你戴过记忆金属牙套吗？碰过能自动恢复形状的眼镜架吗？这些神奇的材料背后，是NiTi形状记忆合金在“工作”——它能被拉到原长的10%还能完美回弹，像有“自愈能力”一样。但你有没有想过：这些金属用久了会不会“累”？会不会像旧弹簧一样，拉久了就再也回不去了？最近发表在《Frontiers of Structural and Civil Engineering》的一篇研究，揭开了NiTi合金在反复受力下的“秘密生活”。

NiTi合金有多牛？对比不锈钢，它是“全能选手”
NiTi合金为啥这么受欢迎？看数据就知道：它的密度比不锈钢低18%（6450-6500kg/m³ vs 7850kg/m³），屈服应变能达到5-10%（不锈钢仅0.2-1.6%）——相当于一根10cm的NiTi丝拉到11cm还能恢复，而不锈钢拉到10.2cm就永久变形了。而且它耐腐蚀、超弹性强，所以在医疗（牙套、心脏支架）、航空（机翼减震）、建筑（地震减震器）里都“C位出道”。

反复受力下，NiTi也会“掉链子”？
但实际应用中，比如地震时建筑的减震器，或者桥梁的支座，都是反复被拉伸压缩的。研究人员用“固定变形量反复拉伸”的实验（专业叫应变控制循环加载）测试它，结果让人“破防了”：

• 循环次数越多，“记忆力”略降：第一次循环后残余应变很小，但循环几十次后，残余应变会增加（像弹簧拉久了，虽然回不去100%，但之后变化不大）；
• 应变率影响“能量耗散”：拉伸速度快了，NiTi温度升高，内部晶体结构（相变）变化，导致能量耗散变多或变少；
• 温度是“隐形变量”：温度升高，相变温度也会变，超弹性性能波动——比如0℃时NiTi有1%残余应变，40℃时可能完全恢复。

“训练”一下，NiTi能更“靠谱”？
那有没有办法让它稳定？有！研究发现“训练效应”——先让NiTi反复变形几次（比如拉100次），之后它的性能就稳定了：残余应变减少，拉伸时突然掉力的“应力降”消失，像新鞋穿几次就合脚了。训练后的NiTi，循环几十次后性能几乎不变，特别适合需要长期稳定的建筑减震器。

大尺寸NiTi的“烦恼”：厚棒和细wire不一样
不过研究也发现，大尺寸NiTi棒（比如20mm直径）的性能和细wire（0.5mm）差很多：厚棒散热慢，温度变化大，导致应力-应变曲线更“圆润”，能量耗散也不同。但目前大部分研究用的是细wire，大尺寸样品的数据很少——这也是未来需要解决的“卡脖子”问题。

结论：记忆金属不是“永动机”，但能更耐用
这篇研究让我们更懂NiTi合金在反复受力下的行为，对设计更耐用的减震器、桥梁部件很有帮助。

来源: 农业科学与工程前沿