2026年11月3日，我校新材料技术研究院曲选辉、陈刚教授团队研究成果以“Strategically tuning oxygen in multiple phases for high-performance titanium alloys”为题发表在《Nature Communications》期刊。我校为该论文的第一通讯单位，曲选辉、陈刚教授，辽宁材料实验室李秀艳研究员，新西兰奥克兰大学Peng Cao教授，以及澳大利亚昆士兰大学Jin Zou教授为共同通讯作者，我校博士生刘畅、陈佳男为共同第一作者。辽宁材料实验室、澳大利亚昆士兰大学、新西兰奥克兰大学、中国科学院物理研究所、上海理工大学、明月湖实验室、中南大学、宁波钛钽新材料技术有限公司为该论文的合作单位。

钛合金具有低密度、高比强度、优异耐蚀性、良好生物相容性以及无磁等特点，成为航空航天、海洋工程、生物医用等领域不可或缺的关键材料。根据晶体结构类型，钛合金通常可分为α型（密排六方结构）、β型（体心立方结构）以及α-β双相型三种不同种类。氧作为一种典型的间隙元素，能有效强化钛合金，但会严重损害其塑性。然而，钛的活性高，极易氧化，需要采用严苛的控氧工艺和装备进行生产，这就导致了钛的生产成本一直居高不下，严重限制了其广泛应用。2025年，曲选辉、秦明礼、陈刚教授团队在材料领域顶刊《Nature Materials》上发表了一项研究成果（Lean design of a strong and ductile dual-phase titanium-oxygen alloy，2025, 24: 506-512），通过粉体流化改性技术，调控钛粉表面氧化膜，并通过选择性激光熔融技术将足够氧原子引入钛的HCP（α相）晶格中，形成一种富氧的具有FCC结构的新相（γ相），不仅使钛的强度提高了5倍，且塑性仍保持在23.3%，从而创造出了一种高强韧α-γ双相钛氧合金。该研究彻底颠覆了氧有害于钛的传统认知，为新型高性能钛合金成分和工艺设计提供了新的发展思路。

基于上述新发现，团队持续开展了氧调控高强韧钛合金的创新研究。其中，Ti-6Al-4V是一种应用最广泛的α-β双相钛合金。为了保证一定的塑性，ASTM B265标准将Ti-6Al-4V中的氧含量严格限定在0.20 wt.%以下。同样地，团队通过粉体表面富氧改性和选择性激光熔融技术，结合后续热处理工艺，在氧含量达到0.39 wt.%情况下，获得了强度和塑性协同提升的效果，合金的室温抗拉强度为1200±30 MPa，屈服强度为1130±35 MPa，伸长率达23.5±1.5%。

研究表明，表面富氧Ti-6Al-4V粉末经过选择性激光熔融和快速冷凝后，形成了富氧的α'马氏体单相组织。随后，将成形件在900℃进行热处理，富氧α'马氏体发生分解转变为α-β双相组织（见图1）。从而，在两相中实现了策略性的氧调控，使得β相内偏聚大量氧，触发了β→O'相变（O'相为正交结构），最终制备出一种三相（α-β-O'）Ti-6Al-4V-0.39O钛合金（见图1）。在应力作用下，O'相降低了应力诱导马氏体相变（SIMT）的能垒，诱发O'→α"马氏体相变，并伴有纳米孪晶形成，产生应力诱导相变（TRIP）和应力诱导孪晶（TWIP）耦合效应（见图2），使合金得到强化的同时，仍保持了优异的塑性（见图2）。此外，基于系统的热处理工艺探索，构建出了O'相稳定图（见图3），用于指导调控组织性能。

图1、三相钛合金显微组织表征

图2、三相钛合金的力学性能及强韧化机制分析

图3、热处理工艺对钛合金力学性能的影响规律及相稳定图

曲选辉，工学博士，国家级杰出人才计划入选者。现任北京科技大学教授，先进粉末冶金材料与技术北京市重点实验室主任，《粉末冶金技术》主编。长期从事金属材料及粉末冶金专业方向的教学与研究工作。先后主持完成国家自然科学基金、973、863、重点研发计划等国家级重要研究项目40余项，发表SCI论文750余篇；授权发明专利210余件（包括5件美国专利），出版著作5部；获国家级教学成果一等奖1项（排名第一）、国家技术发明二等奖2项（均排名第一）、国家科技进步二等奖1项（排名第四），省部级科技成果一等奖16项；荣获全国五一劳动奖章、国际先进材料学会最高荣誉奖章（IAAM Medal）、世界粉末冶金大会（World PM2018）“中国粉末冶金贡献奖”、“何梁何利基金科学与技术进步奖”、“中国青年科技奖”、“全国优秀科技工作者”、“宝钢优秀教师特等奖”和“首都劳动奖章”等荣誉。领衔的团队先后入选“国防科技创新团队（2008年）”、“北京高校优秀本科育人团队（2020年）”和“全国高校黄大年式教师团队（2022年）”。

陈刚，工学博士，研究员，博士生导师，主要从事金属粉末近净形新原理新方法的研究工作。主持过国家自然科学基金、国家重点研发计划项目课题、工信部工业强基工程项目课题等项目。以第一/通讯作者在Nat. Mater.‌、Nat. Commun.、Acta Mater.、Scripta Mater.、Metall. Mater. Trans. A/B等行业领域期刊发表论文60余篇，授权中国发明专利22项，美国发明专利2项。入选国家级青年人才，陕西省青年科技新星，小米青年学者。担任中国金属学会粉末冶金分会秘书长，粉末冶金产业技术创新战略联盟副秘书长，《Journal of the Royal Society of New Zealand》副主编，《Advanced Powder Materials》、《粉末冶金技术》编委。