Ti-Ni基形状记忆合金因其特异的性能,例如形状记忆效应、超弹性和弹热效应等,具有广泛应用前景。然而,抗疲劳性能不佳是限制其应用的最大问题之一。本文通过冷加工、热处理工艺优化与合金化手段,调控了合金的组织结构和马氏体相变行为,从而显著提高了合金的抗疲劳性能。并从实际应用需求出发,研究了纳米晶Ti-Ni基合金丝材和纳米超细晶Ti-Ni基合金板材的弹热效应。主要结论如下:1.通过优化冷轧与热处理工艺,制备了含Ti3Ni4析出相的晶粒尺寸～40 nm的Ti-50.8Ni（at%）合金,有效提高了基体强度,抑制了塑性变形,从而显著地改善了合金的抗疲劳性能。在630 MPa拉伸应力下,其最大可回复应变为5.5%,最大温度变化为26.4 K,经过100次循环后只衰减了3 K。2.通过合金化,并优化冷轧与热处理工艺,制备了晶粒尺寸～40 nm的Ti-44Ni-5Cu-1Al（at%）合金,其B2-B19-B19’马氏体相变呈现出弥散型特征。在拉伸状态下,合金具有较低的相变临界应力（260 MPa）和较低的应力滞后（150MPa）。从600 MPa快速卸载到0 MPa时,样品温度变化幅度达25.3 K,且样品表面温度变化分布均匀。同时,该处理进一步提高了合金的抗疲劳性能:在500 MPa的拉伸应力作用下,合金具有4.9%的可回复应变和17.4 K温度变化,经过5000次循环后几乎不发生衰减。3.通过冷拔与热处理,制备了晶粒尺寸～40 nm、直径～200μm的Ti-44Ni-5Cu-1Al（at%）合金丝材。丝材的最大可回复应变和温度变化幅度分别为5.4%和14.1 K。但由于母相和马氏体相之间良好的晶格匹配度和较小的应力滞后,丝材呈现出良好的抗疲劳性能,经过600次循环后几乎不发生衰减。由于较大的比表面积,丝材与空气热交换所需时间为1.9 s,仅为板材的1/4。4.通过大变形量的冷轧（70%）,制备了晶粒尺寸～5-16 nm的Ti-44Ni-5Cu-1Al（at%）合金。该合金在应力场作用下发生了微弱的马氏体相变,变形过程表现为准线性的超弹性:最大可回复应变达到3.4%,并伴随1.6 MJ/m~3的极小能量损耗。样品的温度变化为5.4 K,经过100次循环不发生衰减,有效工作温度窗口超过200 K。由于小能量损耗和宽的有效工作温度窗口,其弹热效应的性能系数（Coefficient of performance,COP）和制冷能力（Cooling capacity,RC）分别达到～13和～1.4 kJ/kg,优于传统粗晶Ti-Ni合金（～5.3和～1.5 kJ/kg）。本研究显著地提高了Ti-Ni基记忆合金抗疲劳性能和热交换速率、扩展了其有效工作温度窗口。初步地解决了Ti-Ni基合金作为固态制冷材料的难点问题。为进一步提高该类合金性能以满足实际应用需求,提供了一定的思路和研究方法。