鐵彈性合金中的馬氏體轉變是在轉變溫度以下由高對稱性奧氏體(a)向低對稱性馬氏體(M)的無擴散結構轉變，具有快速動力學。在Heusler合金中，經常觀察到周期性調制馬氏體，其中M和O分別表示單斜晶體結構和正交晶體結構，數字表示調制周期內原子層數量。與調制馬氏體相變相關的誘人性能，如巨大磁彈性，磁熱，彈性熱和磁電阻效應，已被報道，為先進的工業應用提供了巨大的潛力。然而，體心立方(bcc)單位細胞如何扭曲成調制結構還不完全清楚，盡管它的流行和吸引人的特性。

具有調制馬氏體的鐵彈性合金已經顯示出有前景的功能，如巨大的彈性熱效應和磁彈性效應，但對周期調制的理解在原子變換(或周期性畸變)和自適應相(或納米孿生，具有固定晶格參數的塊的組裝)概念之間引發了許多爭議。快速動力學馬氏體相變過程中原子重排過程的捕獲是研究的主要難點。

對此，西安交通大學前沿科學技術研究所材料力學行為國家重點實驗室的馬天宇教授團隊研究了Ni₅₀Mn₃₂Ti₁₈合金的馬氏體相變行為及調制馬氏體的形成。B2→6O→4O轉換可以用{101}剪切和< 110 >周期性變換位置。除了調制周期差異外，形成4O調制馬氏體比形成6O調制馬氏體需要更長的密實面變換距離和更劇烈的晶格剪切。相關研究成果以題為“Atomic scale understanding the periodic modulation in ferroelastic alloy Ni-Mn-Ti”發表在期刊Acta Materialia上。

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https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359645423001003

圖1所示：(a)加熱/冷卻速率為10 K/min時Ni₅₀Mn₃₂Ti₁₈合金的DSC曲線，在接近270 K時放大圖顯示斜率有輕微變化。(b)加熱/冷卻速率為3 K/min時Ni₅₀Mn₃₂Ti₁₈合金的DMA曲線，在冷卻時存儲模量呈現兩階段軟化。

圖2所示：在350 K時，Ni₅₀Mn₃₂Ti₁₈合金中發現了B2組織的奧氏體。從[001]ZA拍攝的亮場TEM圖像(a)和SAED模式(b)，從[011]ZA拍攝的SAED模式(c)，從()到()基本反射的強度剖面(d)。

圖3所示：Ni₅₀Mn₃₂Ti₁₈合金原位冷卻至295 K、250 K和200 K時的亮場圖(a-c)、SAED圖(d-f)和強度分布圖(g-i)。(圖2a同區域)。

圖4所示：(a) B2型Ni-Mn-Ti奧氏體的單位胞。(b)偽正交晶格(由晶格剪切得到的bcc)與6O/4O馬氏體之間的晶體學關系。

圖5所示：原位冷卻至268 K (a, b)和263 K (c, d)時Ni₅₀Mn₃₂Ti₁₈合金另一個區域的亮場圖像和SAED模式。

圖6所示：Ni₅₀Mn₃₂Ti₁₈合金從液氮溫度加熱到rt后的TEM表征。低倍率亮場TEM圖像(a)，圓形區域的SAED圖(b-d)。局部畸變奧氏體(e)、含有不同取向的6O納米變異體(f, g)和4O調制馬氏體(h)的高倍TEM圖像。

圖7所示：局部畸變奧氏體的HR-TEM圖像(a)和對應的FFT模式(b)。通過圈出基本反射(220)和()(c)，()和()(d)獲得的IFFT圖像。

圖8所示：6O調制馬氏體的紅外-透射電鏡圖像(a)和相應的FFT圖(b). (a)中紅色矩形的放大視圖，其中顯示了可能的四方構件和6O單元格(c).基于兩種不同調制概念從B2形成6O結構的示意圖(d)。

圖9所示：4O調制馬氏體的紅外-透射電鏡圖像(a)和相應的FFT圖(b). (a)中黃色矩形的放大視圖，其中顯示了可能的四方構件和4O單元格(c).基于兩種不同調制概念從B2形成4O結構的示意圖(d)。

圖10所示：(a)[010]用正弦調制描述的6O和4O上層結構的投影。(b)沿[001]_B2//[010]_6O/4O方向觀察從B2到6O到4O調制馬氏體轉變的球棒模型。

圖11所示：(a) Ni₂₄Mn₁₅Ti₉(Ni₅₀Mn_31.25Ti_18.75, at.%)合金中B2、6O和4O相的形成能。(b)兩步馬氏體相變的自由能圖。

研究了Ni₅₀Mn₃₂Ti₁₈合金的馬氏體相變行為及調制馬氏體的形成。主要結論如下:

（1）冷卻后的兩步馬氏體相變為B2→6O→4O。由DFT計算可知，相變序列在能量上是有利的。

（2）整個轉變過程為兩步模量軟化，晶格參數、調制周期和{110}B2的密度逐漸變化。在形成完全有序的4O分層馬氏體之前，在第一步模量軟化形成的微米級偽正交疇內部形成了短程應變有序的6O納米疇，隨后從6O到4O的轉變也需要進一步的模量軟化以沿a_O軸延伸。

（3）B2→6O→4O轉換可以用{101}剪切和< 110 >周期性變換位置。除了調制周期差異外，形成4O調制馬氏體比形成6O調制馬氏體需要更長的密實面變換距離和更劇烈的晶格剪切。

（4）如果遵循自適應相概念，6O相和4O相的組成單元有明顯的四方性差異，這表明至少在目前的Ni-Mn-Ti合金中，原子混排概念可以解釋調制馬氏體的形成。這可能加深原子尺度上對原子調制的理解，這也是位移相變中一個長期存在爭議的問題。