日本JAXA提出钛镍记忆合金成形后合金化新工艺

日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）宇宙科学研究所助理研究员松宫久主导的“大型一体化结构钛镍形状记忆合金实现相关研究”，正式入选天田财团2025年度“鼓励研究资助（年轻研究者）”塑性加工领域。该项目提出一种突破传统冶金流程的成形后合金化工艺路线，直指航天大型展开构件在极端环境下轻量化与高可靠性的核心诉求。

在深空探测与近地轨道部署场景中，火箭整流罩、卫星太阳能帆板及天线阵列等巨型结构需在发射后精准展开。传统机械方案依赖大量弹簧、销轴与微型电机，不仅增加死重，还易因微流星体撞击或热循环导致卡滞失效。钛镍（Ti-Ni）形状记忆合金凭借独特的热致相变特性，可在受热后自动恢复预设形态，有望将数十个独立传动件整合为单一柔性结构。然而，市售钛镍合金多以线材或薄带形式流通，其马氏体相变伴随的剧烈加工硬化效应，使得大截面坯料的自由锻或模锻极易产生微裂纹；若转向激光选区熔化等增材制造路线，高纯度球形粉末采购成本居高不下，且熔池保护气体中的微量氧氮会严重劣化合金的超弹性与阻尼性能，工程化经济性存疑。

针对上述瓶颈，研究团队另辟蹊径。学术界早已证实，将纯钛板与纯镍板交替叠放后进行轧制复合，再辅以阶梯式固溶时效处理，即可在宏观上获得具备形状记忆效应的单一奥氏体组织。松宫久团队的核心创见在于重构工序顺序：放弃对已合金化材料的直接塑性加工，转而利用未反应的双金属轧制材优异的室温延展性，先在常规压力机上完成复杂三维轮廓的粗成型，随后将预制件送入可控气氛炉进行高温扩散退火。该策略巧妙规避了难变形合金的成形阻力，理论上能以接近普通冷轧板的加工效率，批量制备大型一体化驱动构件。

此次获资的研究重点并非概念验证，而是建立支撑工业化放大的工艺数据库。课题组将围绕钛/镍（Ti/Ni）积层轧制材的微观演变规律开展定量分析，重点测定不同轧制道次压下率、中间退火温度及层片厚度比对界面结合强度、屈服平台应力及拉伸延伸率的耦合影响。实验数据将用于校准晶体塑性有限元模型，进而推导出覆盖冷作硬化软化机制与固态扩散动力学的设计计算手册。Zui终交付物将明确包含模具圆角半径推荐值、回弹补偿系数表以及防止界面脆性金属间化合物过度生长的温控窗口，为后续产线调试提供可直接调用的参数集。同时，团队将引入数字图像相关法实时捕捉变形过程中的局部应变集中现象，确保理论预测与实际构件服役状态高度吻合。

对中国航空航天配套企业、特种金属加工企业及高端装备制造商而言，该工艺路线的工程化前景将重塑部分细分市场的供需格局。若该技术通过地面模拟试验并进入型号研制阶段，国内高精度双金属热轧/冷轧机组、真空连续退火线及原位声发射监测系统将迎来明确的增量需求。采购与技术选型环节需重点考察轧制设备的张力自动控制精度、层间清洁度管控能力，以及热处理炉温场均匀性对相变同步性的影响。国内钛基材料供应商可借此契机调整产品矩阵，开发专为界面扩散预留化学梯度的复合板材，切入空间机构柔性铰链、展开锁紧装置及热控百叶窗执行器的二级供应链。此外，第三方检测机构需提前完善针对非均质复合材料的超声波C扫描与金相切片验收规范，以应对未来批量交货时的质量一致性挑战。

该工艺从实验室构想迈向产线应用，仍需在界面剪切强度达标与万次热循环疲劳寿命之间寻找平衡点。中国企业在跟踪此类前沿材料成型技术时，建议优先搭建多物理场耦合仿真平台，并储备针对钛镍系合金的超声无损检测标准，以便在下一代空间机构核心传动部件的国产化迭代中，提前锁定工艺包授权与联合开发通道。对于外贸渠道商而言，关注日本本土轧机厂商是否推出适配该工艺的专用导卫装置与在线测厚仪，将是把握早期设备出口订单的关键切入点。