【引言】

    近年来，具有合适晶粒尺寸相的超级相容性和有利的沉淀物阵列相结合，实现了功能和结构抗疲劳性和形状记忆合金的滞后性的降低。本文分析和比较这些例子，阐明这些因素的作用，及在更苛刻的应力诱导相变的情况下，仍存在的问题。这些因素的控制有助于合金体系的开发。本文展现了改善形状记忆合金的重要方法，以及新的可逆转化多铁性。

    【成果简介】

    近日，美国明尼苏达大学的Richard D. James和德国基尔大学Eckhard Quandt（共同通讯）作者等人，列出了控制形状记忆合金相变可逆性条件：晶体相容性，晶粒尺寸和沉淀。研究表明，如果满足这三个条件，就可能获得极好的抗功能疲劳性和低滞后性的合金。然而，其中一个或多个条件稍微欠缺，仍具有显着的功能疲劳。相关成果以“Phase engineering and supercompatibility of shape memory alloys”为题发表在materials today上。

    【图文导读】

    图 1 i-Ni-X-Y合金的滞后与λ2曲线图

（a）Ti-Ni-X-Y合金的滞后与λ2曲线图；（b）是（a）中λ2= 1附近的图的放大图。

    图 2 马氏体晶体学理论中辅助因子条件的含义

    （a）对于给定的双系统，没有晶体学理论的解决方案；（b）可逆马氏体满足的双系统4种解决方案的一般情况；（c）情况λ2= 1，（d）满足辅助因子条件的情况。

    图 3 合金的立方-正交系统中的辅助因子条件

    合金分别为：Ti54.7Ni30.7Cu12.3Co2.3（λ2= 1.00083），TiNiCuPd（λ2= 1.00088），Ti50Ni40.75Pd9.25（λ2= 1.0002），Ti54Ni34Cu12（λ2= 0.9905），Ti79Nb21（λ2= 1）和Ti79Ta21（λ2= 1）。

    图 4 施密德定律的最大应变的极坐标图

    （a）马氏体晶体学理论的经典解释；（b）辅因子条件下可能的熔液图。

    图 5 在1000万次拉伸循环内，Ti54.7Ni30.7Cu12.3Co2.3薄膜的高周疲劳图

    图 6 直径为2 μm的Zn45Au30Cu25合金的循环压缩图

    图 7 不同结晶条件下，Ti50.8Ni34.2Cu12.5Co2.5薄膜的疲劳曲线图

   （a）在700℃下，结晶15 min的晶粒尺寸5 μm疲劳曲线图；（b）在600℃下，结晶15 min的晶粒尺寸300 nm疲劳曲线图。

    图 8 富Ti的TiNiCu合金的第1、200和107次的超低疲劳曲线图

    图 9 Ti53.7Ni24.6Cu21.7薄膜的微观结构与功能疲劳的关系图

  （a）在700℃下，退火样品的TEM图像（插图：B19相和沉淀物的放大图）；（b）在550℃下，退火样品的TEM图像；（c）在700℃退火样品的200次超弹性循环的功能疲劳图；（d）在550℃退火的样品的200次超弹性循环的功能疲劳图。

    【小结】

    本文列出了形状记忆合金相变可逆性条件：晶体相容性，晶粒尺寸和沉淀。研究表明，如果满足这三个条件，就可能获得极好的抗功能疲劳和低滞后性的合金。然而，其中一个或多个条件稍微欠缺，仍具有显着的功能疲劳。但是热处理对这几个条件有很大影响。虽然这些规律符合在形状记忆合金，但是这些条件主要是几何或弹性支配（相容性条件，晶粒尺寸，析出物的相干性），因此预期它们应适用于广泛的相变。但是在铁电或铁磁相变中，存在铁电/铁磁畴仍需要进一步研究。本文提出了一些特殊问题。在λ2= 1与完全辅因子条件在确定滞后和可逆性方面的相对作用。具有相同处理的类似合金的比较研究，一个满足高精度λ2= 1但远不满足CCI = 0或CCII = 0，另一个满足完整辅因子条件，将是有启发性的。类似的比较研究也涉及粒度和沉淀物。虽然λ2对热滞后的影响非常明显，但是应力滞后的因素尚不清楚。这些明显小的滞后现象仍存在很大差异。相比之下，经典Cu-Al-Ni形状记忆合金中，β1→β1‘转变具有非常大的应变，约为10％，应力滞后约为5 MPa，耐疲劳性较差。在抗功能疲劳性的合金中，是否产生如此小的应力滞后效应仍需要进一步研究。

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责任编辑：王元

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