近化学计量比的Ti–Ni合金因其优异的性能而被广泛用作形状记忆合金（SMAs）[[1], [2], [3], [4], [5], [6], [7], [8]]。这些合金通过B2–B19′马氏体转变表现出优异的形状记忆性能。单晶的最大可恢复应变约为10% [1,2]。尽管它们是金属间化合物，但它们结合了高强度和延展性，达到约1000 MPa的拉伸强度和60%的断裂伸长率 [5,6]。它们出色的生物相容性使其能够用于生物医学设备 [7,8]。由于这些特性，Ti–Ni SMAs被应用于医学、航空航天和固态冷却等多个领域，其应用前景预计将进一步扩大。
SMAs的性能与马氏体转变过程中的微观结构演变密切相关。在这一转变过程中，马氏体微观结构在弹性地和/或塑性地适应转变应变的同时形成 [9,10]。塑性适应引入的位错会影响热循环或热机械循环下的转变温度稳定性 [[11], [12], [13], [14]]。由于位错运动本质上是不可逆的，它会导致超弹性循环中的应力滞后和热循环中的热滞后 [[14], [15], [16], [17]]。因此，SMAs的性能反映了微观结构演变和潜在的应变适应机制。理解这些机制对于设计性能改进的SMAs至关重要，特别是耐久性。
在Ti–Ni合金中，热诱导的B2–B19′转变过程中会形成细孪晶层状结构。由于从立方晶系到单斜晶系的对称性降低，这种转变会产生十二种晶格对应变体（CVs）[2,18]。在单晶或粗晶（晶粒尺寸大于10 μm）合金中，<011>B19′型II孪晶作为晶格不变的变形（LID）被引入，形成细孪晶层状结构 [[18], [19], [20]]。晶体方向和平面的米勒指数的下标表示这些方向和平面所属的相。这些细孪晶结构由两个<011>B19′型II孪晶关系组成。体积分数较高的CV是主要CV，另一个是次要CV。这些层状结构沿着特定的习性面生长 [21,22]，根据取向分为二十四种习性面变体（HPVs）[23]。
我们的团队从理论和实验两个方面分析了Ti–Ni SMAs中B19′马氏体的自适应微观结构，如图1所示 [21,24,25]。自适应是一种机制，其中多个HPV板相互连接，使它们的形状变形的剪切分量相互抵消，从而减少弹性应变能 [23,[26], [27], [28], [29], [30]]。由此产生的结构称为自适应微观结构。在粗晶Ti–Ni合金中，经常观察到习性面极点对齐在{111}B2轨迹上的HPV组合 [21,24,25]。这些被分为四种类型的习性面变体簇（HPVCs）：2HPVC、3HPVC、4HPVC和6HPVC。2HPVC由两个HPV板组成，是最小的单元。3HPVC、4HPVC和6HPVC是从2HPVC衍生而来的，即通过向2HPVC中添加其他HPVs形成的。从{111}B2取向的表面上看，3HPVC、4HPVC和6HPVC分别呈现三角形、风筝形和双半六边形 [21,25]。四种HPVC中任何HPV对之间的边界可以从晶体学上分为四种类型的界面，分别称为界面I、II、III和IV，如图1所示。
B19′马氏体的自适应微观结构可能随镍浓度而变化。先前的研究表明，镍浓度强烈影响Ti–Ni SMA的性能。随着镍浓度的增加，热循环过程中的位错生成和转变温度的变化受到抑制 [13]。熵的产生、耗散的能量和转变过程中的滞后也会减少 [31,32]。这些发现表明，随着镍浓度的增加，应变适应机制主要从塑性转变为弹性，这可能影响自适应。然而，镍浓度对自适应微观结构的影响尚未进行研究。
控制自适应微观结构形成的应变适应机制的变化可能源于晶格参数的组成依赖性。晶格参数决定了马氏体微观结构的不兼容性 [[33], [34], [35], [36], [37]]，即母相与马氏体相之间或HPVs之间的晶格失配 [34,[38], [39], [40], [41], [42]]。由于这种失配必须通过弹性或塑性来适应，因此它代表了形成马氏体微观结构的能量障碍 [[43], [44], [45], [46]]。因此，马氏体微观结构通过创建几乎兼容的连接来最小化应变能。在许多合金中，经常观察到具有几乎兼容界面的这样的簇 [41,42,[47], [48], [49]]。具有兼容微观结构的SMAs在热循环过程中表现出较小的转变温度变化和狭窄的滞后 [34,47,50]，这是由于位错积累受到抑制。因此，晶格参数的组成依赖性可以通过微观结构不兼容性影响微观结构和性能。在Ti–Ni SMAs中，四种类型的HPVCs几乎是HPVs的兼容组合 [25]，尽管之前的分析 [25] 使用的是有限组成下的晶格参数 [51,52]，并且没有考虑镍浓度的依赖性 [32,53,54]。
临界滑移应力（CSS）也取决于镍浓度，这可能影响应变适应机制。CSS代表塑性适应的能量成本；因此，在低CSS合金中不兼容性应该更多地通过塑性来适应，在高CSS合金中则更多地通过弹性来适应。在钢中，由于组成依赖性的CSS变化导致的转变行为和马氏体微观结构的变化 [55], [56], [57]]。同样，在Ti–Ni合金中，镍浓度的增加可能通过固溶强化提高CSS，从而影响自适应。然而，除了Miyazaki等人的工作 [58] 之外，还没有系统的数据评估Ti–Ni SMAs中马氏体起始温度（Ms）下CSS的镍浓度依赖性。也没有研究从不兼容性和其适应机制的角度探讨CSS的组成依赖性与马氏体微观结构变化之间的关系。
在这项研究中，我们阐明了镍浓度对自适应微观结构的影响。制备了镍含量为50–51 at.%的Ti–Ni合金，并通过SEM观察了它们的微观结构。特别是分析了微观结构中四种类型HPVCs频率的镍浓度依赖性。此外，还使用[32]中的B2和B19′相的晶格参数评估了四种类型HPVCs的不兼容性的镍浓度依赖性。此外，通过循环加载-卸载压缩测试测量了CSS的镍浓度依赖性。基于这些结果，我们讨论了镍浓度如何影响自适应微观结构，特别是从应变适应机制的角度探讨了HPVCs频率的镍浓度依赖性的起源。
