郭万林院士团队在TiAl单晶强韧化机制方面取得重要研究进展，相关成果以“Synergistic effects of twin boundary and phase boundary for enhancing ultimate strength and ductility of lamellar TiAl single crystals”为题发表在国际顶级力学期刊《International Journal of Plasticity》上。

TiAl合金作为一种轻质高温合金在航空航天领域颇具发展潜力，其低密度和高温强度等特性吸引了许多众多研究学者的关注。2016年，陈光院士团队发明了TiAl单晶制备技术，攻克了TiAl合金室温脆性大和服役温度低两大难题，实现了强度、塑性和蠕变抗力的跨越性提升。而要保证TiAl单晶在实际工程中安全应用，需要深入理解其强韧化机制等力学行为。

图1. TiAl单晶的独特界面结构（a）孪晶界结构；（b）相界结构；（c）根据相界面的层错类型定义FCC、HCP和Node区域；（d）具有三种堆叠区域的相界面示意图：FCC；HCP和Node；（e）相界由势能着色，黄线表示由DXA算法识别的位错网络。

近日，郭万林院士团队发现TiAl单晶中的孪晶界和相界的协同作用使材料表现出不同于现有材料的强韧化机制。孪晶界和相界的协同作用使得材料比只含纯相界材料的强度和延性分别提高了8.3%和24.7%。这种协同效应源于位错回缩引起的应力-应变曲线的多级应变硬化。同时，通过提高孪晶界与相界的比值，可以显著提高这种协同效应。理论模型表明，当片层厚度小于217 nm时，这种位错回缩机制会发生，这为提高TiAl单晶限强度和延性提供了一条切实可行的途径。

图2. TiAl单晶孪晶界和相界面协同强化提高强韧性。

上述研究结果揭示TiAl单晶强韧化新机制，开辟了提高材料力学性能的新途径；该论文成果第一作者为南京航空航天大学相恒高博士，通讯作者为郭万林院士。

论文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0749641921002631