TiAl合金表現出相當好的耐腐蝕性能，并在高溫下展現出優秀的機械性能，再加上它比鎳基高溫合金要輕大約50%，所以在替代650–750 度下使用的鎳基高溫合金方面具有很大優勢。

    目前，美國GE公司采用Ti-48Al-2Cr-2Nb（簡稱4822）合金替代原來的鎳基高溫合金制造了GEnx發動機最后兩級低壓渦輪葉片，使單臺發動機減重約200磅，節油20%，氮化物（NOx）排放量減少80%，噪音顯著降低，用于波音787飛機。

    然而，晶種法制備多元孿晶（簡稱PST）TiAl單晶合金的存在大量問題，而且它們的使用溫度的提升空間有限。南京理工大學材料評價與設計教育部工程研究中心陳光教授團隊報道了層狀取向得到控制的Ti-45Al-8Nb單晶可以用定向凝固的方法獲得而無需其他復雜生長方法。其0度層狀取向的合金的室溫拉伸韌性為6.9%，屈服強度708Mpa，由于在塑性變形中形成了更多的納米孿晶，其疲勞強度為978Mpa。900度下，屈服強度保持了較高水準為637Mpa，韌性8.1%。

    與目前商用的4822合金的650-750度使用溫度相比，該合金的使用溫度具備增長到900度的潛力，抗蠕變性能也優于前者。

    圖注：

    圖一：不同拉速下的定向凝固Ti-45Al-8Nb PST 單晶的光學顯微圖片

    圖a，拉速低于Vc的錠縱向圖，顯示PST 單晶平行于生長方向有層狀的取向。

    圖b，拉速高于Vc的錠縱向圖，顯示PST 單晶的層狀取向與生長方向有45度夾角

    圖c\d，放大的片層組織（圖a中標注的c區域，圖b中標注的b區域）。

    圖二： 室溫拉伸試驗前后Ti–45Al–8Nb的層狀微觀結構。

    圖a，未經拉伸試驗的樣品明場TEM圖像，顯示了α2/γ的層狀結構。

    圖b，經過拉伸變形，TEM明場圖像顯示超細孿晶和層狀結構

    圖c，拉伸后樣品高分辨TEM圖像，顯示樣品多孿晶結構，包含γA/γB、γB/γC 、γC/γD 孿晶界。

    圖三：Ti–45Al–8Nb PST 單晶合金在不同溫度下的機械性能以及拉伸后的微觀結構。

    a：不同溫度下的機械性能。900度下保持了637Mpa的高屈服強度。所耐溫度遠高于那些報道的多相鋼多晶合金的650-750度。（圖中粉紅區域）。

    b\c ：室溫下（b）和900度（c）下的真應力應變曲線和加工硬化速率。

    d：900度下經拉伸后樣品的TEM。經高溫變形后，孿晶和位錯同時出現。

    從圖中可以看到，從室溫到900度，屈服強度沒有出現大幅下滑，證明耐高溫性能卓越。考慮到典型的γTiAl合金的韌脆轉變溫度在650–820度之間，而該合金足足提高了200度。因此，該合金的使用溫度有可能提高到900度。

    圖四：在900度下， 0度層狀取向的有序排列Ti–45Al–8Nb PST單晶，以及商用的Ti–48Al–2Cr–2Nb多相合金的蠕變性能。

    圖a：蠕變強度時間曲線。插圖是4822合金在150Mpa和220Mpa下的蠕變強度時間曲線。

    圖b：單晶和多晶材料最小蠕變速度比較。

    表 : Ti-45Al-8Nb與4822合金的耐疲勞性對比。

    部分條件下，前者與后者有數量級上的優勢。

    由于無需復雜和昂貴的單晶生長方法，該單晶合金的生產成本可以相對較低。0度層狀取向的全有序的PST單晶以6.3-7.6%的比例大幅提高了延性，并在室溫下的強度高達930-1035Mpa。優異的機械性能歸功于高密度納米尺度孿晶的形成，以及塑性變形中的層狀結構重構。更重要的是，晶體在900度下擁有637Mpa的超高屈服強度和并在空氣中壓強100-210Mpa下有很高的抗蠕變性。與商業化的4822相比，該合金蠕變時間和最低蠕變速度有數量級上的優勢。

    因此，該材料的使用溫度具備提升到900度的潛力。該研究驗證了通過控制取向設計和制備TiAl+Nb PST 單晶的先進性。