NiTi形狀記憶合金(SMAs)具有獨特的超彈性、形狀記憶效應和良好的生物相容性，因此被廣泛應用于航空航天、外科器械和醫(yī)療設備等領域。NiTi SMAs的超彈性來源于B2-B19′馬氏體在等溫絕熱條件下由機械應力激活的非擴散相變。大量研究證實，晶粒尺寸和析出相的類型是控制應力誘導轉變的重要參數，從而影響NiTi SMAs中位錯的形成和滑移。Ni4Ti3納米相作為NiTi SMAs中的重要析出相之一，通過調控析出相的形貌、尺寸、密度和分布可改變NiTi SMAs的物理性能進而調整其功能性。選擇性激光熔化(SLM)作為一種逐層增材制造工藝，可以制造高度復雜的結構，近年來，SLM被直接應用于制備NiTiSMAs，擴大了其應用范圍。目前，相關研究主要集中在工藝參數對微觀組織演變、相變行為和壓縮性能的影響。近年來，對SLM NiTi SMAs的拉伸性能研究較少。現(xiàn)有報道中，循環(huán)拉伸穩(wěn)定性和相應的SLM NiTi SMAs的物理機制尚未得到研究和闡明。

華南理工大學的研究人員首次嘗試通過熱處理調控Ni4Ti3納米析出相的物理性能來改善Ni50.4Ti49.6 SMA的循環(huán)拉伸穩(wěn)定性，在熱處理SMA中獲得了高達2.25-3.74%的穩(wěn)定拉伸回復應變，探討了納米析出相的影響機理和作用機制。相關論文以題為“Stable tensile recovery strain induced by a Ni4Ti3 nanoprecipitate in a Ni50.4Ti49.6 shape memory alloy fabricated via selective laser melting”發(fā)表在Acta Materialia。

論文鏈接： https://doi.org/10.1016/j.actamat.2021.117261

本文選用的SLM制備工藝為：激光功率70W、掃描速度120mm/s、粉末層厚度30μm，制備后進行1000℃×1h固溶處理(氬氣氛圍下)，再進行350/450℃×1h時效處理(冰水淬火)，未熱處理和不同時效溫度處理后的試樣簡稱為SSLM、S350和S450。

研究發(fā)現(xiàn)SSLM的DSC結果為單相相變，S350和S450表現(xiàn)出多階段相變，并伴有R相變發(fā)生。這是由于兩個樣品中不同物理性質的Ni4Ti3納米析出相引入了應變/應力場。特別是S350試樣的三階段相變源于晶粒內相對于晶界區(qū)域較大的應變/應力場。S350和S450樣品的Hend和Hexo值比SSLM樣品的值大得多，這是由于兩個樣品中形成了富Ni的Ni4Ti3納米析出相，導致位錯基本消除，SLM殘余應力和B2中Ni濃度降低。S350和S450樣品的Hend和Hexo值在20次拉伸循環(huán)后下降，這是由于高密度位錯的形成和在拉伸循環(huán)過程中Ni4Ti3納米析出相周圍的應變/應力場增強，形成了穩(wěn)定的B19′馬氏體。

圖1 Ni50.4Ti49.6粉末的形貌、尺寸分布和制備過程

圖2 S350和S450的IPF圖和EBSD圖

圖3 SLM的TEM圖

圖4 S350和S450的TEM圖

綜上所述，SLM制備NiTi形狀記憶合金中穩(wěn)定的拉伸恢復應變是通過熱處理調整Ni4Ti3的物理性能實現(xiàn)的。進一步闡明了熱處理后SMA拉伸試驗前后穩(wěn)定拉伸恢復應變和多階段相變的機理。在恒定的加載循環(huán)中，S350和S450試樣的εrec逐漸減小到一個穩(wěn)定的臨界值，而在拉伸載荷增量作用下εrec逐漸增大到一個穩(wěn)定的值。穩(wěn)定的εrec來源于形成的位錯在臨界拉伸循環(huán)下飽和，這是由于形成的位錯與不同物理性質的納米Ni4Ti3相互作用造成的。在相同的加載應力或拉伸循環(huán)次數下，S350試樣的εrec值明顯低于S450試樣。這主要是由于S350試樣加載過程中位錯增加幅度較小，導致殘余穩(wěn)定馬氏體含量顯著降低。本文為調控NiTi SMAs的微觀結構和功能性提供了理論基礎。