合金超弹性新机制的原位实验研究

某类合金在外力作用下可以产生远大于弹性极限应变量且可以自动恢复的超弹性变形。超弹性研究重要的科学问题是超弹性行为与晶体结构及微观结构基元的关联性。是否有新的超弹性微观机制？非应力诱发马氏体相变引起的超弹性卸载后应变自动恢复机制？最近在Ni2MnGa合金中发现超弹性。申请者使用高能X射线实验证明，该合金的超弹性与晶体结构二种调制（调制方向与调制模式）变化有关，调制方向改变引起新的超弹性机制。本项目拟以铁磁形状记忆合金及热致形状记忆合金为研究对象，围绕合金超弹性的新微观机制，建立高能X射线衍射研究超弹形变过程中晶体结构（包括调制与非调制）与微结构基元（包括多晶体母相取向分布、单晶与多晶变体取向分布、母相与变体的应变状态）的新原位表征方法及定量分析模式；基于新的实验方法通过全面揭示合金宏观功能行为与晶体结构、微结构基元关联性的物理本质，进一步研究调制方向改变及变形微孪晶引起超弹性的微观物理机制。

本项目的工作主要是利用同步辐射高能X射线衍射技术，以具有应力诱导相转变特征的NiMnGa、Co掺杂NiFeGa和Ti2448合金为研究对象，系统深入研究超弹性新机制。通过构建三维倒易空间特征斑点漫散射分布，原位研究了NiMnGa单晶预马氏体包括调制畴结构在内的晶体结构演化，发现调制畴择优再取向导致的预马氏体超弹性行为新机制；在无热弹马氏体相变的Co掺杂NiFeGa合金中发现了与传统记忆合金不同的无应力屈服平台的超弹性行为，通过分析合金的晶体结构和点阵应变随载荷的演化，揭示了铁性应变玻璃主导的近线性超弹性行为物理本质；通过Ti2448单晶在拉伸应力作用下相变及力学性能的原位研究，发现两种应变玻璃耦合转变导致Gum合金超弹性的新机制。上述成果已在SCI期刊论文发表7篇，包括《Applied Physics Letter》2篇，《JOM》特邀综述论文1篇。授权国家发明专利1项。