形狀記憶合金（SMA）材料：加熱后能恢復形狀，并具有超彈性。SMA材料可恢復超過2%的應變，因此應用于各種工業，如手機天線，鏡框、耦合設備，緊固件，醫療器械，地震阻尼器等。此外，因為其擁有自展開和減震的特性，航天材料最近也著眼于SMA材料的應用。

    形狀記憶合金（SMAs）在高溫狀態下能夠恢復形狀和超彈性，這種獨特的行為曾在除鎂合金以外的多種合金中觀察到。日本東北大學工程研究院的Yukiko Ogawa等人選用Mg合金，在–150°C下產生了4.4%的塑性變形量，經加熱后能恢復形狀。這種鎂合金含輕量級鈧，其密度大約是2g/cm3。這一發現激發了許多企業對輕量級SMA材料的開發潛能。輕量級SMA材料對航天事業的應用有著顯著的價值，因為重量的減輕能極大的提高火箭和宇宙飛船的燃料效率。

    圖文導讀：

    圖一：室溫下Mg–20.5at% Sc試樣的XRD衍射圖樣。

    （A）分別為試樣在690℃下熱處理0.5h（黑色），試樣熱處理后進行冷軋（紅色），以及試樣在150℃下拉伸斷裂（藍色）等處理后在室溫下的XRD衍射圖樣。X射線強度用對數顯示。α階段和β階段分別為hcp和bcc結構。“M”標記的峰值表示壓力誘導階段。

    （B）β階段的粉末XRD衍射圖樣。

    （C）α階段的粉末XRD衍射圖樣。

    這些衍射圖樣是在各相晶格參數基礎上測定的。

    圖二： Mg–20.5at% Sc試樣在690℃熱處理0.5h，循環拉伸應力-應變曲線。

    （A-D）試樣的應力-應變曲線：（A）20°C，d/t=0.67，（B）–50°C，d/t=0.50a，（C）–100°C，d/t=0.42，（D）–150°C，d/t=0.46。試樣最初加載至1%（灰線），然后在第二階段加載至2%（紫線），隨后在第三階段加載至3%（藍線），最后加載至4%（亮藍線）。拉伸方向平行于軋制方向。

    （E）在–150°C，d/t = 0.66下試樣的應力-應變曲線。拉伸方向平行于軋制方向，拉伸應變為8%，各階段分別為灰線，紫線，藍線，淺藍線，綠線，黃線，橙線和紅線。

    （F）超彈性應變？SE滿足？t–？e函數關系。最大彈性應變為4.4%。

    圖三：Mg-20.5at% Sc試樣在690°C熱處理0.5h，屈服應力和超彈性應變對溫度的變化曲線。

    （A）屈服應力（σy）作為溫度的函數。

    （B）超彈性應變（εj=3SE）作為溫度的函數。σy和εj=3SE的定義在圖S4中給出。黃色和黑色的圓圈分別指示試樣拉伸方向沿軋制方向（RD）和橫向（TD）。（A）中紅色和藍色虛線分別表示滑移臨界應力和誘導馬氏體相變的臨界應力。紅色陰影區域表示塑性變形區，藍色區域表示超彈性區。黑色點劃線表示超彈性臨界溫度。

    圖四：多晶SMA材料具體的質量與最大超彈性應變之間的關系。

    為了對比當前的Mg基SMA材料（紅線），我們選擇TiNi基（藍線），β-Ti基（綠線），Cu基（橘線），Fe基（灰線），以及Ni基和Co基（粉線）多晶SMA材料。材料實際質量定義為：材料密度（g/cm3）與水密度（1 g/cm3）之比。

    【結論】

    β-Mg-Sc合金表現出大的超彈性和可恢復應變（4.4%）。目前β-Mg-Sc超彈性合金比重為2，并且它的超彈性應變能與β-Ti基SMA材料相媲美。這種輕量級Mg-Sc SMA材料對于航空航天應用影響巨大。航空航天組件的減重很大程度的提升了火箭和宇宙飛船燃料效率。β-Mg–20.5at% Sc是一種低溫超彈性合金，雖然比傳統SMA材料更昂貴，這給直接應用帶來困擾，但可作為輕量級的SMA材料發展的基礎。該項成果為發現輕量級功能材料的研究提供了新的視角。