Acta Mater.：應變-溫度耦合條件下Ni-Mn-Ga 與Ni-Mn-Ga-Co-Cu細絲的多步超彈性行為
【引言】
近幾十年來，形狀記憶多晶細絲，這種近一維材料因可通過微觀結構設計和成型在不同相間通過復合場誘導轉化產生多功能特性而受到廣泛的關注。其中，多晶形狀記憶細絲由于制備效率高，時間短，省力，表現出優異的性能，被廣泛研究。
目前，研究人員通過改變溫度或外部施加應力來觀察Ni-Mn-Ga形狀記憶合金的轉變行為，發現存在可逆馬氏體相變或中間馬氏體相變（MT或IMTs）序列。主要研究了單晶形狀記憶合金中IMTs的全部序列，但在多晶材料中尚未有報道。
【成果簡介】
近日，北京科技大學朱潔教授（通訊作者）在Acta Mater.上發表了一篇題為“Multistep superelasticity of Ni-Mn-Ga and Ni-Mn-Ga-Co-Cu?microwires under stress-temperature coupling”的文章。在該文中，研究人員通過Taylor-Ulitovsky法制備Ni-Mn-Ga 與Ni-Mn-Ga-Co-Cu細絲，并系統研究了由溫度變化和/或施加機械應力引起的馬氏體和中間馬氏體相變。研究表明兩種含有自由表面和竹狀晶的多晶細絲在室溫下具有奧氏體和馬氏體，表現出多步超彈性行為，具有大于10％的完全可逆應變的中間馬氏體相變。這兩種合金在應力-溫度耦合條件下都經歷了四種相變過程，后期具有較小的應力滯后，并且在加載 - 卸載循環中表現出優異的高溫機械性能。
【圖文解讀】
圖一 Ni-Mn-Ga細絲宏觀形貌與DSC曲線
(a) 竹狀晶結構，有利織構接近(001)P方向；
(b) 馬氏體相變DSC曲線，居里溫度為~372K。
圖二 拉伸應力-應變曲線(測試溫度213K-300K)
應力-應變曲線特征為加載-卸載循環期間出現的多步彎曲滯回。
圖三 Ni-Mn-Ga細絲選區電子衍射與明場圖像
(a-b) 細絲由均勻的微晶結構組成，晶格參數與XRD結果一致；
(c) 低溫誘導馬氏體典型形態；
(d) 電子衍射圖像表明細絲由5層調質馬氏體結構組成。
圖四 Ni-Mn-Ga細絲低溫誘導相變原位TEM圖
橙色框區域為相變過程，由低溫馬氏體-室溫馬氏體。
圖五 Ni-Mn-Ga-Co-Cu細絲SEM圖
腐蝕區域截面可觀察到板條馬氏體與條狀馬氏體。
圖六 Ni-Mn-Ga-Co-Cu細絲馬氏體相變表征
(a) 馬氏體相變DSC曲線，溫度變化期間存在多級相變；
(b) Ni-Mn-Ga-Co-Cu細絲晶體結構XRD圖譜。
圖七 Ni-Mn-Ga-Co-Cu多晶細絲典型拉伸應力-應變曲線
室溫時細絲由馬氏體組成，Mf以下顯示不可逆相變，Af以上存在多級相變。
圖八 兩種合金的溫度誘導相變圖與應力溫度復合場-溫度圖示
(a-b) Ni-Mn-Ga細絲加載-卸載過程，共存在四個單相區與三個多相共存區，陰影區域為多相共存區；
(c) 相變應變的溫度依賴性；
(d) Ni-Mn-Ga-Co-Cu細絲的臨界應力-溫度圖示。
【小結】
該文章系統地研究了Ni50Mn30Ga20和Ni46Mn26Ga20Co4Cu4（at％）多晶形狀記憶細絲的結構，顯微組織和力學性能，重點是在溫度和應力耦合條件下MT和IMT的多級超彈性行為。<001> P取向的Ni-Mn-Ga細絲在溫度213 K-300K拉伸應力應變期間呈現出四種一步或多步轉變序列，P?nM（n = 2,5或7）和5M?7M?NM 。在Ni50Mn30Ga20合金中利用Co和Cu代替Ni和Mn，相變溫度范圍變寬并上升。在263K-533K，Ni-Mn-Ga-Co-Cu多晶細絲中也獲得了類似的多級超彈性行為。研究結果表明這種方法是獲得小尺寸，高性能形狀記憶合金的有效方法，對于器件小型化和智能化具有重要意義。
文獻鏈接：Multistep superelasticity of Ni-Mn-Ga and Ni-Mn-Ga-Co-Cu?microwires under stress-temperature coupling(Acta Mater., 18 August, 2017, DOI:10.1016/j.actamat.2017.08.035)
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該文章系統地研究了Ni50Mn30Ga20和Ni46Mn26Ga20Co4Cu4（at％）多晶形狀記憶細絲的結構，顯微組織和力學性能，重點是在溫度和應力耦合條件下MT和IMT的多級超彈性行為。