【复材信息】形状记忆合金结果再次登陆Nature！！！

材料必须在轻量化、功能性和极端热起伏抗性之间取得平衡，这是航空航天和太空探索等先进应用。由于其强度、韧性和应变恢复潜力，形状记忆合金备受期待，但如何在低温环境中轻质有效地运行却是一个很大的挑战。Ryosukee东北大学 通过成分设计和晶格动力学调节，Kainuma研究团队突破了传统形状记忆合金的温度限制和机械性能瓶颈，为航天工程、能源储存和生物医学领域的技术进步提供了一个新的范式，特别是促进了航天工程、能源储存和生物医学领域的技术进步。该成果以“A lightweight shape-memory alloy with superior temperature-fluctuation resistance“问题于2025年2月27日在Nature上公布。

成果创新

1、设计新型轻质高强合金成分设计

使用轻质元素铝（Al）和铬（Cr）引入钛（Ti）在基材中，开发的成分分为 Ti–20Al–4.75Cr(原子百分比) 的合金。合金密度低(4.36) × 10⊃3; kg/m⊃3;），强度高达 185 × 10⊃3; Pa·m⊃3;/kg，在保持钛合金轻质特性的同时，显著优于传统Ti-Nb基合金和商用Ni-Ti合金。

2、超宽温域超弹性性能

合金在 4.2 K(接近绝对零度)到4000 K（约127°C） 在极端温度范围内，表现出完全可恢复的超弹性，其操作温度跨度达到 396 K，商业Ni-Ti合金(通常是2733–353 K）超过5倍。这种特性解决了传统形状记忆合金在低温或高温下超弹性失效的问题。

3、异常温度依赖于应力机制的变化

首次在非磁性Ti基合金中发现临界应力的变化 异常温度依赖性：低温(2000) K）接下来，临界应力随着温度的降低而上升。这一现象通过晶格动力学分析得出结论，归因于母相(B2结构)的剪切模量（C)在低温下显著增加，增强了晶格对剪切变形的抵抗力，进而扩大了超弹性温域。<200 K）下，临界应力随温度降低而上升。这一现象通过晶格动力学分析揭示，归因于母相（B2构造）的剪切模量（C'）在低温下显着增加，增强了晶格抵御剪切变形的能力，进而拓展了超弹性温域。

4、高度可恢复应变和抗疲劳性

合金在室温下的可恢复应变 接近商用Ni-Ti合金(~8%)的7.3%，是普通Ti-Nb基合金的两倍多。另外，经过 载入200次-卸载循环 之后仍然保持超弹性稳定，表现出优异的抗功能疲劳性能。<3%）的两倍以上。此外，经过 200次载入-卸载循环 后仍保持稳定的超弹性，表现出优异的抗功能疲劳性能。

5、加强有序B2结构和纳米域

合金母相通过快速淬火和热循环形成 有序B2构造 纳米域(平均尺寸15 nm），并且通过反相界（APB）分离。这种有序的纳米结构可以有效地抑制位错移动，在保持高弹性应变的同时提高抗塑性变形能力。

图文解读

图1：近<110>单晶Ti-Al-超弹性Cr合金。

图2：Ti-Al-Cr单晶显微分析及原点中子衍射表征。

图3：Ti-铝-铬合金在宽温区显示出超弹性行为。

图4：超弹性环境温度与各种小块记忆合金的轻质性能对比。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-024-08583-7

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