近日，四川大学材料科学与工程学院杨劼人教授课题组，在TiAl合金的先进热处理技术研究方面取得重要进展。相关研究成果以“Tuning anisotropic grain growth and high-temperature deformation in TiAl alloys via directional annealing: role of hot zone migration rate and 3D twin networks.”为题的论文发表在金属领域国际顶级期刊《Acta Materialia》（https://doi.org/10.1016/j.actamat.2025.121181）上。该研究提出了一种创新的无容器固态定向热处理技术，为TiAl金属间化合物的高性能制备开辟了新途径。

图1 定向退火工艺原理、所制备柱晶的IPF颜色图及柱晶生长机制示意图

TiAl合金因其低密度、优异的高温强度、抗氧化及抗蠕变性能，是650-1000°C航空发动机关键部件（如涡轮叶片）极具前景的轻质材料。然而，传统等轴晶TiAl合金存在高温性能不足的瓶颈，而现有的定向凝固技术虽能获得柱状晶或单晶，但面临高温熔炼污染、尺寸限制及工艺稳定性等瓶颈难题。

本研究聚焦Ti-48Al-2Cr-2Nb合金，创新性地采用局域控温及热区移动的固态定向退火技术（Directional Annealing），通过精确控制热区温度及迁移速率，成功制备了~40 mm柱状晶组织（图1）。同时，首次尝试了非恒定热区迁移速率对α柱晶生长影响的研究工作，并结合原位高温观察和多尺度表征，揭示了晶界耦合台阶（GB coupling steps）在协调双结点晶界迁移速率差异中的关键作用，阐明了晶界迁移受晶界曲率主导的动力学规律。

图2 γ片层的3D孪晶网络

该工作不仅成功开发了一种具有工程化潜力的TiAl合金柱晶制备新工艺，并首次揭示了定向热场下α晶界迁移的曲率驱动机制、三维孪晶网络形成（图2）及其对高温塑性的关键贡献，以及热区迁移速率对片层间距和晶粒形态的定量调控规律。所建立的工艺参数-晶界动力学-微观结构-高温性能-变形机制之间的关联，为设计和制备具有优异高温综合性能的TiAl合金构件提供了科学依据和技术指导。

论文第一作者为材料学院2022级博士生刘泽栋，通讯作者为杨劼人，合作单位为哈尔滨工业大学。本研究工作得到了国家自然科学基金（项目编号：52074229, U2441255, 52371035）和四川省科技重大专项（项目编号：23ZDZX0031）的资助。