磁性形状记忆合金Ni2MnGa第一性原理研究
Ni_2AlMn惠斯勒型形状记忆合金的磁转变
Ni_2AlMn惠斯勒型形状记忆合金的磁转变郭世海;张羊换;赵增祺【期刊名称】《国外金属热处理》【年(卷),期】2001(22)3【摘要】根据最新的研究报道,在铁磁性NiGaMn形状记忆(SM)合金发生马氏体相变时,由磁场诱发的孪晶(或变体)界的移动会影响合金的磁性能和形状变化[1,2].具有L21结构的NiGaMn SM合金(Ni2GaMn:Heusler)很有潜力成为一种新型的机敏材料,它的SM性能不仅可以通过温度和应力来控制,而且可以通过磁场来控制[2].同样的效应也可能在相近的Ni-Al-Mn系合金中出现,并且它也具有热弹性马氏体相变,虽然有文献报道了这一合金系的马氏体相变[3],但是没有和马氏体相变有关的磁性能方面的报道[4].最近,F·Gejma等发现,接近化学计量成分的Ni2AlMn合金在低温时效后会出现L21,铁磁相,是B2到2M的马氏体相变[5].这说明,NiAlMn惠斯勒(Heusler)型合金也具有和NiGaMn合金相似的特殊的磁性能和SM性能.本文介绍有关Ni2AlMnHeusler型合金磁性能的研究结果.【总页数】2页(P12-13)【关键词】形状记忆合金;磁转变;马氏体;有序化【作者】郭世海;张羊换;赵增祺【作者单位】包头钢铁学院材料系【正文语种】中文【中图分类】TG139.6【相关文献】1.Ni-Ga-Fe-Co铁磁形状记忆合金的磁性转变和马氏体相变 [J], 今野阳介2.Ni2AlMn惠斯勒型形状记忆合金的磁转变 [J], 郭世海;张羊换;赵增祺3.哈斯勒合金Ni-Mn-Ga的马氏体相变和磁增强双向形状记忆效应 [J], 柳祝红;胡凤霞;王文洪;陈京兰;吴光恒;高书侠;敖玲4.磁控形状记忆合金蠕动型直线电机研究 [J], 王凤翔;张庆新;吴新杰;李文君;井路生5.γ相对磁形状记忆合金Co-Ni-Ga马氏体相变和形状记忆效应的影响 [J], 霍颜秋;龙秀慧;谢华;李建国因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
磁性形状记忆合金Ni2MnGa第一性原理研究
0.322(Ni) 3.359(Mn) -0.074(Ga)
其他理论计算值 实验值
0.581(FLAPWGGA)
0.5822
0.5773(GGA)
0.5683(LSDA)
4.09(FLAPW-
4.17
GGA)
4.22(GGA)
3.92(LSDA)
0.37(Ni)
0.24(Ni)
3.36(Mn)(FLAPW 2.74(Mn)
（3） 态密度 图5 Ni2MnGa在奥氏体态下的总态密度和各原子相
应的态密度
结论：
(1)总态密度的低能部分（-10.36至-5.12ev）主要由 Ga的s和p态决定，而高能部分的态密度（-5.12至 4.83ev）主要由Ni和Mn的d态决定。
(2)总态密度的自旋向下部分以费米能级（这里为0ev） 为界有两个峰值。高能部分的峰值主要来源于Mn 的d态，低能部分的峰值主要来源于Ni的d态。
（2.2）
式中 M
i
是位置在
Ri
处的原子核的质 量，Z
i
，Z j
是原子
核所带电荷，m e 是电子的质量，ri ，rj 是电子所处的位置。
哈密顿量的第一项是原子核的动能项，第二项是电子
的动能项，后面三项分别是电子和原子核，电子和电
子，以及原子核与原子核之间的相互作用。
2.2多体问题的计算方法
2.2.1 非相对论近似 认为电子质量等于其静止质量，并认为光
谢谢大家！
即 H T V V ext
两类粒子组成的多粒子体系问题
多电子
体系问题
2.2.3 单电子近似
采用玻恩一奥本海默绝热近似后，相应的 薛定谔方程仍然是一个多体薛定谔方程， 所以需要进一步对它进行简化，以便得到 单电子的薛定谔方程。
磁性形状记忆合金
二、文献综述1.磁性形状记忆合金磁性形状记忆合金是既受温度控制的热弹性记忆效应，同时也具有受磁场控制的磁性形状记忆效应。
磁性形状记忆合金具有很多优良的性能，如：高响应频率、大输出应力，磁致伸缩应变大等1，所以是一种理想的驱动和传感材料。
3. Heusler合金及其结构Heusler合金是在研究MSMA中研究最多的一种合金，也是现在备受关注的一类功能材料，具有独特的磁性、半金属性、磁性形状记忆效应，有着广泛的应用前景。
Heusler合金是1903年，德国人F.Heusler第一次报道两种金属间化合物的磁性，这两种化合物是Cu2MnAl 和Cu2MnSn。
随后，英国人P. Webster 发表了一篇关于高有序度合金(Heusler 合金)的文章10Heusler合金是一种金属间化合物，通常具有L21性结构，化学分子式为X2YZ，Z则是周期表右边B类IV族，及其两边的III 族和V族的元素。
X、Y 可以是元素周期表中钪、钛、矾、铬、锰、铁、钴、镍、铜等3d 元素以及排列在它们所在列中下面的扩展的过渡族元素，共有约30个。
Heusler 合金可以看成由四个面心立方结构的亚晶格沿对角线四分之一相互交叉而成。
X 和Y原子占据（A，C）以及B位，Z原子占据D位。
