Ti-Ni和Nb(Ta)-Ru及Ni-Mn-Ga記憶合金的合金化機(jī)制研究.pdf

1、本文采用基于密度泛函理論的第一原理平面波贗勢法，研究了合金元素對Ti-Ni、Nb-Ru、Ta-Ru和Ni-Mn-Ga形狀記憶合金的總能量、電子結(jié)構(gòu)及彈性性質(zhì)的影響規(guī)律，闡明了合金元素對馬氏體相變和磁相變作用機(jī)理；研究了Ni-Mn-Ga合金的光學(xué)性質(zhì)，揭示了相結(jié)構(gòu)對光學(xué)性質(zhì)的影響規(guī)律及物理本質(zhì)。
　　研究發(fā)現(xiàn)，添加Pt、Pd對Ti-Ni合金的彈性常數(shù)有顯著影響，隨著Pt和Pd含量增加，Ti-Ni-Pt和Ti-Ni-Pd的各向異性因子

2、A增大，馬氏體相變類型由B2→B19′變?yōu)锽2→B19。Pt和Pd含量增加，C'減小，從而導(dǎo)致馬氏體相變溫度升高，C'減小的微觀機(jī)制是較弱的Tid-Ptd、Tid-Pdd雜化取代了Tid-Nid雜化。添加Hf對Ti-Ni合金的A影響較小，Ti-Ni-Hf的馬氏體相變類型仍為B2→B19′。隨Hf含量增加C44減小，導(dǎo)致Ti-Ni-Hf合金的馬氏體相變溫度升高。Cu和Fe的加入對Ti-Ni合金的彈性常數(shù)也有顯著影響。隨Cu含量增加，Ti-

3、Ni-Cu的A和C44增大，A的增大使馬氏體相變類型由B2→B19′變?yōu)锽2→B19，C44的增大導(dǎo)致B19→B19′轉(zhuǎn)變溫度降低。Ti-Ni-Fe的A較小，因此Ti-Ni-Fe發(fā)生的是B2→B19′相變。Fe的加入使C44增大，導(dǎo)致Ti-Ni-Fe的馬氏體相變溫度低于TiNi。
　　研究確定了Nb-Ru和Ta-Ru合金β′相的晶體結(jié)構(gòu)，其空間群為P4/mmm，原子位置為Nb(Ta)(0,0,0),Ru(0.5,0.5,0.5)。

4、Nb-Ru和Ta-Ru合金母相先由立方晶格轉(zhuǎn)化為c/a小于1的四方晶格，再進(jìn)一步轉(zhuǎn)變成為c/a大于1的β′相。Nb-Ru和Ta-Ru合金的β→β′馬氏體相變由C'在馬氏體相變溫度附近軟化引發(fā)。Ru與Nb、Ru與Ta之間的d-d雜化決定Nb-Ru和Ta-Ru合金相穩(wěn)定性。Fe在Nb-Ru和Ta-Ru合金中傾向于占Ru位。Fe的加入使Nb-Ru和Ta-Ru母相穩(wěn)定性提高，馬氏體相變溫度降低，其原因在于Fe與Nb(Ta)之間的d-d雜化強(qiáng)于R

5、u與Nb(Ta)之間的d-d雜化。隨Ru含量降低，Nb-Ru和Ta-Ru合金母相穩(wěn)定性提高，馬氏體相變溫度降低。
　　研究表明，Ni-Mn-Ga-Co母相順磁態(tài)與鐵磁態(tài)的總能量差對其居里溫度有重要影響，隨著Co取代Ni含量的增加，母相順磁態(tài)與鐵磁態(tài)的總能量差增大，導(dǎo)致居里溫度升高。Co-Mn交換作用比Ni-Mn的強(qiáng)是居里溫度升高的主要原因。Co3d-Mn3d雜化比Ni3d-Mn3d雜化更強(qiáng)。隨Co含量增加，更多的Co3d-Mn3d

6、雜化取代了Ni3d-Mn3d雜化，使母相穩(wěn)定性提高，馬氏體相變溫度降低。Co的加入對Ni-Mn-Ga-Co母相的自旋向上能態(tài)密度幾乎沒有影響，但明顯改變自旋向下能態(tài)密度。Cu取代Ga使Ni-Mn-Ga-Cu馬氏體相順磁態(tài)與鐵磁態(tài)總能量差減小，母相與馬氏體相總能量差增大，導(dǎo)致居里溫度降低、馬氏體相變溫度升高。Fe取代Mn提高Ni-Mn-Ga母相穩(wěn)定性，從而導(dǎo)致馬氏體相變溫度的降低，但當(dāng)Fe含量高于18.75at.％時，由于相的出現(xiàn)使母相穩(wěn)