導(dǎo)讀：本研究開發(fā)了一種新型形狀記憶合金，分析了合金的微觀結(jié)構(gòu)、相變和形狀記憶效應(yīng)。在馬氏體相變和逆馬氏體相變期間表現(xiàn)出優(yōu)異的熱穩(wěn)定性，預(yù)應(yīng)變?yōu)?%和8%時，最大恢復(fù)應(yīng)變?yōu)?.33%和6.87%。該合金具有迄今為止最大恢復(fù)應(yīng)變，是應(yīng)用前景廣闊的高溫形狀記憶合金。

形狀記憶合金（SMA）由于其獨(dú)特的特性（例如形狀記憶效果和超彈性）而成為重要的功能材料，服役環(huán)境多為100℃以下。隨著SMA的不斷發(fā)展，對具有較高轉(zhuǎn)變溫度（超過100℃）的SMA的需求正在增加，這被定義為高溫形狀記憶合金（HTSMA）。盡管在過去的十年中進(jìn)行了廣泛而持續(xù)的科學(xué)努力，但由于高溫金屬SMAs的原材料價格昂貴，熱穩(wěn)定性差且恢復(fù)應(yīng)變低，因此尚未在商業(yè)市場中得到充分應(yīng)用。因此，設(shè)計新型高溫形狀記憶合金，例如基于ZrCu的高溫形狀記憶合金引起了研究人員越來越多的興趣。

來自廣東工業(yè)大學(xué)、哈工大等單位的研究人員設(shè)計了Zr50Cu25Ni7.5Co17.5高溫形狀記憶合金，具有出色的熱穩(wěn)定性，獲得了最佳6.87%（最大8%預(yù)應(yīng)變）的最大恢復(fù)應(yīng)變，分析了該合金的變形機(jī)理。相關(guān)論文以題為“Zr50Cu25Ni7.5Co17.5high-temperatureshape memory alloy with excellent thermal stability and large recovery strain,and the associated microstructural deformation mechanism”發(fā)表在Materials and Design。

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.matdes.2020.109108

本合金在Ar的環(huán)境下采用電弧熔煉制備，通過XRD和SEM表明，合金只存在馬氏體。發(fā)現(xiàn)合金經(jīng)過4個熱循環(huán)后，逆馬氏體相變峰值溫度（Ap）和馬氏體相變的峰值溫度（Mp）基本保持不變，Ap增加3K，Mp減少3K，這可能是由于熱循環(huán)過程中的位錯導(dǎo)致。Zr50Cu25Ni7.5Co17.5合金中馬氏體相變的熱穩(wěn)定性明顯優(yōu)于Zr50Cu50合金。由于Zr50Cu50合金的共析反應(yīng)導(dǎo)致熱穩(wěn)定性降低，Zr50Cu25Ni7.5Co17.5合金中的Ni和Co能夠抑制熱循環(huán)期間的共析反應(yīng)，進(jìn)而提高熱穩(wěn)定性。

圖1 （a）自協(xié)作性晶體的形態(tài)；（b）晶體中的子結(jié)構(gòu)；（c）M和T的對應(yīng)選擇區(qū)域衍射圖；（d）M對應(yīng)的選擇區(qū)域衍射圖；（e）未變形的Zr50Cu25Ni7.5Co17.5合金中面缺陷的明場像

圖2（a）HREM和（b）沿[100]方向的B型平面缺陷的對應(yīng)IFFT圖像

圖3（a）不同熱循環(huán)次數(shù)的DSC曲線；（b）熱循環(huán)次數(shù)對Zr50Cu25Ni7.5Co17.5合金的相變溫度的影響

研究發(fā)現(xiàn)Zr50Cu25Ni7.5Co17.5合金的壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線與典型的TiNi SMA拉伸/壓縮行為相反。Zr50Cu25Ni7.5Co17.5合金的形狀記憶效應(yīng)比Zr50Cu50合金好很多。在變形初始階段馬氏體表現(xiàn)出自協(xié)作形態(tài)，少量（001）復(fù)合孿晶開始解纏，變形應(yīng)變可完全恢復(fù)；壓縮應(yīng)變4%時，納米級（021）和（111）I型形變孿晶開始形成，沿（021）孿晶邊界同時出現(xiàn)堆積斷層；在8％的形變應(yīng)變下，形成越來越多的納米級（021）和（111）I型形變孿晶，同時（111）I型孿晶的界面變得彎曲。新的變形機(jī)制使馬氏體在變形過程中具有可逆性，從而在Zr50Cu25Ni7.5Co17.5合金中產(chǎn)生了更好的形狀記憶效果。

圖4 不同預(yù)應(yīng)變的Zr50Cu25Ni7.5Co17.5合金的壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線及加熱過程中的恢復(fù)行為

圖5（a，b）變形為2％Zr50Cu25Ni7.5Co17.5合金中馬氏體的明場TEM圖像和所選區(qū)域的衍射圖；（c）相互纏繞的（001）孿晶的明場TEM圖像；（d）相應(yīng)的選定區(qū)域衍射圖

圖6（a，b，c，d）變形為8％Zr50Cu25Ni7.5Co17.5合金中馬氏體的明場TEM圖像和區(qū)域A B的衍射圖