Ni-Ti基合金的应变玻璃转变及其研究进展

摘要

近等原子比Ni-Ti合金因热弹性马氏体相变而呈现形状记忆效应和超弹性，并广泛应用于生物医疗和诸多工业领域。近年来的理论和实验研究表明，当近等原子比Ni-Ti合金引入足够的缺陷（如溶质原子、位错以及纳米析出物）时，这些缺陷导致的相变阻力可有效抑制合金的一级马氏体相变，并代之以短程有序的晶格应变微区（纳米马氏体畴）为显著特征的应变玻璃转变。Ni-Ti基应变玻璃具有宏观晶体结构不变、各态遍历性缺失、动态力学性能随频率弥散分布和高阻尼等特征。尽管应变玻璃在冷却过程中不发生一级马氏体相变，但因应力加载诱发应变玻璃向马氏体转变及应力卸载时的逆转变，应变玻璃仍然可呈现出优异的形状记忆效应和超弹性。应变玻璃合金的超弹性与缺陷类型及浓度密切相关，缺陷浓度不高的应变玻璃具有与传统Ni-Ti基合金类似的超弹性行为；高缺陷浓度的应变玻璃在温度场和应力场作用下发生应变玻璃?R相变，其超弹性具有小回复应变、窄滞后和宽温域特征。Ni-Ti合金可通过变形引入大量位错缺陷，以实现其应变玻璃转变。应变玻璃在应力作用下如果只涉及纳米畴演化而不发生B19′马氏体转变，可表现出具有窄滞后特征（近线性）的大超弹性，其物理机制在于应力作用下纳米畴的演化不需要形核过程，从而避免因形核导致的能量损耗。本文综述了Ni-Ti基合金应变玻璃转变的提出、奇异性质及其研究进展，并对基于应变玻璃转变的Ni-Ti基宽温域超弹性合金设计原理及工程应用作了简要介绍。

关键词

Ni-Ti基 / 马氏体相变 / 应变玻璃转变 / 形状记忆效应 / 超弹性