本文通过原位透射电子显微镜（TEM）技术，系统研究了激光粉末床熔融（LPBF）制备的TiNi形状记忆合金中位错对马氏体相变及循环行为的影响。研究发现，LPBF工艺诱导的位错呈现出独特的周期性梯度密度分布（例如，从~10¹⁰ cm⁻²到~10⁶ cm⁻²），这种分布导致不同区域在冷却和加热过程中表现出差异化的相变序列、起始温度及孪晶形态（如（001）复合孪晶和（11̄1）I型孪晶）。在热循环过程中，位错与马氏体孪晶发生相互作用，形成弗兰克不全位错和阶梯杆位错，这些位错由于运动性差而难以增殖，从而减缓了位错积累速率。此外，LPBF制备的TiNi合金在20次热循环后显示出较小的相变温度变化（约13 K）和较低的相变潜热衰减率，表明其功能特性退化较慢，抗疲劳性能优于传统方法制备的TiNi合金。这些结果揭示了梯度位错结构在调控相变多样性和循环稳定性中的关键作用。
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图1： 该图通过原位TEM展示了LPBF制备TiNi合金在不同位错密度区域（高、中、低）的马氏体相变过程。冷却过程中，高密度区域（区域1）优先形成R相和（001）复合孪晶，而低密度区域（区域3）则形成（11̄1）I型孪晶；加热时，各区域相变回复顺序亦不同，凸显了位错密度对相变序列和孪晶形态的显著影响。
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图5： 此图比较了热循环前后位错结构的变化，显示在低密度区域位错多为短小形态，高密度区域则呈现扭曲和缠结。经过20次循环，位错结构未见明显增殖或重组，表明LPBF诱导的位错具有较高的稳定性，不易在循环中积累。
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图6： 该图展示了热循环后马氏体孪晶结构的演化情况，低密度区域孪晶保持规整排列，而高密度区域出现交织、粗化及二次孪晶等混沌结构。这种演化与局部位错密度密切相关，高密度区域因应变能高而更易发生孪晶重构。
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图7： 此图通过高分辨TEM揭示了位错与B19’孪晶的相互作用，包括位错穿过孪晶导致的界面扭曲和内部台阶状缺陷。图中还显示了由位错-孪晶反应形成的扩展堆垛层错，这些缺陷可能促进孪晶生长或改变马氏体亚结构。
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图8： 该图利用HRTEM和FFT/IFFT分析了位错与（11̄1）I型孪晶及（001）复合孪晶的相互作用细节，观察到弗兰克位错环和堆垛层错的生成。这些sessile位错构成位错锁机制，抑制了新生不全位错的运动，从而减缓循环中的位错积累。
② 通过调控LPBF工艺参数（如激光扫描速度或层厚），系统探究位错密度分布与Ni4Ti3析出行为的耦合效应，以优化合金的功能稳定性。
标题翻译：原位位错对激光粉末床熔融TiNi合金相变和循环行为影响的透射电镜研究
期刊名称：《Journal of Alloys and Compounds》
DOI：10.1016/j.jallcom.2025.178450
第一通讯作者单位：西澳大利亚大学机械工程系
本文源自微信公众号：合金设计
原文标题：《搞金属材料的想学透射电镜知识？不如看看这篇文献：原位位错对激光粉末床熔融TiNi合金相变和循环行为影响的透射电镜研究》
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/kQqX3RRH2a3HEK0bSdpeLg
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