NiTi功能材料因其形状记忆效应和超弹性特性而成为近年来的研究热点，在工程和生物医学领域得到广泛应用。
富镍NiTi合金的功能性取决于马氏体相变及其逆相变，它们主要受晶粒尺寸等微观结构特性和塑性变形加工条件的影响。
迄今为止，提高富镍NiTi合金功能稳定性的有效方法包括：剧烈塑性变形，细化晶粒；固溶时效处理，得到纳米级Ni4Ti3析出相；电处理，控制微观结构和转变温度；预变形退火，引入高密度的位错，促进马氏体相变。
大多数NiTi合金以厚度或直径为0.1-5mm的片材和线材进行制造和加工。
假设NiTi线的形状和尺寸都保持不变，上述提高功能稳定性的措施由于NiTi线的几何尺寸而受到一定程度的限制。
镍钛线材塑性变形仍存在两个主要问题：（1）变形方法少，冷变形时发生大量加工硬化；（2）NiTi线中存在细长晶粒和晶界减少了位错运动的自由路径并降低了NiTi合金的功能稳定性。
山东大学的一项最新研究对NiTi丝进行扭转变形处理，后进行电脉冲处理（EP），对比分析了扭转变形和EP处理对相变行为和超弹性的影响，进而得出提高NiTi丝功能稳定性的加工方法和条件。
相关论文以题为“Effect of torsion deformation and electric pulse treatment on transformation behaviour and superelasticity of Ti-50.8 at.% Ni wire”发表在Materials & Design。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.matdes.2022.110594本文将直径为0.5 mm的Ti-50.8at.%Ni线作为原始NiTi合金，通过多模拉伸结合800℃退火5 min赋予材料一定的超弹性。
扭转试验在室温下进行，速度为0.5 r/s，扭转40r简称T40；扭转后进行EP处理，在t=600 μs时，f=50、100、150、200、300、400Hz，f=150Hz时，t=50、200、400、600、800、1000 μs。
研究发现原始合金处于B2奥氏体状态，基体中的位错密度相对较低。
原子沿(110)晶面以2.13Å的自然晶面间距规则排列，长条状结构为奥氏体。
变形合金的基体为奥氏体。
与原始合金相比，一些长条的奥氏体被小晶粒打断，在附近观察到许多尺寸约为100 nm的纳米晶粒，并存在一定程度的晶格畸变和原子偏差占据，这进一步证明了晶粒中存在更细小的亚结构或变形。
此外，在纠缠位错带中存在少量马氏体，马氏体的存在表明在扭转变形过程中发生了应力诱导的马氏体转变，产生了少量的马氏体。
图1 不同工艺参数下TiNi的TEM图图2 扭转变形量对TiNi合金影响图3 不同扭转变形后TiNi的超弹性循环曲线图4 TiNi合金在不同工艺条件下的TEM结果与原态NiTi合金相比，A→R和R→M均发生在较大的温度范围内，随着扭转匝数的增加，相变峰最终消失。
结合EP处理，在高脉冲频率（f>200 Hz）或长导通时间（t>800µs）条件下，T40合金容易发生多级转变。
扭转变形通过引入位错有效地提高了超弹性。
超弹性在扭转圈数从0增加到10时逐渐提升，然后随着扭转圈数进一步增加而降低。
当扭转圈数超过40圈时，由于变形量大而产生线超弹性。
经EP处理的T40合金的超弹性在50-150Hz范围内逐渐提升，然后在脉冲频率进一步提高到400 Hz时降低。
当导通时间从50增加到600 µs时，合金的超弹性增强，当导通时间增加到1000µs时降低。
由于等轴纳米晶粒和位错的均匀分布，大量扭转变形与低脉冲频率相结合提高了超弹性，经150 Hz/600µs EP 处理后的合金超弹性最优。
本文对NiTi合金的进一步应用有积极作用。
（文：破风）本文来自微信公众号“材料科学与工程”。
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