【一】、科学背景
高温钛合金是航空发动机压气机叶片等核心热端部件的关键结构材料，通常在 350~650 ℃温度区间长期服役，主流设计遵循 “固溶强化为主、弥散强化为辅” 的思路，其中 Si 元素是提升合金高温强度与蠕变性能的核心添加元素，既可以固溶于基体形成溶质原子团簇阻碍位错运动，也能析出 Ti₅Si₃（S1 型）、Ti₆Si₃（S2 型）等硅化物颗粒发挥沉淀强化作用，当合金中含有 Zr 元素时，Zr 还可置换硅化物中的部分 Ti 原子，形成 (Ti, Zr)ₓSiᵧ型硅化物。在实际服役过程中，航空发动机部件常因工况波动出现短时超温现象，以 Ti6242 近 α 钛合金为例，其标称长时服役温度为 500~550 ℃，但短时超温工况可达 650~700 ℃，这种超出设计温度的运行条件对合金的高温变形抗力和组织稳定性提出了更高要求。然而国内外已有相关研究大多集中于标称服役温度范围内的硅化物行为与变形机制，针对超服役温度条件下，纳米硅化物与不同类型位错的交互作用规律、合金高温变形的微观机制仍缺乏系统的实验证据与清晰的理论解释。
【二】、科学创新
近日，来自宝鸡钛业股份有限公司的郭金榜、高飞、苗阳、郑国明等人聚焦Ti6242近α钛合金超服役温度变形机制的研究空白，以677℃（超标称服役温度约23%）为实验条件，系统解析纳米硅化物与位错的交互作用规律，实现三方面核心创新。一是精准表征超温下析出硅化物的形貌、成分与晶体结构，确认其为化学组成为(Ti,Zr)₅Si₃的S1型六方结构纳米颗粒，粒径50~150 nm，主要分布于初生α相内部及α/β相界面，且与α基体无明确晶体学取向关系。二是借助双束明场/暗场成像与g・b=0位错消光判据，精准识别超温变形的位错滑移体系，证实变形以基面、柱面型位错为主导，局部区域激活少量<c+a> 型位错，呈现多滑移系协同变形特征。三是首次提出硅化物调控位错的双重作用机制，对易启动的型位错以Orowan绕过效应形成强钉扎阻力，对难启动的<c>/<c+a>型位错以弹性应力场吸引实现界面钉扎，从微观层面阐明了合金超温下兼具高蠕变抗力与良好塑性的核心机理，为高温钛合金弥散强化设计提供了全新理论支撑。本文的通讯作者为宝钛研究院的研究员郑国明。
图1 Ti6242合金板材的显微组织；（a）金相照片；（b）IPF图；（c）PF图，图中三角形中的颜色对应于α和β的取向
图2 TEM-EDS表征获得的Ti6242合金板材中元素的分布规律：（a）Ti；（b）Al；（c）Sn；（d）Mo；（e）Zr；（f）Si
图3 硅化物的TEM表征：（a）透射明场像和选区电子衍射花样；（b）高分辨图
图4 α相内的位错行为；（a, a1）B=[110]，g=[0002]条件下的双束明场像和暗场像；（b, b1）B=[11
0]，g=[01
1] 件下的双束明场像和暗场像；（c，c1）B=[11
0]，g=[01
1] 件下的双束明场像和暗场像。
【三】、科学启示
该研究成果从材料设计、理论发展与工程应用多个层面带来了重要启示，在材料设计层面，硅化物的强化效果高度依赖其尺寸、形貌与分布状态，纳米级弥散析出的硅化物可实现超温下强度与塑性的协同提升，而 Zr 元素对硅化物成分与结构的调控作用，也为高温钛合金的成分优化、热处理工艺设计提供了明确方向，即可通过调控 Si、Zr 含量与热加工参数，定向生成细小弥散的 S1 型硅化物；在理论发展层面，研究证实第二相颗粒的弥散强化机制并非单一模式，而是随位错类型的不同呈现差异化的交互规律，补充了金属材料高温变形理论，为后续其他高温合金体系的位错 – 第二相作用研究提供了新的分析范式；在工程应用层面，航空热端部件的性能评估与寿命预测不能仅基于标称服役温度，需补充超服役温度下的变形行为数据，该研究结果可为 Ti6242 等高温钛合金构件的短时超温服役安全性评估、工艺优化提供直接的理论依据。
宝钛集团有限公司全面介绍
一、企业概况
宝钛集团有限公司（简称”宝钛集团”）成立于2005年8月，前身为1965年以”九〇二”为工程代号兴建的宝鸡有色金属加工厂，是陕西有色金属控股集团有限公司控股的国有制造业企业，总部位于陕西省宝鸡市高新开发区，总资产107亿元。
宝钛集团是我国规模最大、体系最完整的钛及钛合金研发制造企业，构建了从海绵钛制备到熔炼、加工、深加工及装备制造的全产业链，使我国成为全球第四个拥有完整钛工业体系的国家。其钛材产量居世界第一，综合实力位列全球钛行业前三，并荣获我国工业领域最高奖项——”中国工业大奖”，属行业唯一。
公司控股中国钛行业首家上市公司宝钛股份（股票代码：600456）和钛设备制造行业首家上市公司宝色股份（股票代码：300402），引领宝鸡建成全球规模最大的钛产业集群——”中国钛谷”。
