Acta Mater.：应变-温度耦合条件下Ni-Mn-Ga 与Ni-Mn-Ga-Co-Cu细丝的多步超弹性行为
【引言】
近几十年来，形状记忆多晶细丝，这种近一维材料因可通过微观结构设计和成型在不同相间通过复合场诱导转化产生多功能特性而受到广泛的关注。其中，多晶形状记忆细丝由于制备效率高，时间短，省力，表现出优异的性能，被广泛研究。
目前，研究人员通过改变温度或外部施加应力来观察Ni-Mn-Ga形状记忆合金的转变行为，发现存在可逆马氏体相变或中间马氏体相变（MT或IMTs）序列。主要研究了单晶形状记忆合金中IMTs的全部序列，但在多晶材料中尚未有报道。
【成果简介】
近日，北京科技大学朱洁教授（通讯作者）在Acta Mater.上发表了一篇题为“Multistep superelasticity of Ni-Mn-Ga and Ni-Mn-Ga-Co-Cu microwires under stress-temperature coupling”的文章。在该文中，研究人员通过Taylor-Ulitovsky法制备Ni-Mn-Ga 与Ni-Mn-Ga-Co-Cu细丝，并系统研究了由温度变化和/或施加机械应力引起的马氏体和中间马氏体相变。研究表明两种含有自由表面和竹状晶的多晶细丝在室温下具有奥氏体和马氏体，表现出多步超弹性行为，具有大于10％的完全可逆应变的中间马氏体相变。这两种合金在应力-温度耦合条件下都经历了四种相变过程，后期具有较小的应力滞后，并且在加载 - 卸载循环中表现出优异的高温机械性能。
【图文解读】
图一 Ni-Mn-Ga细丝宏观形貌与DSC曲线
(a) 竹状晶结构，有利织构接近(001)P方向；
(b) 马氏体相变DSC曲线，居里温度为~372K。
图二 拉伸应力-应变曲线(测试温度213K-300K)
应力-应变曲线特征为加载-卸载循环期间出现的多步弯曲滞回。
图三 Ni-Mn-Ga细丝选区电子衍射与明场图像
(a-b) 细丝由均匀的微晶结构组成，晶格参数与XRD结果一致；
(c) 低温诱导马氏体典型形态；
(d) 电子衍射图像表明细丝由5层调质马氏体结构组成。
图四 Ni-Mn-Ga细丝低温诱导相变原位TEM图
橙色框区域为相变过程，由低温马氏体-室温马氏体。
图五 Ni-Mn-Ga-Co-Cu细丝SEM图
腐蚀区域截面可观察到板条马氏体与条状马氏体。
图六 Ni-Mn-Ga-Co-Cu细丝马氏体相变表征
(a) 马氏体相变DSC曲线，温度变化期间存在多级相变；
(b) Ni-Mn-Ga-Co-Cu细丝晶体结构XRD图谱。
图七 Ni-Mn-Ga-Co-Cu多晶细丝典型拉伸应力-应变曲线
室温时细丝由马氏体组成，Mf以下显示不可逆相变，Af以上存在多级相变。
图八 两种合金的温度诱导相变图与应力温度复合场-温度图示
(a-b) Ni-Mn-Ga细丝加载-卸载过程，共存在四个单相区与三个多相共存区，阴影区域为多相共存区；
(c) 相变应变的温度依赖性；
(d) Ni-Mn-Ga-Co-Cu细丝的临界应力-温度图示。
【小结】
该文章系统地研究了Ni50Mn30Ga20和Ni46Mn26Ga20Co4Cu4（at％）多晶形状记忆细丝的结构，显微组织和力学性能，重点是在温度和应力耦合条件下MT和IMT的多级超弹性行为。<001> P取向的Ni-Mn-Ga细丝在温度213 K-300K拉伸应力应变期间呈现出四种一步或多步转变序列，P↔nM（n = 2,5或7）和5M↔7M↔NM 。在Ni50Mn30Ga20合金中利用Co和Cu代替Ni和Mn，相变温度范围变宽并上升。在263K-533K，Ni-Mn-Ga-Co-Cu多晶细丝中也获得了类似的多级超弹性行为。研究结果表明这种方法是获得小尺寸，高性能形状记忆合金的有效方法，对于器件小型化和智能化具有重要意义。
文献链接：Multistep superelasticity of Ni-Mn-Ga and Ni-Mn-Ga-Co-Cu microwires under stress-temperature coupling(Acta Mater., 18 August, 2017, DOI:10.1016/j.actamat.2017.08.035)
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该文章系统地研究了Ni50Mn30Ga20和Ni46Mn26Ga20Co4Cu4（at％）多晶形状记忆细丝的结构，显微组织和力学性能，重点是在温度和应力耦合条件下MT和IMT的多级超弹性行为。