1.本發明涉及鈦及鈦合金的加工、力學性能和氫脆敏感性領域，具體為一種高強度抗氫脆純鈦及其制備方法，適用于在海洋環境以及人體植入環境等氫含量較高的苛刻環境中服役的純鈦結構材料。
背景技術：
2.鈦及鈦合金具有優良的耐蝕性、高比強度和較好的生物相容性等綜合性能，在航天、海洋、醫學領域具有廣泛應用。但是在實際的工程應用中往往存在兩類需要解決的問題，一是純鈦的強度不夠(400mpa左右)，難以滿足日漸提高的工程服役要求；二是鈦及鈦合金往往具有較強的氫脆敏感性，這是因為其屬于典型氫化物形成體系，在海洋或潮濕環境中服役時，氫通過電化學陰極反應析出，向鈦合金晶格中遷移，在α相內部或α/β相界面處形成脆性的氫化物，受力時氫化物優先開裂，造成鈦合金的氫脆。
3.從提高強度角度考慮，金屬材料的強化方式主要有四種：固溶強化、析出強化、細晶強化和形變強化。由于純鈦含有的合金元素種類和濃度極低，所以其強化方式主要為細晶強化和形變強化。純鈦是密排六方(hcp)結構(c/a＝1.587)，其塑性變形的主要特點是除了位錯滑移以外還存在變形孿晶。位錯與孿晶之間的相互作用對于純鈦的力學性能產生重要影響，研究表明位錯在晶界的塞積和位錯的反應能夠促使變形孿晶的形核。應變速率和溫度是影響純鈦的塑性變形的決定性參數，由于位錯是一種熱激活過程，而變形孿晶對溫度不敏感，因此在低溫下，純鈦在塑性變形中會同時啟動大量變形孿晶和高密度位錯，孿晶的存在可以切割原始晶粒從而有效阻礙位錯的運動，另一方面可以調整原始晶粒由硬取向向軟取向轉變，這樣即提高了純鈦的強度又可以維持一定程度的塑性；另一方面，高應變速率下純鈦的塑性變形中產生的大量位錯在后續的退火過程中會演變為位錯胞、亞晶界或者小角度晶界，而變形孿晶對溫度不敏感，合適的退火制度不會導致退孿晶現象的發生。
4.從降低氫脆敏感性角度考慮，氫是一種有害但又難以完全避免的雜質元素，氫來源于大氣或在含氫環境中服役時進入到材料內部的氫和電化學陰極反映過程產生的氫，它會引起鈦的韌性的降低，嚴重時會導致氫脆。氫進入到金屬內部的過程分為四個階段：1氣體分子向金屬表面擴散，2在金屬表面上分子的吸附、分解和化學吸著，3由化學吸著層向晶格中的原子轉移，4金屬晶格中原子的轉移。鈦在塑性變形過程形成的小角度晶界和孿晶界，屬于低能量界面，而鈦及鈦合金發生氫致開裂的根本原因在于大量脆性氫化物的形
聲明：
“高強度抗氫脆純鈦及其制備方法” 該技術專利(論文)所有權利歸屬于技術(論文)所有人。僅供學習研究，如用于商業用途，請聯系該技術所有人。
我是此專利(論文)的發明人(作者)
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編輯：中冶有色網
來源：中國科學院金屬研究所
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2025年07月16日 ~ 18日 