二、钛行业龙头地位
宝钛集团在钛行业的龙头地位体现在多个维度：
产能规模全球第一：2024年钛产品产量突破4万吨，2025年钛加工材产能达3.79万吨，产量2.93万吨，约占全国16%，利润创历史新高。
标准话语权绝对领先：主导制定钛标准110多项，占我国该领域标准的90%以上；2022年以来代表我国主导制定的4项钛国际标准发布实施，实现我国钛领域国际标准制定零的突破。
国际市场深度覆盖：产品远销50多个国家和地区，是波音、空客、赛峰、罗罗等国际知名航空公司的战略合作伙伴，囊括了进入世界航空航天高端应用领域所有的通行证。
技术创新持续引领：累计取得重大科技成果700多项，攻克多项”卡脖子”技术难题，拥有国家级企业技术中心、院士工作站、博士后工作站等科研平台。
产业链”链主”地位：作为陕西省钛及钛合金产业链链主企业，积极发挥龙头带动作用，打通产业链上下游关键环节，极大提升了我国钛产业链供应链的韧性和安全水平。
三、为国家重大战略做出的卓越贡献
宝钛集团自诞生之日起便肩负”兴钛强国”的使命，累计承担了8000多项新材料试制生产任务，全面支撑了我国航空、航天、兵器、海洋等多领域用钛需求。
1. 航空航天领域
宝钛集团是我国航空航天钛材的核心供应商，几乎参与了所有重大航空航天工程：
国产大飞机C919：宝钛集团是C919钛合金材料的独家供应商，供应涵盖21项规格、130多吨钛合金材料，用于机身蒙皮、机翼、发动机吊舱等关键部件。
载人航天工程：为”神舟”系列飞船、”天宫”空间站提供大量高品质钛合金板材、管材和锻件，单舱体减重近200公斤。
深空探测：为”嫦娥”探月、”天问”探火等深空探测任务提供关键钛合金材料。
运载火箭：为长征系列火箭提供钛合金材料，长征五号火箭燃料贮箱采用宝钛钛合金，重量降低25%。公司已锁定未来三年超50亿元航天大单。
航空发动机：高温钛合金棒材获新型发动机型号准入，紧固件用丝材打破国外垄断，实现了高温钛合金的国产化替代。
2. 深海潜水器领域
宝钛集团在深海装备领域的贡献尤为突出，是全球唯一具备全海深钛合金载人舱量产能力的企业：
“蛟龙号”7000米级载人潜水器：宝钛集团为其供应载人舱钛合金壳体。
“深海勇士号”4500米级载人潜水器：宝钛作为主参研单位，开创性地提出”赤道焊缝”工艺，攻克超厚宽幅板材制备、钛合金半球整体冲压成型等多项关键技术，推动我国深海潜水器关键部件国产化，结束了我国深潜器载人球舱长期依赖进口的局面。2016年，习近平总书记参观国家”十二五”科技创新成就展时，在宝钛研发的深潜器载人球壳前驻足并给予高度评价。
“奋斗者号”全海深载人潜水器：宝钛集团主导研制了钛合金载人球舱——这是”奋斗者号”的核心承压部件，是人类进入万米深海的硬件保障和安全屏障。团队攻克了新型高强高韧钛合金（Ti62A）成分均匀性调控、大规格宽幅超厚板材制备、冲压成型等多项”卡脖子”技术，使球舱可稳定抵御万米级水压。2020年11月10日，”奋斗者号”在马里亚纳海沟成功坐底10909米，创造了中国载人深潜新纪录，使我国深海探测技术实现了由”并跑”到国际”领跑”的历史性跨越。截至2026年5月，”奋斗者号”已累计安全下潜513次。
宝钛已实现载人潜水器钛材从”深海勇士号”到”奋斗者号”的全谱系覆盖、全流程自主可控，深海用钛材市场占有率超60%。
3. 兵器与国防领域
宝钛集团因国防而生，先后为我国第一颗氢弹爆炸成功、第一艘核潜艇下水、第一颗软着陆卫星返回、首次向太平洋海域成功发射运载火箭等国防重大工程提供了关键钛合金材料，是维护国家产业链安全的”压舱石”。
四、2025年度荣获的国家奖项
2026年7月8日，国家科学技术奖励大会在北京人民大会堂隆重召开，宝钛集团深度参与的项目举斩获两项国家科学技术进步奖：
🏆 国家科学技术进步奖·特等奖
项目名称：奋斗者号全海深载人潜水器
宝钛角色：核心参研单位（宝钛股份、宝色股份、装备制造公司联合攻关）
核心贡献：攻坚的钛合金载人球壳是潜水器核心承压部件，先后攻克新型高强高韧钛合金成分均匀性调控、大规格宽幅超厚板材制备、冲压成型、高精度形位公差与热处理等多项耦合制衡的关键技术，研制出适配万米高压工况的球壳材料与成套工艺。
🏆 国家科学技术进步奖·二等奖
项目名称：高性能钛合金累积变形均质化制造关键技术及应用
完成单位：西北工业大学、宝钛集团有限公司、中国航空工业集团西安飞机设计研究所、中国科学院金属研究所、西安超晶科技股份有限公司
核心贡献：攻克高强钛合金组织性能精细化调控、钛合金板棒材累积轧制变形织构精确调控等核心技术，构建了”成分设计—工艺调控—装备研制—标准制定”全链条技术体系，产品大量应用于国之重器核心零部件，直接支撑飞机、航空发动机、航天飞行器等对新一代高损伤容限钛合金的迫切需求。
