3D打印NiTi合金突破性能瓶颈，百万次循环 + 超高比温变助力绿色制冷

来源：金属材料硕博网
      针对传统 NiTi 弹热制冷体制备工艺复杂、几何受限，以及现有 3D 打印 NiTi 合金循环寿命与比温变难以兼顾的核心瓶颈，本研究通过开发缺陷最小化的双峰微观结构设计策略，成功制备出高性能 3D 打印 NiTi 合金。该合金实现了创纪录的 300 万次无失效循环，比温变较现有 3D 打印基准提升 11 倍，并成功集成到宏观制冷原型中，达到 20℃温度跨度。

背景介绍
        随着全球变暖加剧，空间制冷需求持续增长，但传统蒸汽压缩制冷依赖含氟温室气体，加剧了气候变化。基于 NiTi 合金的弹热制冷作为零排放的固态制冷技术，展现出巨大应用潜力。然而，高性能 NiTi 制冷剂的传统制备需要复杂的热机械加工，不仅成本高、材料浪费严重，还极大限制了制冷剂的几何设计。3D 打印虽能解决这些问题，但此前报道的 3D 打印 NiTi 合金要么循环寿命不足千次，要么寿命达标但比温变极低，无法满足实用要求。
本文亮点
       首次打破 3D 打印 NiTi 合金循环寿命与比温变的固有权衡，实现 300 万次无失效循环，最大比温变达 33.6℃・GPa⁻¹，较此前最先进的 3D 打印 NiTi 合金提升 11 倍。提出了缺陷调控与双峰微观结构协同设计的新方法，通过优化激光粉末床熔融工艺实现 0.02% 超低缺陷密度，结合单步退火构建微米晶粒与细化晶粒簇共存的双峰结构，同时抑制裂纹扩展与位错滑移。完成了 3D 打印 NiTi 制冷剂的一体化制造与原型验证，制备的 5 单元制冷原型在室温下实现 20℃温度跨度和 50W 制冷功率，验证了 3D 打印弹热制冷系统的实用可行性。