其中ABCD的坐标分别为A (0, 0, 0), B ( 1/4,1/41/4 , ), C ( 1/2,1/2 1/2, ) 和D (3/4 3/4,3/4 , )图1.Heusler 合金晶体结构示意图1.2 Heusler合金的结构和开发潜力Heusler型合金是一种高度有序的金属间化合物，具有立方L21结构，空间群为Fm3m，一般化学分子式为X2YZ。
所谓高度有序的结构，是指多种原子（本工作是三种或四种）按照一定的晶格点阵，各自占据自己的特有位置所形成的高化学有序结构。
在冶金学上，Heusler合金属于β相合金，严格的结构特点如图1.1(a)所示。
Ni-Mn-Ga磁控形状记忆合金中的马氏体相变
Ni-Mn-Ga磁控形状记忆合金中的马氏体相变陈小丽;卢斌;武国剑【摘要】文章采用电弧熔炼法熔炼Ni48Mn31Ga21和Ni2MnGa两种合金,并对这两种合金进行了热处理,借助交流磁化率测定、金相显微镜观察、X射线以及磁化曲线等手段研究了Ni-Mn-Ga磁控形状记忆合金中的马氏体相变.结果表明:(1)Ni48Mn31Ga21合金在室温下发生了马氏体转变,而Ni2MnGa合金在室温下则未发生马氏体转变;(2)室温下Ni2MnGa合金的饱和磁化强度比Ni48Mn31Ga21合金高;对于Ni48Mn31Ga21合金,其马氏体态的饱和磁化强度要高于奥氏体态.【期刊名称】《湖南有色金属》【年(卷),期】2008(024)002【总页数】3页(P50-52)【关键词】马氏体相变;X射线衍射;饱和磁化强度【作者】陈小丽;卢斌;武国剑【作者单位】合肥工业大学,安徽,合肥,230009;中南大学,湖南,长沙,410083;合肥工业大学,安徽,合肥,230009【正文语种】中文【中图分类】TG115自1960年美国海军试验室 Buchler等人首次发现 NiTi合金中的形状记忆效应以来，形状记忆合金引起世界各国学者的广泛兴趣。
目前在基础研究和应用开发研究方面，取得了巨大的进展，并已在航空、航天、医学、工程及人们的日常生活领域中取得了广泛的应用［1～4］，近年来，以 Ni2MnGa为代表的Heusler型磁性形状记忆合金引起人们的关注，这种合金既具有象热弹性马氏体那样的形状记忆效应；又可在马氏体状态下，由磁场诱发应变产生形状记忆效应，且响应频率接近磁致伸缩材料，这种兼备形状记忆效应与超磁致伸缩现象的合金，弥补了传统记忆合金响应频率慢，应变量小的不足，是一种理想的智能驱动材料。
但是对于正分配比的 Ni2MnGa合金，其马氏体相变发生在 200 K左右，这对其应用有了很大的限制，实验中发现，适当改变合金中各元素的化学计量，会使该合金材料的马氏体转变温度、居里温度发生变化，以满足应用需要。
磁驱动形状记忆合金NiMnInCo马氏体转变与磁性能的研究
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1
磁驱动形状记忆合金 NiMnIn（Co）马氏体转变与磁性能的研究
§1.2
磁控形状记忆合金 NiMnGa 合金的发展概况
Ni-Mn-Ga 合金是最早发现的磁控形状记忆合金，对它的研究也最为深入和最具代表性，并且已实 现初步应用。在这里简单介绍一下 Ni2MnGa 合金的晶体结构、马氏体相变、影响合金主要物理参数的因 素等等。 1.2.1 Heusler 合金简介 Heusler 合金是 19 世纪初发现的，是一种高度有序的三元金属间化合物。金属间化合物是由金属 原子相互结合形成的化合物， 称其为化合物是由于金属原子之间键合具有部分共价键的性质， 使得原子 之间相互结合十分牢固，这一特点使其具有高熔点、高硬度、高耐磨性等优异性能，但也产生了脆性。 Heusler 合金一般为立方结构，空间群 Fm3m[23]，一般化学式为 X2YZ。Heusler 合金近 200 种，一直作为 金属间化合物中典型的材料来研究元素的磁性，在以往的研究中设计磁控 Heusler 合金时，X 多为 IB 族的 Cu、Ag、Au；VIII 族的 Pd、Pt、Rh、Ir 等贵金属元素；Y 为过渡族金属如 Mn、Fe、Nb、Ta、Ti、 Zr、Hf，其中尤以 Y 为 Mn 系研究的最多；而 Z 则常为 IIIA 族的 Al、Ga、In，IVA 族的 Si、Ge、Sn、 Pb 以及 VA 族的 Sb 等所谓的 S-P 元素。 Heusler 合金与许多典型合金的结构相关联， 若逐渐降低其有序 性， 即为 CsCl 性体心立方结构， 若 X 元素的一半为空位替代， 则成为 MgAgAs 性结构的半 Heusler 合金， 有着类似的物理特性， 且与立方 Laves 有着相应联系。 这种结构的变通性和构成元素 X、 Y、 Z 的多样性， 演化出该材料十分丰富的物理性质，如磁性、超导、巨磁阻、磁光效应、磁感生应变和形状记忆效应等， 这些都是目前国际上引人注目和正在积极开发的应用功能。 1.2.2 Ni2MnGa 合金的晶体结构及微结构 Ni2MnGa 属于 Heusler 型合金,是一种有序度很高的三元金属间化合物,母相奥氏体为高度有序的 L21 体心立方结构[24-26],是典型的 Oh (Fm3m)型空间点阵结构,如图 1 所示。由图 1 可以看出,L21 结构是
Heusler合金Mn_2NiAl的电子结构、磁性质及四方变形的第一性原理
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Ni-Mn-Ga单晶磁学和力学性能的实验研究.
