一种兼具优异功能响应和卓越循环稳定性的超弹性合金的设计

《Advanced Functional Materials》：Design of a Superelastic Alloy Uniting Large Functional Response and Exceptional Cyclic Stability

开发了一种高Ni TiNiCu合金，通过成分调控稳定B19马氏体相变路径，实现低热滞回（ΔTad 20.3 K）和高可恢复应变（>5%）。纳米晶结构及残余位错有效抑制塑性变形，经5000次热循环和200次弹性冷却测试性能保持稳定，为固态制冷和医用超弹性器件提供新方案。

　　

摘要

本文报道了一种富含镍的TiNiCu合金的开发成果，该合金兼具较高的功能输出和优异的循环稳定性，有效解决了形状记忆合金设计中面临的复杂权衡问题。通过调整Ni/Ti的比例，在较低的Cu浓度下稳定了B19马氏体相，实现了B2相向B19相的直接转变，同时具有较低的热滞后效应和良好的加工性能。优化的Ti_49.2Ni_44.8Cu₆合金表现出较大的绝热温度变化（ΔT_ad）为20.3 K，以及超过5%的可恢复应变，并且应力滞后较小。经过5000次循环后，其转变温度和潜热几乎没有下降；弹性热量测试显示，在200次循环后ΔT_ad仅下降了2%。在微柱上进行超弹性测试发现，经过10^6次循环后仍能保持4.3%的可恢复应变。这些优异的性能源于两个关键的设计特点：一是通过成分调控实现了无孪晶形成的B19马氏体结构，从而产生较大的自发应变；二是纳米晶微观结构通过残余位错和纳米沉淀物的强化作用抑制了塑性。这种综合设计策略为开发高性能TiNi基合金提供了可行的途径，其在固态冷却和超弹性医疗应用方面具有广阔的应用前景。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。