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域應用最廣的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、工程技術等領域被廣泛應用。
　　對于二元系TiNi合金來講[1]，除了一些關于TiNi合金的爭論，比如B19相的結構還沒有在實驗上被確定下來，其各個晶相的結構在實驗和理論上都已經(jīng)被人們研究清楚。研究表明[2，3]，TiNi合金高溫B2相是立方結構（空間群Pm3m），低溫時B19'相是單斜結構（空

2、間群P21/m），中間亞穩(wěn)相B19相是正交結構（空間群Pmcm）。二元TiNi合金的相變溫度、晶體結構、相變過程都會受到添加的第三種合金化元素影響[4]。實驗表明，隨著Cu添加量的增加，B19相會慢慢的出現(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理等，一直以來沒有這方面的相關報道。本文基于第一性原理，對TiNi和Ti50Ni25Cu25合金各個相的結構及其穩(wěn)定性以及他們的相變過程進行了詳細計算和分析。通過聲子譜的計算，我們發(fā)現(xiàn)對于TiNi合金，B2相到B19相相變過程中，高對稱點M點(0.5，0.5，0)的虛頻引起了結構不穩(wěn)定性，在溫度降低過程后，體系發(fā)生相變。通過聲子譜虛頻對應的本征矢，我們找到了最大虛頻處所對應原子的振動方向。B19和

4、B19'的聲子譜計算結果表明，它們在整個布里淵區(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。對于TiNi合金，通過對比各個相結構，計算聲子譜等方式，我們計算了B2-B19，B19-B19'的相變路徑能量變化，最后發(fā)現(xiàn)B2相和B19相之間沒有能量勢壘，而B19和B19'相之間需要跨過一個1.6meV的相變勢壘;對于Ti50Ni25Cu25，通過結構對比和前人結論，我們用類似研究TiNi合金相變路徑的方法來研究Ti50Ni25Cu25