目前，开发液氢动力的航空航天器，客机和汽车是减少碳排放和解决能源危机最有前景的战略之一，尤其是液氢燃料最有能力代替汽油、柴油等传统燃料。在液氢火箭发动机、液氢贮箱、管道和泵轮等设备中，一般运行在20K下，因此需要轻质金属构件在20K以下的超低温仍具有优异的力学性能。钛合金，尤其是近α型钛合金，具有密度低、比强度和比刚度高、延展性好、超低温热膨胀系数低等显著优势，已成为理想的航空航天低温结构材料，在液体燃料火箭发动机中得到应用。
因此，开发一种新型的低温近α钛合金将具有巨大的科学价值和实用意义。对此，东北大学首次证实了电子束粉末床熔融（EB-PBF）用于超低温应用的高性能钛合金部件的可行性，并且发现EB-PBF制备的微量钇改性的Ti− 3Al− 3Mo− 3Zr合金的低温强度和塑性与层片组织特性密切相关。制备出的钛合金试样实现了低温塑性的突破，其断裂伸长率（EI）在20K时高达20%，在77K时达29%，且强度没有明显下降，这种优异的低温塑性是由于大尺度孪生有效缓解了局部应力集中，增强了应变硬化能力。相比之下，细小的α - Ti板条的交织结构会阻碍位错滑移/转移和孪晶长大，导致极限抗拉强度（UTS）在20K时高达1500 MPa，EI适中≤13.5%。
相关研究成果以题“Achieving highly promising strength-ductility synergy of powder bed fusion additively manufactured titanium alloy components at ultra-low temperatures”发表在国际期刊Additive Manufacturing上。
图1. （a）处理过的样品 3D 显微 CT 结果，（b）粉末粒度分析及气孔率统计结果，（c）低放大倍率 OM 图像和（d）处理过的微观结构的SEM图像。
图2. PBF制备的试样（a）和（b）HIP处理，（c）和（d）910℃退火，（e）和（f）950℃退火条件下的纵向截面微观结构。
图3. PBF制备的合金拉伸性能随温度的变化图。（a）和（b）分别为 77 和 20 K拉伸工程应力-应变曲线，（c）950 ℃退火拉伸断裂试样在 20 K下的多次颈缩，（d）和（e）分别在77 K和20 K下的拉伸真应力-真应变曲线与相应的加工硬化率曲线相交，交点表示均匀变形的结束。
