在海洋装备和高端制造领域，钛合金一直是“轻量化+耐腐蚀”的理想材料。然而，钛合金在面对高浓度氯离子等侵蚀性环境时，仍然存在局部腐蚀（如点蚀）和应力腐蚀裂纹（SCC）的问题，影响了其在长期海洋环境中的应用稳定性，增加了维护和更换成本。这些问题来主要由海洋环境中的高浓度氯离子（Cl⁻）所引发， 破坏了钛合金表面的钝化膜，导致局部溶解、腐蚀甚至裂纹扩展。与此同时，深海环境中的高压与腐蚀性条件使得应力腐蚀裂纹成为另一大挑战，裂纹的扩展最终可能导致结构破坏。为了克服这些挑战，香港城市大学杨涛团队开发了一种新型的轻质钛合金，旨在增强其抗腐蚀性能和机械稳定性，尤其是在海洋环境中的应用。 研究提高了钛合金中的抗腐蚀性与机械可靠性，意味着维护成本的降低和使用寿命的极大延长，为推动成本节约和可持续发展提供了新的可能。

该研究深刻揭示了“合金成分-微观结构-性能”之间的相互联系。作者开发了一种具备三相组织且成分均一的钛合金，实现合金强化的同时避免了流电反应加速合金的腐蚀。此外，研究揭露了该钛合金中一种颇具“适应性”的电化学行为，即钝化膜在低阳极电位下的生长方式为缓慢积累，但在高阳极电位下可转变成纳米钝化层的快速堆叠。这种颇具”适应性”的钝化行为提高了合金的抗腐蚀性能，使它能够在高达10 VSCE的极端阳极电位下免受点蚀并保持良好的耐腐蚀性，大大提升了在海水等腐蚀性环境中的可靠性。同时，合金的快速钝化机制可以促进合金在应力腐蚀过程中的钝化膜再修复，一定程度上延缓了微裂纹的扩展，保持了其优异的拉伸强度和延展性，这使合金在高压腐蚀环境下依然能保证长期的结构稳定性。这项研究不仅提出了一种高性能钛合金的制备方法，也填补了对钛合金在极端腐蚀条件下钝化行为的基础理解空白，为海洋及其他高腐蚀环境中的长期应用提供了新的材料选择。

该研究以Achieving electrochemical and mechanical stability in a lightweight titanium alloy发表在Nature Communications上。DOI：https://doi.org/10.1038/s41467-025-64875-

图1：合金的微观组织。 a, XRD图谱。 b-d, EBSD图像，展现了合金的基本结构。 e, TEM图。 f, SAED图。

图2：合金在3.5 wt%溶液中的电化学性能。a, 合金的动电位极化曲线。b, 合金的抗腐蚀参数与其它主要合金的对比。c, SEM图片，展现了合金表面随腐蚀电位增高的演变。

图3：合金钝化膜在动电位极化过程中的演变。a, 钝化膜在2 VSCE下的高分辨图。b, 钝化膜及其周边的FFT图像。c, 钝化膜形貌及其厚度随着电位升高的演变过程。d, 钝化膜厚度随电位升高的演变。

图4：合金的XPS分析：a, 静电位极化曲线。b, TiV合金的高分辨谱。c, TiNi合金的高分辨谱。

图5：合金的SCC研究：a, 合金在空气中和3.5 wt% NaCl溶液中的SSRT测试。b-d, SEM图像，展示了裂纹在表面和横截面的形貌。e, 微裂纹在横截面上的TEM形貌。f, 微裂纹尖端附近的EDS分析。g, 线分析，展现了微裂纹附近的主要元素含量

结论：本研究开发了一种新型轻质钛合金，实现了在海水等高腐蚀环境下的电化学与机械性能双重提升。在电化学腐蚀环境下，合金在能够应对不同电位环境形成结构不同的钝化膜，在极端阳极电位下仍能保持点蚀抗性，显著提高了在海水环境中的耐久性。同时，快速修复的钝化膜有效抑制应力腐蚀裂纹扩展，合金在高压腐蚀环境下仍能保持高强度和良好延展性。在创新材料设计方面，通过三相均匀组织和自适应钝化机制，成功实现了合金强化与腐蚀防护的协同作用，为钛合金在极端环境下的长期应用提供了可靠方案。这一成果不仅为海洋工程和高端装备制造提供了新的材料选择，也为降低维护成本、延长使用寿命及推动可持续发展提供了新思路。