李 鑫，张 弛，王俊升,2，田光元

（1.北京理工大学材料学院，北京 100081；2.北京理工大学前沿交叉科学研究院，北京 100081）

随着世界各国对飞机、汽车等交通工具轻量化、智能化的需求日益迫切，结构材料创新朝着低密度、高比强度、比刚度、低能耗、易回收方向发展。尤其是经历环境能源危机后，节能减排和绿色环保成为全球性的问题。轻量化结构材料因能明显降低能耗，减少排放而得到广泛的关注[1–4]。据统计[5]，在结构设计变化不大的情况下，军机整机质量若减轻15%，则可缩短滑跑距离15%，增加航程20%，提高有效载荷30%；民用客机结构质量减轻14.6%，飞机每年的飞行费用将节省2.2%；发射载人深空探测器要求航天器具有更轻的质量，而目前我国载人航天器结构质量/发射质量比约为24%～28%，比例偏高，结构减重需求迫切，急需比强度更高、性能优异的金属材料将此比例降至20%以下。此外，轻量化还能减少飞机、车辆的惯性，提升其机动性[6–7]。因此，结构轻量化所带来的经济性、环境友好性以及机动性促进了轻量化材料的发展。

目前常用轻质结构金属材料主要有钛合金（≈4.5g/cm3）、铝合金（≈2.8g/cm3）及镁合金（≈1.8g/cm3）。常见的金属结构材料的主要性质如表1所示[8–9]。钛合金具有与钢材相比拟的强度（甚至有些钛合金强度超越钢材），常用于飞机结构及发动机的Ti–6Al–4V钛合金抗拉强度近1GPa。此外，钛合金表面氧化膜致密且耐酸耐碱，这使钛合金具有优异的耐腐蚀性能（尤其是耐海洋环境腐蚀）。但是钛合金结构件焊接不易、加工困难，导致其生产成本较高。……