中國石油大學（北京）智能金屬材料團隊Acta Materialia：NiTi合金馬氏體孿晶的可逆性

材料人編輯小單 1年前 (2022-07-07) 1228瀏覽

導讀：NiTi合金中的孿晶誘導彈性（TIE，Twinning Induced Elasticity）是指馬氏體態（B19'）合金在加卸載過程中因馬氏體孿晶具有可逆性而呈現的偽彈性變形，又常稱為線性超彈性（Linear Superelasticity）。NiTi的TIE應變一般可達3-5%，在諸多領域有潛在應用價值。提升NiTi合金的TIE特性依賴于對可逆孿晶的深入理解，但現有認知存在矛盾，長久以來未獲澄清。本文作者利用原位同步輻射X射線衍射技術，對NiTi合金多個TIE循環的微觀結構演變進行了精細表征，首次給出了B19'高指數孿晶具備可逆性的實驗證據，突破既有認知。

NiTi基形狀記憶合金經較大預變形后（應變量>14%），在加卸載過程中因馬氏體孿晶具有可逆性而呈現3-5%的可回復應變，遠高于一般金屬的彈性極限，此現象稱為孿晶誘導彈性（TIE，Twinning Induced Elasticity）或線性超彈性（Linear Superelasticity）。TIE應變與相變誘導超彈性應變為同一數量級，且TIE對溫度變化的敏感性一般遠低于相變誘導超彈性，可滿足需在寬溫域內實現緊固或緩沖的應用場景，故備受關注。

自上世紀80年代，科研工作者對NiTi合金中的TIE宏觀特征及其微觀來源進行了持續探索，并于本世紀初首次給出B19'（001）孿晶具備可逆性的實驗證據，這一階段性成果明確了TIE與B19'可逆孿晶之間存在關聯。目前，學界普遍接受一個觀點：低指數孿晶（（001）孿晶）具備可逆性，高指數孿晶（（20）、（11）等）受晶體學限制不可逆。

然而，該觀點與其他已被廣泛驗證的實驗結果存在潛在沖突。這類實驗結果包括：A.?隨預變形量增大，TIE應變增大；B.?隨預變形量增大，高指數孿晶體積分數增大，低指數孿晶體積分數減小。若結果A與結果B為真，則可推斷某些高指數孿晶應具備可逆性；反之，則實驗結果有誤。明晰該認知沖突的來源，對正確理解NiTi合金的TIE特性與機制至關重要。

本文中，中國石油大學（北京）團隊聯合香港城市大學學者利用原位同步輻射X射線衍射技術追蹤了NiTi合金在預變形過程中以及預變形后TIE循環加卸載過程中的微觀結構演變，利用一維、二維X射線圖譜以及反極圖對B19'馬氏體孿晶進行了系統表征與標定，明確了前述結果A、B均為真，并首次給出了B19'高指數孿晶具備可逆性的實驗證據，對既有認知進行訂正。相關研究成果以Revealing the mode?and?strain of reversible twinning in B19' martensite by in?situ synchrotron X-ray diffraction為題發表于Acta?Materialia?（2022年6月30日）。論文第一作者為中國石油大學（北京）博士陳宇軒，通訊作者為中國石油大學（北京）崔立山教授、于開元教授。