铼作为提升结构材料高温强度、抗蠕变性能与组织稳定性的关键元素，在高温结构材料领域具有独特优势。在传统钛合金研发中，铼主要被用作体心立方β相的稳定元素，凭借其较大的原子尺寸和缓慢的扩散动力学，有效抑制扩散控制的微观组织粗化，从而改善合金的高温力学表现。然而这种传统的强化策略高度依赖β相的稳定性，未能从根本上解决钛合金中占主导地位的六方紧密堆积α相在高温下的本征性能瓶颈。

当前该领域面临的核心挑战在于，铼在α钛中的平衡固溶度极低，高温长时间暴露极易引发铼元素的严重偏析或析出，导致长效固溶强化作用快速失效。这使得α相在高温下仍保持较快的原子扩散动力学，表现出高温强度不足及微观组织易失稳等缺陷，极大限制了α型钛合金的服务温度上限。因此如何在突破热力学固溶度限制的同时，抑制高温下铼的扩散并实现对α相的直接强化与稳定性控制，成为新一代高温钛合金设计中需要突破的技术难题。

针对上述问题，由浙江大学等组成的团队利用泽攸科技的原位TEM测量系统进行了系统研究，团队通过激光选区熔化结合热处理成功制备出具有纳米调幅结构的单相α-TiRe合金，首次阐明了几何必要错配位错阵列通过锁定铼原子扩散来稳定非平衡组织的高温强化机制，在700°C下实现了远超传统α钛合金的高温强度与组织稳定性。

针对α钛合金中铼元素固溶度低且高温易偏析的难题，研究团队提出了缺陷介导的微观组织调控策略。通过将增材制造中的激光选区熔化技术与后续精细热处理工艺相结合，成功制备出铼原子分数为0.35%的单相HCP结构Ti-0.35Re合金。微观结构表征显示，该合金内部形成了纳米级调幅分解结构，其中片状富铼相的宽度约为20nm，与α钛基体保持完全共格界面。由于调幅分解引发的晶格错配，共格界面及富铼相内部自发生成了高密度的几何必要错配位错阵列，主要由型位错构成，从而在单相α钛基体中构建出一种独特的纳米相与位错网络复合微观组织。

图1 Ti-0.35Re合金的微观结构表征

为了厘清错配位错阵列在形变过程中的微观作用机制，研究人员利用泽攸科技原位拉伸杆对Ti-0.35Re合金开展了位移控制模式下的原位拉伸加载实验。实验实时记录并捕捉到了活动位错与错配位错阵列之间极其显著的动态相互作用过程。研究发现，界面处的错配位错阵列能够充当强有力的钉扎点，有效阻碍滑动位错的快速推进，并迫使滑移位错发生转向或沿错配阵列方向重定向，进而诱发密集的位错缠结。这种在透射电镜原位观察中确证的位错交互作用，证明错配位错网络能够在变形过程中显著提升材料阻碍位错运动的能力，为合金的高温强化提供了直接的微观力学证据。

图2 Ti-0.35Re合金的错配位错表征

在高温热稳定性方面，该研究揭示了错配位错阵列锁定铼原子扩散的核心物理机制。由于铼原子尺寸较大且在α钛中的扩散动力学较慢，高密度的错配位错网络能够捕获富集在调幅片层中的铼原子，显著抑制铼在高温条件下的长程扩散与偏析粗化。透射电子显微分析表明，在经过600°C保温约25分钟以及700°C保温约23分钟的高温暴露后，合金内部的纳米调幅结构以及界面错配位错阵列均保持完好，未发生明显的组织粗化或相变分解，表现出极强的热组织稳定性，成功突破了传统α钛合金在高温下易发生微观组织失稳的局限。

图3 Ti-0.35Re合金的力学性能宏观力学性能

测试进一步证实了这种位错锁定铼原子策略的卓越效果。在700°C的高温拉伸测试中，具有纳米调幅结构的Ti-0.35Re合金展现出高达191 MPa的屈服强度，远高于无调幅结构的固溶态对比合金的122 MPa。更为关键的是，当测试温度从600°C升至700°C时，该合金的高温强度保持率高达68%，而固溶态合金的强度保持率仅为30%。这一研究成果确立了通过错配位错锁定溶质原子以稳定非平衡微观结构的新机制，证明铼可以作为α钛的高效高温强化元素，为突破热力学固溶度限制、设计超越传统使用温度极限的新型高温钛合金提供了重要的理论依据与技术路线。

图4 Ti-0.35Re合金中活动位错与错配位错之间的相互作用

泽攸科技作为中国本土的高端精密仪器公司，是原位电子显微镜表征解决方案的一流供应商，推出的PicoFemto系列的原位透射电子显微镜表征解决方案，陆续为国内外用户的重磅研究成果提供了技术支持。下图为该研究成果中用到的泽攸科技原位TEM样品杆产品：

泽攸科技原位拉伸杆