TiNi和Ti50Ni25Cu25形狀記憶合金馬氏體相變的第一性原理研究.pdf

1、近些年，作為形狀記憶合金領(lǐng)域應(yīng)用最廣的TiNi基形狀記憶合金，具有一些優(yōu)良特性，比如超彈性、良好的生物相容性等，使得這種材料在醫(yī)療、智能、工程技術(shù)等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。
　　對(duì)于二元系TiNi合金來講[1]，除了一些關(guān)于TiNi合金的爭(zhēng)論，比如B19相的結(jié)構(gòu)還沒有在實(shí)驗(yàn)上被確定下來，其各個(gè)晶相的結(jié)構(gòu)在實(shí)驗(yàn)和理論上都已經(jīng)被人們研究清楚。研究表明[2，3]，TiNi合金高溫B2相是立方結(jié)構(gòu)（空間群Pm3m），低溫時(shí)B19'相是單斜結(jié)構(gòu)（空

2、間群P21/m），中間亞穩(wěn)相B19相是正交結(jié)構(gòu)（空間群Pmcm）。二元TiNi合金的相變溫度、晶體結(jié)構(gòu)、相變過程都會(huì)受到添加的第三種合金化元素影響[4]。實(shí)驗(yàn)表明，隨著Cu添加量的增加，B19相會(huì)慢慢的出現(xiàn)，TiNi合金的馬氏體相變過程發(fā)生從B2-B19'改變?yōu)锽2-B19-B19'的相變過程;最終當(dāng)Cu的含量超過25％之后，B19'相不再出現(xiàn)，也就是從B2相直接相變到B19相。
　　然而，對(duì)于Cu摻雜到TiNi合金之后，相變過程

3、發(fā)生變化的原因以及中間的相變路徑和相變機(jī)理等，一直以來沒有這方面的相關(guān)報(bào)道。本文基于第一性原理，對(duì)TiNi和Ti50Ni25Cu25合金各個(gè)相的結(jié)構(gòu)及其穩(wěn)定性以及他們的相變過程進(jìn)行了詳細(xì)計(jì)算和分析。通過聲子譜的計(jì)算，我們發(fā)現(xiàn)對(duì)于TiNi合金，B2相到B19相相變過程中，高對(duì)稱點(diǎn)M點(diǎn)(0.5，0.5，0)的虛頻引起了結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定性，在溫度降低過程后，體系發(fā)生相變。通過聲子譜虛頻對(duì)應(yīng)的本征矢，我們找到了最大虛頻處所對(duì)應(yīng)原子的振動(dòng)方向。B19和

4、B19'的聲子譜計(jì)算結(jié)果表明，它們?cè)谡麄€(gè)布里淵區(qū)內(nèi)，都沒有虛頻，這說明了它們至少在局域上是穩(wěn)定的。對(duì)于TiNi合金，通過對(duì)比各個(gè)相結(jié)構(gòu)，計(jì)算聲子譜等方式，我們計(jì)算了B2-B19，B19-B19'的相變路徑能量變化，最后發(fā)現(xiàn)B2相和B19相之間沒有能量勢(shì)壘，而B19和B19'相之間需要跨過一個(gè)1.6meV的相變勢(shì)壘;對(duì)于Ti50Ni25Cu25，通過結(jié)構(gòu)對(duì)比和前人結(jié)論，我們用類似研究TiNi合金相變路徑的方法來研究Ti50Ni25Cu25