多元第二相强化机制显著提升新型La-TZM合金强度的研究

本研究针对传统TZM合金强度不足的问题，通过设计多元第二相强化机制，成功制备出高强度La-TZM合金。研究发现其强化机制主要受Orowan机制调控，第二相临界相变尺寸(dC)与界面能(γ)呈反比关系，通过优化第二相体积分数和颗粒尺寸使抗拉强度提升85.3%，为钼(Mo)合金在重大工程领域的应用提供理论和技术支撑。

　　

钼合金因其优异的高温强度和耐腐蚀性，在航空航天、核工业等领域具有不可替代的作用。然而传统TZM（钛-锆-钼）合金的强度瓶颈长期制约其在高载荷环境下的应用。如何通过微观结构设计突破强度极限，成为材料科学界亟待解决的难题。

西安建筑科技大学冶金工程学院的研究人员独辟蹊径，将稀土元素镧(La)引入TZM合金体系，创新性地提出多元第二相强化策略。通过系统研究第二相颗粒与基体的相互作用机制，发现当第二相尺寸超过临界值(d_C)时，Orowan绕过机制（位错绕过不可变形颗粒的强化机制）成为主导强化方式。该研究巧妙利用界面能(γ)与d_C的反比关系，通过调控第二相分布使合金屈服强度(Y_SP)实现最优匹配——随着第二相体积分数增加而线性提升，但在颗粒尺寸增大至阈值后出现回落。最终制备的La-TZM合金相较传统TZM合金抗拉强度提升85.3%，相关成果发表于《Materials Chemistry and Physics》。

研究采用粉末冶金法制备合金，结合SEM（扫描电子显微镜）和TEM（透射电子显微镜）进行微观结构表征，通过力学性能测试系统评估强化效果。特别关注第二相尺寸分布与d_C的定量关系，建立强度预测模型。

【微观结构特征】显示La-TZM合金中第二相颗粒多超过d_C，验证Orowan机制的主导地位。【强化机制分析】阐明Y_SP与第二相参数的定量关系：当颗粒尺寸小于d_C时位错切割机制生效，超过后转为Orowan机制。【性能对比】证实La-TZM合金在保持良好塑性的同时，强度指标显著超越传统合金。

该研究首次建立多元第二相尺寸-界面能-强化效应的关联模型，突破传统单一强化机制的设计局限。不仅为高强钼合金开发提供新思路，其揭示的临界尺寸效应规律更可推广至其他合金体系。从工程应用角度看，85.3%的强度提升意味着钼合金构件可承受更高机械载荷或减轻自重，对航天器减重、核反应堆部件寿命延长等重大需求具有直接推动作用。研究团队提出的"界面能调控临界尺寸"创新理念，为后续开发超强耐热合金开辟了新路径。