单晶超弹性NiTi微柱

[111]取向抗功能疲劳

[111]取向的NiTi微柱在循环压缩下相变应力保持稳定，而[101]取向因残留马氏体和位错累积导致显著退化，揭示了晶体取向对微尺度疲劳行为的决定性影响。

陈俊愉 · Liu, Fei · 方刚 · Ramamurty, Upradrasta

Scripta Materialia 2025

技术优势

取向决定抗疲劳性

[111]取向只产生位错累积，没有残留马氏体，因此相变应力在循环中保持稳定；而[101]取向因残留马氏体和位错共同作用，相变应力显著降低。

加热可恢复性能

[101]取向微柱中循环引起的相变应力降低可通过加热消除残留马氏体而完全恢复，表明残留马氏体是导致性能退化的关键可逆因素。

位错累积单独主导

在[111]取向中，不可逆性完全由位错累积引起，没有残留马氏体的贡献，这解释了其相变应力的高度稳定性。

揭示微观疲劳机理

该工作明确指出晶体取向对微尺度功能疲劳行为和机制的改变，为设计抗疲劳的微器件提供了指导。

应用场景

• 形状记忆合金微器件：选择[111]取向可避免功能疲劳，保证微器件长期可靠动作。
• 微机电系统：稳定的相变应力让NiTi微柱可直接用作MEMS中的重复驱动单元。
• 微纳制造：FIB制备的不同取向微柱为微纳制造提供标准化的疲劳测试样品。
• 微型驱动器：[111]取向微柱的稳定相变行为使其成为长寿命微型驱动器的理想选择。