图1 Ti64-C复合材料在室温下的超常强度-塑性组合。(a) Ti64和Ti64-C复合材料的典型工程拉伸应力-应变曲线；(b, c) Ti64-C复合材料与其他报道的高性能Ti基复合材料相比的抗拉强度和强度增量△σ（△σ = σc - σm, σc和σm分别是Ti64-C和Ti64样品的抗拉强度）以及拉伸断裂延伸率
图2 使用相同工艺制备的Ti64和Ti64-C复合材料的微观结构。(a) Ti64合金的反极图（IPF）图，显示层状微观结构；(b) Ti64合金中层状β-Ti的亮场透射电子显微镜（BF-TEM）显微图像及其选区电子衍射（SAED）图案；(c) Ti64-C复合材料中TiC网络结构的低倍图像；(d) Ti64-C复合材料的IPF图，显示等轴α-Ti；(e) Ti64-C复合材料中富含α''纳米相的等轴β-Ti的BF-TEM显微图像和SAED图案
图3 Ti64-C复合材料中独特的纳米级三角结构。(a) DF-TEM，(b) SAED，以及(c)原子HADDF-STEM显微图像和快速傅里叶变换（FFT）的α''沉淀相，沿[111]β //[110]α''区轴观察显示三个β/α''取向变体及其相干界面；(d-f)沿[100]β //[100]α''区轴观察的DF-TEM，SAED，和原子HADDF-STEM显微图像显示三个β/α''取向变体及其相干界面。每个α''针之间的角度正好是90度，由于惯常的<100> β的立方对称性。沿这个方向，β/α''相界结构仍然是相干的：
图4 Ti64-C复合材料中包含纳米级α''沉淀相的区域的EDS映射。
图5 通过原位拉伸测试观察Ti64-C复合材料的断裂行为。(a) Ti64-C复合材料的载荷-位移曲线，有几个暂停阶段；(b-f) 在(a)中标记的(b-f)暂停阶段的Ti64-C复合材料的裂纹演变和微观结构图像。
4小结
这项研究通过引入商业化的rGO纳米粉末，成功地制备了具有超高强度和优异塑性的Ti64基复合材料。研究人员揭示了TiC颗粒和α''纳米沉淀相与Ti64基体之间的相互作用，以及这些相互作用如何导致材料强度的显著提高。同时，他们也发现高密度的相干纳米级α''沉淀相及其孪晶行为是材料大塑性的原因。这些发现不仅为碳纳米材料增强的Ti基复合材料的强化和增韧机制提供了基础性的见解，也为未来设计和开发具有超常力学性能的结构材料提供了新的思路。通过这种简单的粉末冶金和热轧工艺，研究人员成功地制备了这种高性能的复合材料，为钛合金在高端应用领域的进一步发展铺平了道路。
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