安徽大学硕士学位论文Ni-Mn-Ga单晶磁学和力学性能的实验研究姓名：吕兆承申请学位级别：硕士专业：材料学指导教师：李广2010-05摘要摘 要Ni-Mn-Ga合金是继传统形状记忆材料和磁致伸缩材料之后开发出来的一类新型功能材料——铁磁形状记忆材料，其显著特征是它的马氏体孪晶变体可以由外加磁场驱动重新排列或退孪晶化而显示出磁致应变；它不仅具有传统形状记忆合金的温控形状记忆效应和大输出应变，还兼有铁磁性、大磁致应变以及高响应频率等特点，具有潜在的应用价值。
本文采用金相组织观察、差热扫描分析、磁致应变测量等手段，观察了马氏体相变以及逆相变的过程，探讨了不同的热磁预处理工艺对Ni-Mn-Ga单晶马氏体相变温度、磁学和力学性能的影响，分析了静态横向磁场取向对热磁处理后Ni-Mn-Ga单晶磁学和力学性能的影响。
实验结果表明：(1) Ni-Mn-Ga单晶在加热冷却过程中呈现出典型的热弹性马氏体相变特征，热滞后很小，只有几度。
外加磁场可以明显增强马氏体相变所产生的应变。
另外，磁场对Ni-Mn-Ga单晶马氏体相变温度有一定影响，将单晶试样加热到居里温度和马氏体相变温度之间，在试样未发生奥氏体－马氏体相变前施加磁场并冷却至室温，可以提高试样的马氏体相变开始温度。
而将试样加热到居里温度之上，施加相同的磁场从高于居里温度冷却至室温，对试样的马氏体相变温度影响不大。
(2) 热磁预处理对Ni-Mn-Ga单晶磁学和力学性能有着显著影响。
单晶试样在磁场作用下从高于居里温度冷却至室温，在此基础上测量获得的正向应变、可逆应变和磁化强度的变化（磁化强度在应力诱发马氏体退孪晶化期间的变化）比在经历顺磁－铁磁相变后但未发生马氏体相变前施加磁场的试样的相应值要小很多。
这是由于在磁场作用下从高于居里温度冷却至室温过程中，试样中的磁畴在磁场作用下获得择优生长，导致形成择优取向的超大磁畴和强磁晶各向异性。
这种强磁各向异性在随后马氏体相变期间影响马氏体畴的排列方式，这种排列方式不同于在奥氏体－马氏体相变时施加磁场诱导出的准单畴马氏体，从而使得该试样中的正向应变、可逆应变和磁化强度的变化都比较小。
相场方法模拟研究的奔跑者
相场方法模拟研究的奔跑者作者：暂无来源：《科学中国人》 2015年第9期本刊记者刘贺相场方法起源于朗道的相变理论，是一种基于体系自由能计算的动力学方法，上个世纪中期曾被用于固体中扩散，Spinodal分解等过程的计算。
80年代初，Khachaturyan发展了微弹性理论，使相场方法可用于涉及弹性变形的实际体系中。
通过陈龙庆等人在90年代早期的计算机模拟工作，人们逐渐认识到了它在工程模拟方面的优势。
它可以模拟相变过程，对模拟非均匀体系中畴或微观组织的形成和演化过程以及材料在非均匀体系中的物理性质十分有效。
近年来，相场方法在材料计算模拟方面正越来越受到重视，有望发展成可用于材料和器件工程设计的计算机模拟手段。
10多年来，北京科技大学物理系马星桥教授在相场模拟领域不断进取，主持和参与了多项国家级项目，并取得了丰硕成果。
他长期工作在物理教学的第一线，并曾主管物理系的教学工作，使物理课的教学改革和课程体系建设获得显著进步。
2011年，马星桥开始担任北京科技大学物理系系主任，他积极投入到物理系的学科建设、教学改革和国家工科物理教学基地建设中。
以物理系教师为主，申报“北京市弱磁检测与应用工程中心”获得批准，组织承办了“2012多次度材料模拟计算国际研讨会”，与中国科学院半导体所合作，成立了“黄昆班”，联合培养半导体领域的高端人才，使物理系有了新的发展。
面向未来，马星桥教授希望在相场方法模拟，特别是磁电介质相场计算领域有着更大的突破。
同时，在教育教学及学科建设方面继续做出成就。
为国家培养出更多的优秀人才。
漫漫求索路1977年的冬天，中断了十年的中国高考制度终于得以恢复，成千上万的人重拾求学之梦。
虽是严寒冬季，可在这些人心里，已燃起熊熊大火。
马星桥就是其中的一员，他如愿考上了北京钢铁学院（现北京科技大学）物理专业。
从此，开启了物理探索之旅。
经过十年“文革”，高校急缺教师，纷纷兴办师资班。
马星桥成为了北京钢铁学院物理师资班的一员，1982年毕业后，他留校任教。
磁控Ni-Mn-Ga形状记忆合金
这种新材料是通过将合金熔液注入 多孔状铝酸钠盐而形成的。 材料冷却后 ， 用酸把铝酸 钠盐浸 出， 材料上就形成了大的孔洞 。 当将这种泡沫状合金置入旋转磁场中时， 在旋转 １０ ００ 万次后，合金 中的应变度与最好的磁制动器一致。 （ 杨英惠 摘译 ）
磁 控 Ｎｉ ． ． Ｇａ形状记忆合金 Ｍｎ
美国博伊斯州立大学和西北大学的研究人员开发出一种新材料 ， 命名为磁控形状记忆泡 沫 。这一研究项 目受到国家科学基金会赞助。
这种泡沫 由镍锰镓合金组成， 其结构有些类似于瑞士干酪， 孔洞间是波浪状支架。 支柱
６
２０ 年 第 １ 期 ０８ １
锂 硼氢化物是一种更好 的贮 氢材料
在法国的欧洲 同步辐射设施工作的研究人员宣布，含 有重量 ｌ％氢的不稳定锂硼氢化 ８ 物 （ Ｈ ）有可能成为适用 的贮氢材料，这种化合物的新形态是不久前被科学家发现的。 Ｌ ４ 由于这一形态的化合物的不稳定性，因而有希望用作贮氢材料 。 理论和实验工作均表明，这 种形态的化合物比其他形态的化合物更容易在较低温度下释放 出氢。 研究团队下一步打算利
一
摘译 ）
种成本低 、寿命长 的碱性聚合物材料 电池
英国萨里大学正在开发一种低温碱性聚合物燃料电池。这种 电池成本低，使用寿命长。 过去多数燃料电池隔膜是 由酸性聚合物制成的， 因此必须使用铂制 电极催化剂。 现在进行的 研 究是利用氢氧离子导电的可能性。这样就可使用不太 昂贵的其他金属催化剂。 研究表明， 这些碱性聚合物是 良好的离子导体， 并且不会 由于氢氧离子与空气中的二氧 化碳反应而造成损 失，而这在以前的、非聚合物氢氧化钾碱性燃料 电池中是存在过的。这项 研究还表 明，像银之类 的金属可以完全取代铂 的作用。 （ 杨英惠 摘译）
新型Ni Mn基铁磁形状记忆合金研究进展
磁致应变效应
在铁磁形状记忆合金中 , 产生磁致应变效应的
机制主要有两种 : ( 1) 孪晶马 氏体在磁场下的 重取 向; ( 2) 磁场驱动相变 . 对于第一种机制, 其驱动力为 磁晶各向异性能 , 最典型的材料是 Ni Mn Ga, 目前 其单晶的磁致应变已达到 10% [ 2] . 这种机制下的磁 致应变特点是所需磁场较小, 应变大, 但是输出应力 较小 , 通常要求材料为单晶. 第二种机制和传统形状 记忆合金中的温度和应力驱动的马氏体相变类似 , 不同的是驱动力为 Zeeman 能. 由于 Zeeman 能对晶 粒的取向并不敏感 , 因而这种效应在多晶中也能发 现. 表 1 列出了部分 Ni Mn 基铁磁形状记忆合金的 磁致应变 .
