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NiTi合金的应用与挑战：NiTi基超弹性形状记忆合金因其可回复应变大（6%～8%），在多个领域得到广泛应用。然而，传统粗晶NiTi合金在低温下易发生热致马氏体相变，导致超弹性丧失，且临界相变应力温度依赖性强，限制了其在宽温域内的应用。

纳米晶化的优势：纳米晶化可显著增强母相稳定性，降低临界相变应力的温度依赖性，从而拓宽超弹温域。然而，单一纳米晶化手段仍不足以满足极端环境下的应用需求，尤其是超低温环境。

元素掺杂的作用：通过掺杂母相稳定化元素（如V、Nb），可进一步提升母相稳定性，抑制有害相变（如B2→R相变），从而拓宽超弹温域。特别是Nb掺杂，可完全抑制B2→R相变，使合金在超低温下仍能维持B2母相结构。

02、创新亮点

（1）双重手段拓宽超弹温域

本文创新性地结合纳米晶化与Nb、V元素共掺杂，通过双重手段显著增强了NiTi基合金的母相稳定性，成功制备出在143～323 K温域内展现超弹性的纳米晶NiTiVNb合金。

（2）优异的低温超弹性能

纳米晶NiTiVNb合金在低温下（143 K）仍能保持接近100%的超弹回复率，且临界相变应力温度依赖性显著降低（2.2～5.0 MPa/K），优于已报道的粗晶和单一纳米晶NiTi基合金。

（3）循环稳定性提升

尽管室温循环拉伸会导致临界相变应力和应力滞后略有下降，但下降幅度随拉伸应变减少而降低，表明通过优化循环条件可进一步提升合金的循环稳定性。微观结构与相变行为深入研究：利用TEM、WAXRD、DSC和电阻测试等手段，系统表征了纳米晶NiTiVNb合金的微观组织结构与热致相变行为，揭示了其优异超弹性能的微观机制。

03、图文展示

图1 纳米晶NiTiVNb样品的微观组织与相变行为：（a）样品纵截面的TEM明场像，插图为选区电子衍射花样；（b）晶粒尺寸统计图；（c）DSC测试曲线；（d）原位降温WAXRD谱线；（e）电阻测试曲线

Fig.1 Microstructure and transformation behavior of nanocrystalline NiTiVNb sample: (a) bright field images of the cross-section view. The insets show the corresponding SAED pattern of the microstructure; (b) corresponding grain size statistics; (c) DSC curve; (d) electric resistance curve

 图2 纳米晶NiTiVNb样品在不同温度下的超弹行为：（a）样品在143～323 K温度范围内的拉伸应力-应变曲线；（b）样品的超弹温域与已报道的粗晶NiTi合金、纳米晶NiTi合金和纳米晶NiTiV合金对比

Fig.2 Superelastic behavior at different temperatures for nanocrystalline NiTiVNb sample: (a) stress-strain curves at temperatures ranging from 143-353 K for the sample; (b) comparison in the superelasticity temperature window of coarse grain NiTi alloy, nanocrystalline NiTi alloy and nanocrystalline NiTiV alloy

 图3 纳米晶NiTiVNb样品和纳米晶NiTiV样品超弹特征参数随温度变化对比：（a）临界正相变应力（σ_Ms）随温度变化曲线；（b）临界逆相变应力（σ_Af）随温度变化曲线；（c）应力滞后（Δσ）随温度变化曲线；（d）超弹回复率随温度变化曲线

Fig.3 Comparison in the superelastic characteristic parameters as a function of temperature between the nanocrystalline NiTiVNb sample and the nanocrystalline NiTiV sample: (a) relationship between critical positive phase transformation stress (σ_Ms) and temperature; (b) relationship between critical reverse phase transformation stress (σ_Af) and temperature; (c) relationship between stress hysteresis and temperature (Δσ); (d) relationship between superelastic recovery ratio and temperature

 图4 室温下纳米晶NiTiVNb样品经不同应变量循环时的超弹行为：（a）、（b）和（c）分别为应变量8%、10%和12%的循环应力-应变曲线；（d）、（e）和（f）分别为临界正相变应力（σ_Ms）、临界逆相变应力（σ_Af）和应力滞后（Δσ）与循环次数的关系曲线

Fig.4 Superelastic behavior of nanocrystalline NiTiVNb sample under different cycle strain at room temperature: (a), (b) and (c) are the cycle stress-strain curves with strain amounts of 8%, 10% and 12% respectively; (d), (e) and (f) are the curves showing the relationships between the critical positive phase transformation stress (σ_Ms), the critical reverse phase transformation stress (σ_Af) and the stress hysteresis (Δσ) and the number of cycles, respectively

04、结论

（1）微观结构特征：纳米晶NiTiVNb合金的平均晶粒尺寸为46 nm，降温至113 K仍保持B2结构不变，未发现R相生成，表明Nb、V元素共掺杂有效抑制了有害相变。

（2）超弹性能优异：纳米晶NiTiVNb合金在143～323 K温域内展现超弹性，临界相变应力温度依赖性为2.2～5.0 MPa/K，且在233 K以下超弹回复率接近100%，显著优于已报道的NiTi基合金。

（3）循环稳定性可控：室温循环拉伸会降低临界相变应力和应力滞后，但下降幅度可通过控制循环应变来调节，为优化合金的循环稳定性提供了可能。