近日，我校材料科学与工程学院粉末冶金与增材制造金属基复合材料课题组在先进金属结构材料领域取得重要突破，相关研究结果以“Ultrastrong and ductile hierarchical heterostructured titanium composites from room to high temperatures”为题发表于材料领域国际顶级期刊《Advanced Powder Materials》（影响因子：24.9）。该成果由西安理工大学联合香港城市大学、英国曼彻斯特大学、日本大阪大学及北京高能物理研究所等单位合作完成。西安理工大学为第一作者单位，材料学院博士生李少龙为论文第一作者，西安理工大学李树丰教授、香港城市大学朱运田教授（联合培养博士生导师、西安理工大学名誉教授）和英国曼彻斯特大学Philip J. Withers教授为论文的共同通讯作者。

论文链接: https://doi.org/10.1016/j.apmate.2025.100369

该研究通过多尺度异质结构设计，成功构建了由百微米级异质晶粒与纳米级(Ti, Zr)₅Si₃连续网状析出相组成的钛基复合材料，实现了TiB晶须、纳米析出硅化物与基体的多尺度协同强化。该材料在室温下展现出1.4 GPa的超高强度与9.5%的伸长率，突破了传统钛基复合材料存在的室温“高强度-低塑性”矛盾，其室温塑性甚至优于同条件下制备的基体合金。研究揭示了软/硬域间的应变分配与异质变形诱导（HDI）应力对延缓裂纹萌生、促进持续硬化的关键作用；在此基础上，通过纳米析出相在高温下的钉扎晶界、阻碍位错运动，保障了材料优异的高温性能。该成果为同时实现金属材料室温高强韧与高温高强度提供了创新设计思路，对航空航天、高端装备等领域轻量化结构材料的开发具有重要理论意义和应用价值。

图1 异质结构钛基复合材料的微观组织及力学性能

该工作获得国家重点研发计划项目（2021YFB3701203）、陕西省重点科技创新团队项目（2023-CX-TD-46）、国家自然科学基金项目（52471162）和西安理工大学博士留学联合培养基金项目（101/252092301）支持。针对钛合金及钛基复合材料的强韧性匹配和高温性能研究方面，李树丰教授团队已经在《Proceedings of the National Academy of Sciences of America》、《International Journal of Plasticity》、《Additive Manufacturing》、《Carbon》、《Composites Part B》和《Advanced Powder Materials》等国际国内顶级期刊发表多篇高水平学术论文，授权美国专利1项，中国发明专利10余项。

图2 粉末冶金与增材制造金属基复合材料课题组合影

李树丰，西安理工大学二级教授、博士生导师、大阪大学客座教授。2013年学成归国后组建了粉末冶金与增材制造金属基复合材料课题组，带领课题组相继获批建立西安理工大学先进粉末冶金及复合材料科研基地、西安市先进粉末冶金材料和新技术重点实验室、陕西省粉末冶金与增材制造金属基复合材料高校重点实验室和陕西省增材制造金属基复合材料新技术海外创新引智基地等科研平台和陕西省粉末冶金异质结构金属基复合材料重点科技创新团队。近年来在国际国内有影响力的期刊发表论文150余篇，被引超4000余次，获授权美国及中国发明专利13项。入选《全球前2％顶尖科学家榜单》“年度科学影响力榜单”。主持包括国家自然科学基金面上项目、国家重点研发计划项目子课题、国家重点研发计划─“科技助力经济2020”项目、科技部发展中国家杰出青年科学家来华工作计划项目、科技部外国专家项目及企业横向课题10余项。获得包括日本文部科学大臣科学技术奖、日本粉末冶金协会研究进步奖、中国有色金属工业科技进步二等奖在内的奖项多项。