[ 2]
Ni Mn Z ( Z= In, Sn, Sb) 合金的结构与相
Ni2MnZ( Z= In, Sn, Sb) 属于 Heusler 型合金 , 是
变
一种有序度很高的三元金属间化合 物, 结构为 L21 有序型体心立方结构 , 是典型的 Fm3m 型空间点阵 结构 . 与 Ni2MnGa 不同的是 , Ni2MnZ( Z= In, Sn, Sb) 合金并不表现出形状记忆效应 , 随温度降低未发现 马氏体相变. 日本东北大学 Sutou 等人研究发现 , 通 过减少 Z 的含量, 在非正分的 Ni50 Mn50 x Zx ( Z= In,
1
In 、 Ni Mn Sb 合金 中也观察 到了类似的偏置效 应, 说 明这种 铁磁 反铁 磁共 存现象 在 Ni50 Mn50 x Zx ( Z= In, Sn, Sb) 合金中普遍 存在. ( 2) 从铁磁奥 氏体 相到顺磁奥氏体相的相变 , 居里温度为 TC . 此外, 在 较高温度通常存在一个从有序到无序的结构相变 , 这为控制材料母相结构的有序度提供了依据, 通过 在低于转变温度退火可以增加结构的有序度, 在高 于转 变 温 度 退 火 则 可 以增 加 结 构 无 序 性 . 例 如 Ni45Co 5Mn36. 7In 13. 3 合金的研究结果表明, 其有序无序 转变温度为 896 K, 在 923 K 退火得到了无序 B2 结 构, 而在 623 K 退火则得到了有序 L21 结构
磁控形状记忆合金Ni2MnGa解析模型及特性
关键 词：磁控形状记忆合金：磁感生应变；解析模型 中图分类 号：Ｔ ４ Ｂ ３ 文章标识码 ：Ａ
Ｍ ｏ ｅ ｎ ｘ ｅ ｉ ｎ ａ ｈ ｒ ｃｅ ｉｔ ｓｏ ａ ｎ ｔｃ ｌ ｄ ｌ ｄｅ ｐ ｒｍｅ ｔ ｌ ａ ａ ｔ ｒｓｉ ｆ ａ ｃ ｃ ｍ ｇ ｅ ｉ ａｌ ． ｙ
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文章 编号 ： １０ —５ ２２ ０ ）５ ０ ４ —３ ０ ８０ ６ （ ０ ６ ０ —７ ８０
磁控形状记忆合金 Ｎ２ Ｇ 解析模型及特性 ｉ Ｍｎ ａ
张庆新 。 ，王凤 翔 ，张 红梅
（．沈阳 航空 工业 学 院 自动控 制系 ， 辽宁 沈 阳 １０３ ；２ 沈 阳工 业 大学 电器控 制技 术研 究 所 ，辽 宁 沈 阳 １０ ２ ） １ １０ ４ ． １０ ３
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铁磁形状记忆合金Ni-Fe-Ga及Ni-Mn-(In,Sn,Sb)第一原理研究
铁磁形状记忆合金Ni-Fe-Ga及Ni-Mn-(In,Sn,Sb)第一原理研究铁磁形状记忆合金是一种新型的智能驱动材料,在具有最高可达10%的磁致应变同时有着丰富的物理效应如巨磁阻、巨磁热和交换偏置效应等。
此类合金的这些优良的物理特性使其具有巨大的开发潜力,可应用在驱动器、传感器和磁制冷等领域,从而成为目前国际金属材料和凝聚态物理研究领域的热点。
本论文使用第一原理计算的方法,研究了铁磁形状记忆合金Ni-Fe-Ga的磁各向异性和Ni-Mn-(In,Sn,Sb)合金的变磁性转变性质,从理论计算出发验证了磁致应变发生的条件和探究了变磁性转变与合金成分及其与主族元素的关系,并讨论了第一原理计算方法在预测新型形状记忆合金中的应用。
首先,本论文使用第一原理系统地计算了 Ni2FeGa合金的结构、弹性、磁弹性和晶格动力学性质。
发现计算所得的Ni2FeGa合金的弹性常数、各向同性弹性模量和德拜温度与实验和其他计算结果相符,并且得到的弹性常数和磁弹常数可以用在进一步的相场模拟中。
进一步我们使用包含自旋轨道耦合效应的密度泛函方法计算了Ni2X(X=Mn,Fe,Co)Ga合金的磁各向异性能,通过态密度分析解释了Fedxy+dyz电子在费米能级附近的移动导致了 Ni2FeGa易磁化轴随着应变变化。
以Ni2MnGa和Ni2FeGa合金为例,通过比较第一原理计算所得的孪生应力和磁应力的大小,验证了决定能否在马氏体相产生磁致应变的条件。
表明通过第一原理计算得到磁应力的大小可作为寻找新型铁磁形状记忆合金的一个判据。
其次,本文使用第一原理研究了 Mn和Co原子掺杂Ni2MnZ(Z=In,Sn,Sb)合金的结构、相稳定性和磁性性质。
形成能结果表明额外的Mn和Co原子分别倾向于占据合金中Z和Ni原子位置。
进一步使用第一原理研究了合金在块体和薄膜情况下的变磁性转变,发现合金奥氏体和马氏体相能量差随着Mn成分增加而增大,而随着Co成分增加而减小,这与实验中相变温度与合金成分的关系相符。
磁性形状记忆合金
二、文献综述1.磁性形状记忆合金磁性形状记忆合金是既受温度控制的热弹性记忆效应，同时也具有受磁场控制的磁性形状记忆效应。
磁性形状记忆合金具有很多优良的性能，如：高响应频率、大输出应力，磁致伸缩应变大等1，所以是一种理想的驱动和传感材料。
3. Heusler合金及其结构Heusler合金是在研究MSMA中研究最多的一种合金，也是现在备受关注的一类功能材料，具有独特的磁性、半金属性、磁性形状记忆效应，有着广泛的应用前景。
