β 型钛合金以其强度高、易成形和耐恶劣环境而闻名。这些特性以及其出色的生物相容性使其非常适合用于从关节置换到支架的植入物和假肢。

然而，在某些条件下，会形成脆性欧米茄相，使材料容易断裂。虽然已知添加锡 (Sn) 可以消除这种情况，并使 β 型钛合金更坚固，但背后的确切机制仍让科学家困惑不已。直到现在。

日本东北大学材料研究所 (IMR) 的 Norihiko Okamoto 和 Tetsu Ichitsubo 领导的研究小组揭示了这一现象的发生原因。他们的发现来自对模型钛钒 (Ti-V) 合金进行的系统研究，其中包括实验和理论分析。

“我们的研究结果表明，Ti、V 和 Sn 之间的多元素相互作用，再加上 Sn 原子的锚定效应，共同作用，完全抑制了有害的 omega 相的形成，体现了所谓的鸡尾酒效应，”Ichitsubo 解释道。

就像巧妙地调配各种饮料，往往会产生比想象中更美味的鸡尾酒一样，冶金领域的鸡尾酒效应是指将多种元素成分以均衡的比例混合，可以产生超出预期的优异性能的现象。

“这种鸡尾酒效应是高熵材料中观察到的现象的一个典型例子，凸显了在合金设计中考虑多元素相互作用的重要性，”Okamoto 补充道。“这一发现强调了考虑多元素相互作用的重要性，不仅对生物材料如此，对合金设计的更广泛背景也同样如此。”

了解强化β型钛合金的有限细节将有助于改善生物医学钛植入物，为患有退行性骨病或老龄化人口提供宝贵的支持。

该研究于 2024 年 4 月 29 日发表在《Acta Materialia》杂志上，深受 IMR 名誉教授 Shuji Hanada 和 Naoya Masahashi 的开创性工作启发。