具有双程形状记忆效应的NiTi合金由于无需外力介入即可在高温形状和低温形状之间往复变形而被提出用于制造人工肛门括约肌以期治疗大便失禁问题。根据人体生理环境,人工肛门括约肌用NiTi双程形状记忆合金需在窄温区间（35–55°C）内获得足够的形状应变和形状记忆回复率以实现肠道的张开和闭合,以及具有良好的功能稳定性和抗疲劳能力,以满足在人体内长期可靠的使用要求。本论文利用先进制备技术及优化热处理“训练”工艺获得最适合人工肛门括约肌应用的NiTi双程形状记忆合金,并研究合金的功能疲劳行为以评价其长期使用时的功能稳定性;研究工作还采用先进的显微分析手段揭示了合金的显微组织结构与性能之间的关系和相关作用机理。采用基于真空吸铸法的快速凝固技术成功制备了条状Ni₅₁Ti₄₉合金,该合金具有沿厚度方向的细小柱状晶（径向直径约3.9μm）和强烈的<001>_B2丝织构,并兼具高固溶度和低偏析的特点。与熔铸Ni₅₁Ti₄₉合金相比较,细小的晶粒尺寸和高固溶度提高了析出相Ni₄Ti₃的形核率并限制了其尺寸生长,而<001>_B2织构的存在则提高了Ni₄Ti₃相取向的一致性,从而在时效时析出大量尺寸细小（约306.7 nm）、分布弥散（间距约166.5nm）且取向高度一致的共格Ni₄Ti₃相。这些细小且弥散分布的Ni₄Ti₃相不但提升了共格应力场大小,其取向一致性还显著增加了共格应力场在约束应力方向的分量,表现为合金双程形状记忆回复率的升高。此外,合金均匀的化学成分以及大量晶界、相界的存在促进了各局部区域相变的同步性从而缩小了相变温度区间,证明了快速凝固技术在提升NiTi合金双程形状记忆效应方面的优越性。选取约束时效“训练”工艺对快速凝固制备的Ni₅₁Ti₄₉合金进行处理以获取双程形状记忆效应,并通过调节时效参数研究了时效温度、时间和应力三者的耦合作用对合金相变行为和形状记忆效应的影响规律和机理。研究表明,随时效温度升高和时间延长,合金的相变路径由一步B2?R相变向两步B2?R?B19’相变转化,同时R相变温度及合金的双程形状记忆回复率均呈现先升高后降低的变化趋势,其中经400°C/100 h约束时效Ni₅₁Ti₄₉合金的R相变和R逆相变温度均处于35–55°C范围内且其双程形状记忆回复率高达92.9%,满足形状记忆人工肛门括约肌的使用要求。这是因为在此条件下时效的Ni₅₁Ti₄₉合金中析出相Ni₄Ti₃为纳米尺寸（约131.4 nm）且呈弥散分布（间距约57.9 nm）,从而使得共格应力场趋于最大化。研究工作还首次发现了一种由低温时效（约<350°C）诱发的反常双程形状记忆效应,即合金在降温时的变形方向与约束方向相同的现象。通过改变低温时效参数发现,反常双程形状记忆效应随时效温度升高和时间延长而衰退并逐渐转换为正常双程形状记忆效应。由R相的存在以及R相变温度随时效温度和时间而升高的规律可以推断,反常双程形状记忆效应是由残余应力代替共格应力驱动合金变形所致,而由反常向正常双程形状记忆效应的转变则是Ni₄Ti₃相析出并长大从而导致共格应力场增加的结果。本研究最后运用自主研制的功能疲劳测试系统首次评价了人工肛门括约肌用NiTi双程形状记忆合金在高达30000次的热循环和热-力循环中的功能稳定性。结果表明,快速凝固及优化约束时效制备的Ni₅₁Ti₄₉合金具有良好的相变行为和形状记忆效应稳定性。热循环中,合金的R相变和R逆相变温度波动分别为1.7°C和2.4°C,同时其位移最大衰减量仅有2.3%;而在热-力循环中,R相变和R逆相变温度的最大波动仅为1.2°C,但位移衰减量略高（6.7%）。这种良好的循环稳定性是由循环温度范围、相变类型和合金组织特点三者共同决定的。30–90°C的热循环条件和25–80°C的热-力循环条件尚无法激发已稳定化的Ni₄Ti₃相的进一步生长及脱共格,确保了Ni₄Ti₃相的尺寸稳定性及取向稳定性,也就是共格应力场基本不变;而R相变伴随的小晶格畸变又避免了因往复相变所导致的位错生成和增殖;另外,快速凝固及约束时效合金中的细晶粒和纳米尺度且弥散分布的Ni₄Ti₃相对基体的强化作用进一步阻碍了位错的生成和增殖。然而,虽然Ni₅₁Ti₄₉合金在热循环过程中的相变温度和形变量始终满足人工肛门括约肌的使用温度和工作距离要求,但在热-力循环中表现出输出功不足的缺点,仍需进一步评估。