Heusler合金是1903年，德国人F.Heusler第一次报道两种金属间化合物的磁性，这两种化合物是Cu2MnAl 和Cu2MnSn。
随后，英国人P. Webster 发表了一篇关于高有序度合金(Heusler 合金)的文章10Heusler合金是一种金属间化合物，通常具有L21性结构，化学分子式为X2YZ，Z则是周期表右边B类IV族，及其两边的III 族和V族的元素。
X、Y 可以是元素周期表中钪、钛、矾、铬、锰、铁、钴、镍、铜等3d 元素以及排列在它们所在列中下面的扩展的过渡族元素，共有约30个。
Heusler 合金可以看成由四个面心立方结构的亚晶格沿对角线四分之一相互交叉而成。
X 和Y原子占据（A，C）以及B位，Z原子占据D位。
其中ABCD的坐标分别为A (0, 0, 0), B ( 1/4,1/41/4 , ), C ( 1/2,1/2 1/2, ) 和D (3/4 3/4,3/4 , )图1.Heusler 合金晶体结构示意图1.2 Heusler合金的结构和开发潜力Heusler型合金是一种高度有序的金属间化合物，具有立方L21结构，空间群为Fm3m，一般化学分子式为X2YZ。
所谓高度有序的结构，是指多种原子（本工作是三种或四种）按照一定的晶格点阵，各自占据自己的特有位置所形成的高化学有序结构。
在冶金学上，Heusler合金属于β相合金，严格的结构特点如图1.1(a)所示。
铁磁形状记忆合金NiMnGa单晶变体强磁场处理及磁致应变
金属学报第４４卷面对称排列【１３ｌ，则图４所示的平行排列的孪晶条纹即为孪晶对称面｛１１１｝与单晶端面（１００｝的相交线，也即是孪晶条纹的方向为［１１１］×［１００］＝［０１１］，那么与孪晶条纹成约４５０角的两个相互垂直的方向分别是［００１】和【０１０】方向．由此，进一步确定了图４中所标的Ａ，Ｂ，Ｃ方向分别为单晶的【１００］，【０１０］和【００１］取向．采用强磁场进行单变体处理的方法，是基于ＮｉＭｎＧａ合金的强磁晶各向异性和低孪晶再取向应力．在铁磁马氏体状态下，合金体心四方晶格的短轴与磁畴的易磁化轴强烈耦合，在磁场作用下，不同取向的变体之间的能量差作用于变体界面，产生切应力【９】．在此切应力作用下，马圈３从ＮｉｓｏＭｎ２８．ｓＧａ２，．５单晶棒上切下的长方体单晶和氏体变体中磁矩方向与外磁场方向一致的择优变体的体棒状单晶外形图积分数增加，而磁矩方向与外磁场方向不一致的非择优变’１。
７、ｎ一１㈨’。
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８ｑｕａｒｅｓｈａｐｅｄ（ｓ锄ｐ１８１）体，体积收缩甚至消失，形成近似单变体．ａｎｄｃｙｌｉｎｄｅｒｓｈａｐｅｄ（ｓａｍｐｌｅｉｆ）ｃｕｔｆｒｏｍａ’１＿’Ｎｉ５０Ｍｎ２８．５Ｇａ２１．５ｓｉｎｇｌｅｃｒｙｓｔａｌｒｏｄ磁致应变是ＮｉＭｎＧａ合金在磁场作用下外形尺寸的个方向，以及单晶轴线方向进行强磁场磁化处理，并测量变化率·在外加磁场条件下，ＮｉＭｎＧａ通过孪晶运动，样品在处理前、后的尺寸变化．平行和垂直于单晶Ｉ和单短轴［００１】方向转向外磁场方向；而长轴【１００］方向转向晶ＩＩ上端面中心孪晶条纹反复磁化时，样品尺寸无明显与外磁场方向垂直，宏观上表现为沿磁场方向尺寸缩短，变化；而沿着与中心孪晶条纹成４５。
角方向磁化，样品而垂直于外磁场方向尺寸伸长·则表现出明显的尺寸变化．受实验条件的限制，尚不能用分别用Ｚ，ｍ，礼表示单晶上对应Ａ，Ｂ，Ｃ方向的样品Ｌａｕｅ法测定各单晶面取向．根据文献［３，１１】中ＮｉＭｎＧａ尺寸，反复沿两个单晶Ａ，Ｃ方向进行１０Ｔ强磁场磁化单晶出现大磁致应变的方向均为【１００】和［００１】取向，由处理，以每个方向均磁化５次作为一组，测量每组处理前样品磁致应变反映的宏观尺寸变化趋势，可以初步确定单后样品的尺寸变化．表１中列出了两个单晶样品强磁场晶的［ｉ００］，【０１０］和ｆ００１】取向，并在单晶宏观表面上分磁化处理前后的尺寸变化．两个单晶Ｂ方向上的尺寸ｍ别用Ａ，Ｂ，Ｃ表示，如图４所示．本文前期研究工作通过除了在第一组Ａ向充磁５次后有较大变化之外，在之后Ｘ射线极图测量方法，测定该方法生长的ＮｉＭｎＧａ单晶的磁化处理过程中基本保持不变．对于Ａ，Ｃ方向，沿其棒的轴向取向为［１００】方向［１ｏｌ，并且，在本次实验中单晶中一个方向磁化，该方向的尺寸变短，而另一方向尺寸伸长，表１中标出不同磁化组数的磁致应变值．随磁化处理生长方向在磁化过程中表现出明显的尺寸变化，因此，将单晶生长方向Ａ确定为［１００】取向；在垂直于Ａ方向的组数的增加，Ａ和Ｃ方向的磁致应变均逐渐增大，直到Ｃ方向上尺寸有明显变化，定为【００１］取向；Ｂ方向垂直经过多组磁化处理后磁致应变趋于恒定，亦见表１·由此于Ａ和Ｃ向，且尺寸无明显变化，定为【０１０】取向．又知可见，随着磁化处理组数的增加，择优取向变体体积分数ＮｉＭｎＧａ合金体心四方马氏体结构的孪晶结构沿｛１１１｝逐渐增大，导致磁致应变逐渐增大，直至磁致应变趋于饱圉４单晶Ｉ和单晶ＩＩ的马氏体孪晶形貌Ｆｉｇ．４Ｓｔｒｉｐ－ｌｉｋｅｍａｒｔｅｎｓｉｔｅｔｗｉｎｓＯｌｌｔｈｅｃｒｏｓｓｓｅｃｔｉｏｎｓｏｆｓａｍｐｌｅＩ（ａ）ａｎｄｓａｍｐｌｅＩＩ（ｂ），ｉｎｗｈｉｃｈＡ，ＢａｎｄＣｒｅｐｒｅｓｅｎｔ［１００］，［０１０】ａｎｄ［００１】ｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ。
