钛合金作为一类性能优异的轻质材料，被许多领域广泛应用。α-β钛合金是钛工业的支柱，通过合金添加物来稳定α-β钛合金中的α和β相形成。
α相稳定剂仅限于Al、N、O、C、Ga和Ge这些元素，其中N和C是受到严格控制的杂质元素，而Ga和Ge的商业可行性较差。因此，除了Al之外，O是唯一的选择。值得注意的是，O在以下三方面表现出色：(1)将α相强化约20
；(2)将α相稳定约10倍；(3)将凝固过程中前β晶粒的生长限制40倍以上。然而，O元素的这些特性在α-β钛合金的开发中一直未得到充分利用。
钛合金的β相稳定剂有更多选择，其中Fe是最有效和最便宜的。并且，Fe是第二轻的β相稳定剂。然而，以Fe为稳定剂在铸锭凝固过程中会形成β斑，这会显著影响机械性能。因此，工业钛合金（如ATI 425和Ti-10V-2Fe-3Al）中通常将Fe的使用限制在约2％左右。
本文通过利用氧和铁这两种最强大的稳定元素和强化剂来开发α-β钛合金。虽然这两种元素是很容易富集的，但氧气的脆化作用以及铁的微偏析这两种特性不利于开发出强韧的α-β钛-氧-铁合金。
在此，我们将合金设计和增材制造（AM）工艺设计相结合，展示了一系列表现出优异拉伸性能的钛-氧-铁合金。我们使用各种表征技术解释了这些性能的原子尺度起源。资源丰富的氧和铁以及通过AM进行净成型或近净成型制造的过程简便性，使这些新型合金在各行业应用中具有竞争力。此外，它们还为海绵钛和海绵钛-氧-铁的产业规模应用提供了可能性。
相关研究成果以题为“Strong and ductile titanium–oxygen–iron alloys by additive manufacturing”发表在顶刊Nature上。
图1. DED打印的Ti-O-Fe合金的微观结构。
图2. DED打印的Ti-O-Fe合金在室温下的拉伸性能。
图3. DED印刷的α-β钛-O-Fe合金中O和Fe原子的分布。
图4 . α-β Ti–O–Fe 合金的 BCC（β）和 HCP（α）相中铁和 O 原子分布的 DFT 模拟。
