Linear-superelastic metals by controlled strain release via nanoscale concentration-gradient engineering

形状记忆合金 假弹性 材料科学 钛镍合金 络腮胡子 弹性模量 无扩散变换 复合材料 纳米尺度 纳米线 弹性(物理) 模数 马氏体 纳米技术 微观结构
作者
Jiaming Zhu,Dong Wang,Yipeng Gao,Tong‐Yi Zhang,Yunzhi Wang
出处
期刊:Materials Today [Elsevier BV]
卷期号:33: 17-23 被引量:29
标识
DOI:10.1016/j.mattod.2019.10.003
摘要

The elastic strain limit of most metals are less than 0.2% except for whiskers or freestanding nanowires whose elastic strain limit could reach 4–7%. Ferroelastic metals such as shape memory alloys (SMAs) do exhibit giant recoverable strains (up to ∼13%). However, the strong non-linear pseudo-elasticity of SMAs leads to mechanical instability. By taking advantage of the strong composition-dependent critical stress for stress-induced martensitic transformation (MT) in NiTi SMA, this work demonstrates a novel design approach to achieve linear-superelasticity (∼4.6%) and ultralow modulus (8.7 GPa) of a NiTi single crystal. These unprecedented properties are realized through precisely controlling strain release during the MT via nanoscale concentration-gradient engineering. The computer simulation results and theoretical analyses reveal that the stress–strain behavior of NiTi and other SMAs can be regulated effectively by fine-tuning the concentration gradient. This may open a new avenue for the design of next generation ferroelastic materials.
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