《Ni-Mn-Sn基形状记忆合金力学和弹热性能研究》范文
《Ni-Mn-Sn基形状记忆合金力学和弹热性能研究》篇一Ni-Mn-Sn基形状记忆合金的力学和弹热性能研究摘要：本研究探讨了Ni-Mn-Sn基形状记忆合金的力学和弹热性能。
通过一系列实验和理论分析，我们深入了解了该合金的力学行为、弹性性能以及其潜在的形状记忆效应。
本文首先介绍了Ni-Mn-Sn 基形状记忆合金的背景和重要性，然后详细描述了实验方法、结果和讨论，最后总结了研究的主要发现和对未来研究的展望。
一、引言形状记忆合金（SMAs）因其独特的力学和物理性能，在各种工程应用中得到了广泛的应用。
Ni-Mn-Sn基形状记忆合金作为一种新兴的SMAs，具有优异的力学和弹热性能，因此备受关注。
本文旨在研究Ni-Mn-Sn基形状记忆合金的力学和弹热性能，以期为该合金的进一步应用提供理论依据。
二、实验方法1. 材料制备：采用真空电弧熔炼法制备Ni-Mn-Sn基形状记忆合金。
2. 力学性能测试：通过拉伸试验、硬度测试等手段，研究合金的力学性能。
3. 弹热性能测试：采用差示扫描量热法（DSC）和X射线衍射技术，研究合金的弹热性能。
三、实验结果1. 力学性能：Ni-Mn-Sn基形状记忆合金具有良好的强度和塑性，且随成分的不同而有所变化。
合金在经历形变后能够迅速恢复原始形状，表现出显著的形状记忆效应。
此外，合金的硬度随温度的变化而变化，具有明显的温度依赖性。
2. 弹热性能：Ni-Mn-Sn基形状记忆合金在加热和冷却过程中表现出明显的吸热和放热现象，这与其晶体结构的变化密切相关。
通过DSC测试发现，合金在相变过程中具有较高的热滞现象，这为其在温度控制领域的应用提供了可能。
此外，X射线衍射结果表明，合金在相变过程中晶体结构发生了明显的变化。
四、讨论1. 力学性能：Ni-Mn-Sn基形状记忆合金的力学性能受成分、温度和形变等因素的影响。
合适的成分设计和热处理工艺有助于提高合金的力学性能。
此外，合金的形状记忆效应为其在力学领域的应用提供了广阔的空间。
镍锰镓Ni-Mn-Ga磁控形状记忆合金介绍
镍锰镓Ni-Mn-Ga磁控磁控形状记忆合金镍锰镓Ni-Mn-Ga合金中的磁控记忆效应（Magnetic Shape Memory Effect）于1996年由Dr. Kari Ullakko及其合作者发现。
第一代磁控形状记忆合金可以达到0.2%的应变。
此后，人们在磁控形状记忆合金的生产工艺以及生产后处理及培训方面取得了长足的进步。
磁控形状记忆合金（MSMA）是一种新型功能材料，不仅在温度场的作用下发生热诱发马氏体相变，而且在外加应力场和磁场的作用下，也可以产生应力诱发和磁场诱发马氏体相变。
目前所用的磁控形状记忆合金主要成分是Ni-Mn-Ga,其在室温下直线变形率可达10%。
MSMA不仅具有普通形状记忆合金大应变和高推动力的特点，而且具有响应速度快和高效率的优点。
商用磁控形状记忆合金的特性:* 应变高达6%* 应力高达 3.5 MPa* 最大应变需要的磁场为500 kA/m* 最大应变负载高达2MPa* 单位容积输出约150kJ/m³* 能量效率高达 90%* 响应时间约1 ms (在磁控形状记忆执行器中)* 应力或磁场与应变之间的滞后（材料阻尼）* 内摩擦* 磁触发或者热触发均可* 工作温度: -40 °C to 60 °C* 变形过程中磁导率和电阻率会发生变化寻石新材料作为国内为数不多的专业磁致伸缩材料供应商，我们可以为国内外客户提供高性能的NiMnGa 单晶材料，可提供的规格为多种尺寸的长方体，最小尺寸0.5mm，最大尺寸30mm。
常规尺寸：* 1x2.5x20mm* 2x3x15mm* 3x5x20mm最小起订量为10片。
Electrical Properties电特性* Electrical resistivity 电阻率( µOhm/cm ) 70* Temperature coefficient 温度系数( K-1 ) 0.003Magnetic Properties磁特性* Coercivity 矫顽力(Hc) ( A m-1 ) 4000* Curie temperature 居里温度( C ) 95 - 105* Initial permeability 初始磁导率2* Maximum permeability 最大磁导率90* Remanence from saturation 剩磁(Brem) ( T ) 0.02* Saturation flux density 饱和磁通( T ) 0.6Mechanical Properties机械特性* Hardness 硬度- Vickers ( kgf mm-2 ) 130* Modulus of elasticity弹性模量 ( GPa ) 8 - 20* Physical Properties物理特性* Density 密度( g cm-3 ) 8* Melting point 熔点( C ) 1130Thermal Properties热特性* Crystallization temperature 结晶温度( C ) 1090* Maximum use temperature in air 最高使用温度( C ) 45 * Temperature - Austenitic温度（奥氏体） ( C ) 50* Temperature - Martensitic 温度（马氏体）( C ) 45。
