中国粉体网讯 钛合金因其轻质、高强、耐腐蚀等优异性能，被誉为“太空金属”和“海洋金属”，是航空航天、生物医疗等高端领域的战略性材料。然而，其高昂的成本始终是制约其向民用领域拓展的主要瓶颈。传统的熔铸+锻造工艺流程长、能耗高、材料利用率低（通常仅10-20%），导致最终产品价格居高不下。
张德良教授团队研发的热机械固结技术，提供了一条全新的全固态成形路径。该技术摒弃了传统的熔炼环节，直接以海绵钛、合金粉末，甚至是增材制造产生的球形粉末副产品、车削碎屑等为原料。其核心原理在于，在高温、高压与塑性变形的协同作用下，微米或毫米级的粉末、颗粒或碎屑界面迅速实现原子扩散与冶金结合，同时发生动态再结晶，彻底消除原始颗粒边界，从而获得高致密度、成分均匀且组织细密的块体材料。
粉末固结系统装置示意图
性能与成本的双重突破
根据东北大学的相关研究成果，采用此项技术制造的钛及钛合金零部件，展现出令人瞩目的优势：
成本大幅降低：相比传统铸造或锻造零部件，成本可降低40% 以上。
性能显著提升：其力学性能比铸件高20% 以上，比锻件也高出10% 以上。
流程绿色高效：工艺流程短，能耗低，且属于近净成形，材料利用率极高，减少了后续加工损耗。
这些优势的根源在于该技术能有效解决粉末冶金钛合金长期面临的两大难题：致密度不足和氧含量过高。通过优化热机械固结工艺参数（如温度、压力、变形速率），可以驱动粉末颗粒的快速致密化和界面焊合，获得接近完全致密的坯料。同时，合适的工艺能促进粉末表面氧化膜的溶解与扩散，或通过添加特殊的烧结助剂和氧吸附剂来“锁住”氧杂质，从而在提升致密度的同时保障材料的良好塑性。
循环经济的“点睛之笔”：固态再生
这项技术更深远的意义在于其对循环经济的贡献，即“固态再生”。钛材生产加工过程中会产生大量边角料和车削屑，目前国内已积压了可观的钛废料。传统回收方法需重熔，能耗高且易引入杂质。
热机械固结技术为这些废料提供了高值化再生方案。张德良教授团队的研究表明，以回收的TC4钛合金车削屑为原料，通过热机械固结工艺可直接再生出高性能的钛合金材料，其性能可达甚至超过传统熔锻水平。这不仅实现了“变废为宝”，将资源利用率最大化，还能将增材制造行业产生的大量未使用的球形粉末“副产品”转化为高质量原材料，形成产业内的闭环循环。
热机械固结技术，不仅仅是一项制备工艺的创新，更是对钛合金全产业链的一次重塑。它通过“低成本制备”与“废料高值再生”双轮驱动，有望打破钛合金应用的“成本壁垒”，为这种卓越的材料开辟更为广阔的民用市场，对推动我国高端制造业的绿色、可持续发展具有重要的战略意义。
2026年4月28日，中国粉体网将在湖南·长沙举办“第二届高端金属粉体制备与应用技术大会暨2026通信电子、3D打印、粉末冶金市场应用交流会”。届时，我们邀请到东北大学张德良教授出席本次大会并作题为《通过热机械固结粉末，颗粒和碎屑制备低成本高性能钛和钛合金》的报告，张德良教授将分享其团队在热机械固结技术领域的前沿成果，并系统阐述如何利用该技术，将粉末、颗粒乃至增材制造产生的碎屑副产品，高效转化为低成本、高性能的钛及钛合金材料，同时探讨其在推动钛合金固态再生和产业化应用方面的巨大潜力。
个人简介：
张德良教授博士毕业于英国牛津大学，在国外工作了22年后回国先任职于上海交通大学，然后任东北大学特聘教授，先进粉末冶金材料与技术实验室负责人，材料系主任。入选国家特聘专家（2010）和“兴辽计划”领军人才 （2019），带领科研团队研发出新型金属基粉末、碎屑、颗粒和碎块热机械固结成型技术及其新型粉末冶金钛合金， 并把该技术应用到低成本高性能钛及钛合金产品制造和回收铝合金，钛合金和钢材固态再生上，正在推进产业化。有16项授权发明专利，发表学术论文290多篇, 被引7500多次，H因子44，任Heat Treatment and Surface Engineering主编,Materials Science and Engineering A编辑，Powder Metallurgy编委，国际纳米结构材料委员会委员。
参考来源：
张德良：通过粉末加工和热机械粉末固结制备超细晶粒金属和金属基纳米复合材料
罗逸飞：热机械固结TiH2/Al60V40粉末制备Ti-6Al-4V合金的显微组织调控研究
（中国粉体网编辑整理/留白）
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