元节高通量实验与机器学习方法,实现了高电阻钛合金成分的快速筛选与优化。

图1 机器学习辅助高电阻钛合金设计
研究结果表明,所设计的Ti-Zr-Al-Mn合金具有良好的强度、塑性和高电阻率协同性能,其抗拉强度为1060 MPa,均匀伸长率为8.5%,电阻率为1.94μΩ·m。微观组织表征发现,Mn元素在α/β相界面附近富集,形成了富Mn化学边界。结合透射电子显微镜和第一性原理计算,研究揭示了富Mn化学边界能够降低锥面Ⅱ型〈c+a〉位错的层错能和晶格阻力,促进含c轴分量的位错滑移,从而改善合金的塑性变形和应变硬化能力。同时,Mn富集引起的局域磁矩和静电势梯度增强了电子散射,有助于提高合金的电阻率。该研究从微观变形机制和电子结构两个方面解释了钛合金强度、塑性与高电阻率协同提升的原因,为新型结构功能一体化金属材料的设计提供了新思路。

图2 Ti-Zr-Al-Mn合金的力学性能和电阻率

图3 Ti-Zr-Al-Mn合金中的富Mn化学边界
(一审:周科朝 二审:李卉淼 三审:刘彬)