铁磁形状记忆合金NiMnGa马氏体重定向的细观力学模型与分析
铁磁形状记忆合金NiMnGa马氏体重定向的 细观力学模型与分析1)魏融冰2)王省哲（西部灾害与环境力学教育部重点实验室，兰州大学土木工程与力学学院，兰州 730000）摘要： 基于细观力学和热力学方法，本文分析了NiMnGa铁磁形状记忆合金在磁场和应力诱导下的马氏体重定行为与磁致应变效应。
NiMnGa合金由于发生相变有着较强的力学和磁学上的各向异性特征，为一非均匀材料。
从细观角度出发，我们采用经典的Eshelby等效夹杂理论和Mori-Tanaka场平均方法，将各向异性的马氏体看做两个材料常数不同的各向同性材料。
认为发生相变的合金材料为两相材料，将一种马氏体相看作夹杂相，另一种马氏体相看作基体相；同时考虑了不同夹杂形状和材料各向异性对马氏体重定向行为的影响，建立了铁磁形状记忆合金较为一般的马氏体变体重定向的细观力学模型。
模拟了球形和椭球形两种不同的夹杂以及考虑其各向异性情形下的力磁耦合特性，并与实验测量值进行了对比，结果表明：本文考虑夹杂形状和各向异性等因素的预测结果与以往模型相比有较好改进，并与实验更为接近。
关键字：细观力学 铁磁形状记忆合金 相变 各向异性 等效夹杂理论1.引言：近年来，以Ni2MnGa为代表的磁控形状记忆合金（MSMA）成为的研究热点[1-9]。
磁控形状记忆合金除了具有传统的温控和应力控制记忆合金的一般特点外，还可以在磁场作用下输出应变。
与其它形状记忆合金及磁致伸缩材料相比，铁磁形状记忆合金Ni2MnGa 具有强铁磁性、大磁致伸缩、温控和磁控形状记忆效应、响应频率高、输出应变和应力接近温控形状记忆合金等特点，是一种理想的智能驱动和传感材料。
关于磁滞应变的模型的研究，人们一般都是采用最小势能原理，根据外加磁场，力和温度等条件，写出势能变分，然后求出势能最小对应的平衡点。
常见的模型有以下几种.James模型[10,11]，基于微观磁约束理论，模型中能量项包括Zeeman能，退磁场能和恒定外载荷下的机械能。
磁性形状记忆合金Ni_2MnGa的研究现状及发展
磁性形状记忆合金Ni_2MnGa的研究现状及发展
李健靓;张羊换;郭世海;祁焱;全白云;王新林
【期刊名称】《金属功能材料》
【年(卷),期】2003(10)5
【摘要】本文系统地阐述了Ni2 MnGa合金的晶体结构、马氏体相变行为、相变应变、磁诱导应变及其形状记忆效应机理的研究现状 ,分析了影响Ni2 MnGa合金马氏体相变、应力应变及各物理量的主要因素 ,介绍了Ni2 MnGa合金的制备工艺现状及发展趋势 ,并提出了Ni2 MnGa合金需深入研究的问题。
【总页数】6页(P25-30)
【关键词】Ni2MnGa;形状记忆合金;马氏体相变;应力应变行为;形状记忆效应【作者】李健靓;张羊换;郭世海;祁焱;全白云;王新林
【作者单位】钢铁研究总院功能材料研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TG139.6
【相关文献】
1.磁控形状记忆合金Ni_2MnGa解析模型及特性 [J], 张庆新;王凤翔;张红梅
2.Ni_2MnGa和CuGaMn磁性形状记忆合金及Ti-Nb形状记忆合金 [J],
3.磁性形状记忆合金的研究现状及发展 [J], 郭世海;张羊换;王新林
4.Ni_2MnGa铁磁形状记忆合金开裂的原位研究 [J], 沈连成;何健英;宿彦京;褚武
扬;乔利杰
5.磁性形状记忆合金Ni_2MnGa的开发 [J], 王冰;秦呈欣;吴防修
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（2.2）
式中 M
i
是位置在
Ri
处的原子核的质 量，Z
i
，Z j
是原子
核所带电荷，m e 是电子的质量，ri ，rj 是电子所处的位置。
哈密顿量的第一项是原子核的动能项，第二项是电子
的动能项，后面三项分别是电子和原子核，电子和电
子，以及原子核与原子核之间的相互作用。
2.2多体问题的计算方法
2.2.1 非相对论近似 认为电子质量等于其静止质量，并认为光
多电子体系问题
一组单电子体系问题
通过自洽的方法求解该方程，就可以得到体系的基态 性质
（三）论文结论
Ni2MnGa合金的结构
图1
（1） Ni2MnGa合金的晶体结构参数和磁性 表1 理论与实验晶格常数、总磁矩和自旋磁矩
参数 晶格常数
/nm
总磁矩/uB
自旋磁矩/uB
本研究计算 值
0.57998
2.3 密度泛函理论
由密度泛函理论可得单电子的Kahn一Sham方程:
HKSi ii
（2.8）
其中 i 是与单电子波函数 i 相对应的本征值，哈密顿
H KS 为:
H K2S m 2T e0i2VH4 e2V0xcrV e(rxrt),
drVxcVext
