超窄滞后Ti-Ni-Cu-X（X=Pd, Pt, Au）记忆合金薄膜的马氏体相变与记忆效应稳定性机理研究

适当成分的Ti-Ni-Cu-X(X=Pd、Pt、Au)合金薄膜其相变温度滞后仅为0-1K，且具有良好的功能稳定性，可满足微驱动快速响应和高精度控制的需求。本项目拟设计、制备兼具超窄相变滞后和功能高稳定性的Ti-Ni-Cu-X(X=Pd、Pt、Au)合金薄膜，系统研究Ti-Ni-Cu-X（X=Pd、Pt、Au）合金薄膜中B19马氏体在热/应力循环作用下的组织、界面结构演化规律，阐明薄膜微观变形机制；阐明B19马氏体界面结构及其可动性之间的内在联系；揭示热/应力循环对超窄滞后合金薄膜应变恢复特性的影响规律和物理本质，探索提高功能稳定性的原理和方法，研制出兼具超窄滞后和功能高稳定性的Ti-Ni-Cu-X（X=Pd、Pt、Au）记忆合金薄膜，为新型微驱动材料的设计和开发提供新思路和理论指导。

TiNi 基合金薄膜是微电机系统中一种潜力巨大的高性能驱动材料。然而大多数记忆合金的相变温度滞后大（20~40ºC），这使其响应速度慢、灵敏度低；且在工作状态下经受多次热/应力循环时功能特性（如马氏体相变温度、相变温度滞后和形状记忆效应等）产生衰减，稳定性差，无法实现驱动性能的高精度控制。本项目针对这一问题，发展具有超窄滞后和功能高稳定性的记忆合金薄膜，系统研究了Ti-Ni-Cu-X(X=Pt、Pd等)合金薄膜中B19马氏体在热/应力循环作用下的组织和界面结构，阐明其马氏体状态下变形的微观机制；阐明界面结构及其可动性之间的内在联系；揭示热/应力循环对超窄滞后合金薄膜应变恢复特性的影响规律和物理本质，探索提高功能稳定性的原理和方法。获得的主要结果如下：.Ti-Ni-Cu-X合金的相变温度随着Pt和Pd含量的增加先减小然后基本保持不变，合金相变热滞在Pt含量为1.5at.%时或者Pd含量为4.5%时最小。通过马氏体相变几何晶体学计算，Pt或者Pd含量为上述值时，其相变过程中应变矩阵（transformation stretch matrix）的中间的特征值最接近1，此时相变过程中储存的弹性能最小，因此相变热滞最小。.窄滞后记忆合金在完整和不完整热循环过程中均表现出良好的相变温度热稳定性。而且相变滞后越小，其稳定性越高。例如，Ti50.5Ni33.5Cu11.5Pd4.5合金在经历5000次完整热循环后，相变温度下降不超过1K。热力学计算表明，其在相变过程中的弹性能即使经过5000次热循环后也不超过为0.1J/g，且在循环过程中的弹性能增长缓慢。TEM分析表明，合金在热循环中引入位错的数量极少，这时其相变和功能特性呈现高稳定性的主要原因。.窄滞后记忆合金马氏体主要呈现(011)复合孪晶和(111)I型孪晶亚结构。变形过程中的变形微观机制为：B19马氏体首先发生变体再取向，随后发生去孪晶过程，然后在去孪晶的B19马氏体发生应力诱发B19-B19’马氏体相变。.在恒应力变温循环过程中，Ti-Ni-Cu-X合金的相变温度滞后随着应力的增加先下降随后保持不变。应力不变，多次热循环不改变合金的相变温度滞后，表明该合金薄膜具有良好的热/应力循环稳定性。.通过本项目研究，研制出了兼具超窄滞后和功能高稳定性的记忆合金薄膜，这为新型微驱动材料的设计和开发提供新思路和理论指导。.