原创 点击右边关注→ 点击右边关注→ 材料研究前沿 2026年5月26日 12:00 陕西 听全文

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材料研究前沿——聚焦材料科学研究前沿进展。100多万材料领域硕博教师们订阅的微信大号。点击标题下蓝字“材料研究前沿”关注，我们将为您提供有价值、最前沿的材料研究资讯。

NiTi 形状记忆合金凭借独特的形状记忆与超弹性特性，在生物医学植入器件、航空航天智能结构以及柔性电子设备等关键领域有着不可替代的应用价值。这类器件长期处于循环弯曲载荷工况下，材料疲劳失效成为限制服役寿命与运行可靠性的核心瓶颈。传统表面强化工艺虽能一定程度改善合金表面性能，却难以实现高硬度与良好韧性的协同匹配，同时针对复杂异形构件的加工适配性较差，无法满足高端装备的长期使用需求。现有纳米晶改性 NiTi 合金虽细化了晶粒组织，但抗弯曲疲劳能力仍存在明显短板，仅能承受数万次循环加载便出现损伤失效。行业长期缺乏可兼顾微观结构调控、力学性能优化与复杂构件适配的改性技术，亟需探索全新结构设计与强化方法，从微观层面破解 NiTi 合金疲劳裂纹萌生与扩展的核心问题，为高循环可靠性形状记忆合金的工程应用奠定基础。

在这项研究中，研究人员联合香港科技大学、南方科技大学及加州大学伯克利分校团队，依托脉冲激光冲击强化技术在 NiTi 合金表面构筑出特殊多级微观结构。该结构自上而下分为三层，分别是厚度 0-5 微米的氮化物富集顶层、晶粒尺寸呈逆梯度分布的超细晶层，以及具备 B19′-R-B2 特征的相变梯度层。测试数据显示，合金表面纳米晶层硬度可达 8.5 GPa，是常规粗晶 NiTi 合金的 2.5 倍，且全程保留优异的形状记忆固有性能。三点弯曲疲劳测试结果表明，在 0.3 毫米位移加载条件下，改性后的多级结构合金可稳定承受 500 万次循环加载且无明显损伤，相较于普通纳米晶试样，疲劳寿命直接提升两个数量级。通过微观力学表征与原位观测发现，梯度晶粒组织与多相相变产生协同作用，既能从源头抑制疲劳裂纹生成，还可让裂纹尖端在超细晶层内发生钝化，有效阻断裂纹向合金基体内部延伸扩展。

此次研究提出的激光冲击强化构筑多级结构策略，为 NiTi 形状记忆合金抗疲劳改性开辟了全新技术路径，有效解决了传统材料循环服役寿命不足、强韧性能难以兼顾的行业痛点。研究明确了多级结构各功能层的作用机制，证实晶粒梯度分布与相变调控可协同实现裂纹萌生抑制和扩展阻滞，从微观机理层面完善了形状记忆合金抗疲劳设计理论。改性后的 NiTi 合金兼具超高表面硬度、稳定形状记忆效应与超长弯曲疲劳寿命，突破了传统制备工艺的性能局限，且该强化方式适配不同形态构件加工需求。相关研究成果发表于 Nature Communications 期刊，不仅为 NiTi 合金微观结构设计与性能优化提供了可靠参考，也极大推动了高可靠性形状记忆合金在医用植入体、航空航天智能部件、柔性电子器件等高端领域的落地应用，同时为其他金属功能材料的抗疲劳改性提供了可借鉴的研究思路与技术范式。

来自：材料研究前沿

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