式中 T 0 是无相互作用的电子气的动能，V xc 代表哈特 利能量，VH 是整体的交换关联相互作用项
(3)Ni的d态投影态密度，自旋向上与自旋向下基本对 称，即自旋劈裂较小，因而磁矩较小。而Mn的自 旋向上部分主要分布在费米能级以下，自旋向下 部分主要分布在费米能级以上，自旋向上和自旋 向下的态密度存在较大的自旋劈裂，因此Mn原子 存在较大磁矩（这也从表1看出），这一方面验证 了之前的讨论，另一方面也说明Ni2MnGa的主要 磁矩贡献者是Mn原子。
（4） 压力响应 图6 Ni2MnGa的P-V关系
结论： （1）要将Ni2MnGa压缩8％（相对于零压时 的体积）需要的压力约为18.3GPa。 （2）上述计算出的Ni2MnGa的零压体积弹 性模量比Ni2MnGe（138.97 GPa）大，而比 Ni2MnB（247.7 GPa）的小，说明Ni2MnGa 的抗压缩性比Ni2MnGe大而比Ni2MnB的小。
-GGA)
-0.013(Ga)
-0.04(Ga)
从表1可以看出
（1）铁磁性合金Ni2MnGa磁性主要来源于Mn 原子，同时Ni原子也提供了少量的磁性， 而相对于Ga原子，它却是反磁性的。
（2）对于处于不同位置的Ni原子其磁矩一致， 原因是在不同位置的Ni原子其周围的原子 分布是一致的。
（2） 四方形变 图2 Ni2MnGa在体积 c/a保的持关恒系定时总能差ΔE与
谢谢大家！
束接近无穷大。式（2.2）便已经默认采用 了非相对论的形式。
2.2.2 玻恩一奥本海默绝热近似
在研究固体时，可以认为电子在固体中处于高
速运动状态，而固体中的原子核可以看成是静 止不动的。因此(2.2)式中的核的动能项就变为
零，而最后一项核与核之间的库仑相互作用变 成一常数项。所以（2.2)式的多体哈密顿只剩 下三项:电子气的动能，电子一电子相互作用的 势能，以及电子在核所产生的势场中的势能。
H E
（2.1）
其中 H 为哈密顿算符。（2.1）式中哈密顿算符可以定 义为：
2
H
2 R i 2
r 2 i 1
2i M i 2i m e 40i,j
R e i2 Z r i j 8 1 0 i jr ie 2 r j 8 1 0 i je R 2 iZ iZ R j j
（3） 态密度 图5 Ni2MnGa在奥氏体态下的总态密度和各原子相
应的态密度
结论：
(1)总态密度的低能部分（-10.36至-5.12ev）主要由 Ga的s和p态决定，而高能部分的态密度（-5.12至 4.83ev）主要由Ni和Mn的d态决定。
(2)总态密度的自旋向下部分以费米能级（这里为0ev） 为界有两个峰值。高能部分的峰值主要来源于Mn 的d态，低能部分的峰值主要来源于Ni的d态。
即 H T V V ext
两类粒子组成的多粒子体系问题
多电子
体系问题
Байду номын сангаас
2.2.3 单电子近似
采用玻恩一奥本海默绝热近似后，相应的 薛定谔方程仍然是一个多体薛定谔方程， 所以需要进一步对它进行简化，以便得到 单电子的薛定谔方程。
在目前的固体理论中，最有效的单电子近 似理论就是密度泛函理论 (Density Funetional Theory)。
NN解ii22，MM对nnGG其aa是的他磁研的性究应形将用状有提记助供忆于理合进论金一的的步依典加据型深。代对表其，结我构们和对性能的了
（二）研究方法
2.1 第一性原理方法 第一性原理，即根据量子力学原理，不使
用任何经验参数，通过求解相应的定态薛 定谔方程来获得固体材料性质的方法。
材料系统的薛定谔方程为：
从图2中可看出:在我们所计算的四方形变范 围内（c/a由0.9变化至1.5），在c/a约为 1.255处出现一个能量局域最小值，表明该 处存在一个稳定的马氏体相。
图3 磁矩与c/a 的变化曲线
结论：
在c/a =1附近，Ni的磁矩变化趋势与总磁矩 变化相似，这是由于一个原胞中有两个Ni 原子对总磁矩作贡献，这说明在变形过程 中，总磁矩随c/a 变化绝大多数源于Ni原子， 而Mn原子对其贡献较小 。
磁性形状记忆合金Ni2MnGa的第 一性原理研究
导师：罗礼进 答辩人:范荣 专业：应物061
论文框架
研究目的、背景
研究方法
论文结论
（一）研究背景、目的
磁性形状记忆合金(Magnetic Shape Memory Alloy， MSMA) 是一类新型形状记忆材料，不但具有传统形状记忆合金受 温度场控制的热弹性形状记忆效应，而且具有受磁场控制 的磁性形状记忆效应(Magnetic Shape Memory Effect， MSME) 。因而，此类合金兼具有大恢复应变、大输出应 力、高响应频率和可精确控制的综合特性，使其可能在大 功率水下声呐、震动和噪声控制、线性马达、微波器件、 微位移器、机器人等领域有重要应用，有望成为继压电陶 瓷和磁致伸缩材料之后的新一代驱动与传感材料。
3.929
0.322(Ni) 3.359(Mn) -0.074(Ga)
其他理论计算值 实验值
0.581(FLAPWGGA)
0.5822
0.5773(GGA)
0.5683(LSDA)
4.09(FLAPW-
4.17
GGA)
4.22(GGA)
3.92(LSDA)
0.37(Ni)
0.24(Ni)
3.36(Mn)(FLAPW 2.74(Mn)