某些制备的Schiff碱作为盐酸中碳钢腐蚀抑制剂的构效关系：实验与密度泛函理论（DFT）分析

《Materials Today Communications》：Structure–Activity Relationship of Some Prepared Schiff Bases as Corrosion Inhibitors for Carbon Steel in Hydrochloric Acid: Experimental and DFT Insights

本研究通过激光粉末床熔融（LPBF）制备NiTi形状记忆合金，对比低功率/低速（Sample I）和高功率/高速（Sample II）两种加工参数对微结构、晶体学织构及应力诱导马氏体相变（SIMT）行为的影响。结果表明：Sample I晶粒粗大且取向无序，孔隙率较高，但具有更好的延展性和SIMT平台；Sample II晶粒细化且形成强?001?织构，缺陷密度较低。变形过程中两样品均出现晶粒间相互作用，导致[111]//LD取向马氏体晶粒的负晶格应变。研究为优化LPBF参数以调控NiTi合金功能特性提供了关键依据。

　　本研究重点探讨了通过激光粉末床熔融（LPBF）工艺制造的镍钛形状记忆合金（NiTi SMAs）的微观结构演化、晶体取向发展以及应力诱导马氏体相变（SIMT）行为。为了更深入地理解不同工艺参数对材料性能的影响，我们采用了一种创新的实验设计，将两种不同的加工条件进行对比。第一种条件是低激光功率与低扫描速度的组合（Sample I），第二种条件则是高激光功率与高扫描速度的组合（Sample Ⅱ）。尽管这两种加工方式在设计时都保持了相同的体积能量密度（VED），但它们在微观结构、晶粒取向以及材料性能方面表现出显著差异。

Sample I的微观结构特征显示，其晶粒呈现出较为随机的取向，且晶粒尺寸相对较大，同时存在较高的孔隙率。这些特征可能与较低的能量输入有关，导致粉末熔融过程不完全，进而影响了晶粒的生长与取向。而Sample Ⅱ则表现出较强的?001?纤维取向，沿着构建方向在奥氏体相中形成，同时观察到较低的缺陷密度。这种差异表明，不同的加工参数对材料的微观结构和晶体取向有显著影响，进而决定了其功能特性。

在实验方法方面，我们采用了同步辐射高能X射线衍射（HE-XRD）和电子背散射衍射（EBSD）技术，结合原位单轴拉伸测试，对两种加工条件下的材料变形行为和SIMT特性进行了系统分析。同步辐射高能X射线衍射技术能够实时监测材料在受力过程中的相变行为，为理解SIMT的动态过程提供了重要依据。而EBSD技术则能够揭示材料的晶粒取向分布，为分析晶粒间的相互作用提供了直观的数据支持。

实验结果表明，在两种加工条件下，材料的SIMT行为表现出明显的不同。Sample I在拉伸过程中表现出更高的延展性，SIMT平台更为平坦，且马氏体相变速率更高。这可能与材料中较高的孔隙率和较低的晶粒取向一致性有关，这些因素影响了应力在材料中的分布和传递，从而改变了相变的路径和速率。而Sample Ⅱ则表现出较低的延展性，SIMT平台更为陡峭，且相变速率较低。这可能与较强的?001?纤维取向和较低的孔隙率有关，这些因素增强了材料的各向同性，使得相变行为更加稳定。

在变形过程中，材料中的晶粒间相互作用也呈现出不同的表现。Sample I中的定向马氏体晶粒在变形过程中表现出显著的晶粒间相互作用，这可能是由于较高的孔隙率和较低的晶粒取向一致性导致的。这些晶粒间的相互作用在变形过程中引发了负的晶格应变，表明材料在受力过程中发生了复杂的应力重新分布和晶格结构调整。而Sample Ⅱ中的定向马氏体晶粒则表现出较低的晶粒间相互作用，这可能与较强的?001?纤维取向和较低的孔隙率有关，这些因素减少了晶格结构调整的需求，从而降低了晶粒间的相互作用。

此外，实验还揭示了不同加工条件对材料表面质量的影响。Sample I由于较低的能量输入，导致粉末熔融不完全，从而形成了较高的孔隙率，这可能对材料的表面质量和机械性能产生负面影响。而Sample Ⅱ由于较高的能量输入，使得粉末熔融更加充分，从而降低了孔隙率，提高了材料的表面质量。这种差异表明，加工参数的选择对于材料的表面质量和功能特性具有关键作用。

在材料性能方面，两种加工条件下的NiTi合金表现出不同的特点。Sample I由于较高的孔隙率和较低的晶粒取向一致性，其机械性能相对较低，但具有更高的延展性和更低的应力集中。而Sample Ⅱ由于较低的孔隙率和较高的晶粒取向一致性，其机械性能相对较高，但延展性较低。这种差异可能与加工过程中能量输入的不同有关，从而影响了材料的微观结构和相变行为。

本研究的发现对于优化LPBF工艺参数以实现NiTi形状记忆合金的功能特性具有重要意义。通过系统分析不同加工条件下的微观结构演化、晶体取向发展以及SIMT行为，我们能够更好地理解加工参数对材料性能的影响，从而为实际应用提供理论支持和实验依据。这些研究成果不仅有助于提高NiTi合金的性能，还为未来在生物医学和工业领域的应用提供了新的思路和方法。

总之，本研究通过实验方法和数据分析，揭示了不同加工条件对NiTi形状记忆合金的微观结构和性能的影响。这些发现为优化LPBF工艺参数提供了关键的指导，有助于实现材料的性能调控，满足不同应用场景的需求。同时，这些研究成果也为未来的材料研究和应用提供了新的方向，推动了形状记忆合金在更多领域的应用和发展。