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导读

文中提出了通过同时引入限制生长的溶质Ni和B来产生本构过冷的晶粒细化方法，以消除柱状β-择优取向晶粒，并将α-板条修正为等轴晶，以达到减少各向异性和保持良好的延性的协同作用。设计了一种新型的Ni-B包覆Ti粉来实现这一目标。该结果启发了对一种具有力学各向同性和良好拉伸性能的新型高性能Ti-Ni-B合金的开发。

选择性激光熔化(SLM)作为3D打印的一种，已被广泛应用于制造复杂几何形状的Ti合金部件，以解决其固有的加工能力差所带来的高成本困境。然而，由于在打印过程中急剧变化的热梯度和反复熔化过程，易形成粗大柱状晶粒，导致微观结构出现严重的各向异性，并显著降低了力学性能。因此，实现均匀的等轴组织和消除力学各向异性对Ti合金的打印和应用具有重要意义。

目前研究的β晶粒柱状向等轴转变(CET)的方法主要基于相互依赖理论，该理论认为固液界面前增加的本构过冷(ΔTCS)促进了形核，有利于微观组织的细化。在Ti熔体中引入合金溶质是抑制柱状β-择优取向晶粒外延生长的有效方法，通过产生ΔTCS来产生额外的形核。因此，基于CET进一步细化先验β-择优取向晶粒是获得完全等轴α-Ti组织的可行方法。

Ni可以有效地细化β-择优取向晶粒，且细化效果高度依赖于Ni含量。然而，过量的Ni对塑性有负害。因此，有必要开发更有效的生长限制溶质来进一步细化β-择优取向晶粒，以获得完全等轴的α-Ti晶粒。B通常用作钛合金晶粒细化剂成分，其可以为等轴α-Ti晶粒的形核创造有利条件，形成的TiB可以抑制晶界迁移，从而增强晶粒细化效果。

基于此背景，中科院过程工程研究所的团队联合国内外高校研究所提出同时引入限制生长的溶质Ni和B，使其在Ti中各自可耐受含量下形成等轴α-Ti组织，以完全消除力学各向异性。通过化学镀在Ti粉末表面镀上Ni-B相，验证了上述假设。相关研究成果以题为“Achieving synergy of mechanical isotropy and tensile properties by constructing equiaxed microstructure in as-printed Ti alloys”发表于期刊《Scripta Materialia》。

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在L→β相变过程中，生长限制溶质Ni和B促进了β-择优取向晶粒的CET，并显著细化了等轴β-择优取向晶粒。同时，形成的TiB对GBs也有显著的钉扎作用。在β→α相变过程中，由于β-择优取向晶粒的超细组织，α- Ti晶粒和等轴β-择优取向晶粒的尺寸和形貌类似。最终Ti-3.0Ni-0.15B粉末获得了完全等轴组织，有效地消除了力学各向异性。优化后的Ti-1.2Ni-0.06B合金具有优异的综合抗拉性能，抗拉强度为970 MPa，伸长率为10.7%。

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