微片层NbTi/TiNi记忆合金复合材料的功能特性研究

经成分与微观组织设计，获得了源自Nb-Ti-Ni合金液-固相变的NbTi和TiNi记忆合金铸态双相组织，并辅以大变形，在国际上首次获得了复合比与相变温度可控、原位自生的微片层NbTi/TiNi记忆合金复合材料。由于TiNi片分布均匀、比表面大、与基体结合强度高,使TiNi片的记忆效应、超弹性与基体之间的耦合作用得以充分体现，从而呈现了尚未见报道的新功能：如复合材料的负膨胀点记忆效应、应变软模效应，以及力取向马氏体的非均匀取向态、约束态相变小速率、正逆相变的状态小滞后及路径小滞后等。本项目拟搞清微片层NbTi/TiNi记忆合金复合材料的复合体积比、相变温度与化学成分之间关系，揭示负膨胀点记忆效应、应变软模效应等新功能机制，认知力取向马氏体的非均匀取向态、相变小速率与相变小滞后之间的内在联系，建立功能特性与约束态相变基本理论，可望获得高质量原创性研究结果。

基于以往毫米级NiTi记忆合金复合材料存在的问题，通过NbTi-NiTi液固共晶（亚共晶）转变设计，采用真空熔炼、锻造及拔丝，成功制备了界面结合好、分布均匀的微米尺度NbTi基体NiTi记忆合金、纳米线NbTi/NiTi记忆合金两种复合材料。采用原位拉伸同步辐射等先进实验手段，对复合材料的微观组织结构及两组元的相变/形变特征进行了系统研究，揭示了NbTi/NiTi两组元的界面与相分布特征及演变规律，澄清了NbTi/NiTi两组元在温度与应力作用下的相变/形变特征及机制。对于微米尺度NbTi基体NiTi记忆合金复合材料，发现NiTi记忆合金在NbTi基体约束下具有相变小滞后、负膨胀点记忆效应等特性。对于纳米线NbTi/NiTi记忆合金两种复合材料，发现在复合材料受载过程中，NiTi与NbTi纳米线所受载荷发生明显转移，复合材料呈现“应力记忆效应”及高强度、高机械阻尼特性。可望获得重要工程应用。. 此外，本项目探索了集束拉拔法制备NiTi包覆Fe、Cu复合材料丝材，发现NiTi/Fe复合材料在变形过程中，由于NiTi与Fe之间的耦合作用，复合材料呈现应变回复率随应变增加而增加的重要物理现象，并呈现高机械阻尼特性。而NiTi包覆Cu复合材料，由于在加载与卸载过程中，芯部Fe在表层NiTi（超弹态）记忆合金的作用下发生可回复塑性变形，使复合材料丝材的弹性应变比Cu导线大30余倍，强度提高3-4倍，且其导电率明显优于已报道的大弹性应变导线，可望获得重要工程应用。. 本项目研究发表论文7篇，其中其中包括Advanced Materials论文 1篇、Applied Physics Letters 4篇，Materials Science and Engeneering 2篇，获得国家发明专利3项。