一种几乎不受温度影响、仍能保持高强度和高弹性模量的超弹性钛合金

《Nature Communications》：A superelastic titanium alloy showing nearly temperature-independent high strength and elastic modulus

　　

摘要

具有温度不敏感特性的轻质超弹性合金对于深空探测设备而言至关重要，但其在开发过程中面临着如何同时兼顾强度、可恢复应变以及温度敏感性的难题。在此，我们通过Zr/O共掺杂在Ti_50.5Zr₄₀Nb₆Sn₂O_1.5合金中引入局部化学有序结构，从而克服了这些限制。该策略使得这种合金具备了前所未有的优异性能：较大的可恢复应变（ε_r?>?4.5%）、较高的超弹性应力（σ_c?>?700?MPa）、几乎不受温度影响的强度（dσ_c/dT?≈?0.59?MPa·K?1），以及在123?K到298?K的宽温度范围内保持稳定的弹性模量。这些性能的产生源于局部化学有序结构对变形基体的弹性约束，这种约束增强了基体抵抗位错滑动的能力并抑制了马氏体转变；同时，由于原子振动的不谐性，局部化学有序结构还会导致模量增加，从而弥补基体软化的现象。这项研究为通过局部化学有序结构设计来开发具有宽温度稳定性的高性能超弹性合金提供了可行且有效的途径。