NiTi形状记忆合金马氏体相变的第一性原理研究
轻质高强高阻尼NiTi形状记忆合金与复合材料的制备及其性能研究
结论
本次演示对NiTi形状记忆合金与复合材料的制备及其性能进行了详细的研究。 通过选用合适的材料、采用合适的制备方法和测试手段，成功地制备出了具有轻 质、高强、高阻尼等优异性能的NiTi形状记忆合金与复合材料。
通过研究，我们发现NiTi形状记忆合金具有形状记忆效应、高阻尼性能等优 点，但其密度较大；而复合材料的密度较低、强度和刚度高，可以显著提高材料 的综合性能。因此，将NiTi形状记忆合金与复合材料相结合，可以充分发挥二者 的优势，为各领域的实际应用提供了新的材料选择。
结论
NiTi形状记忆合金因其良好的超弹性、生物相容性和耐腐蚀性等特点，在医 学领域中有着广泛的应用。通过深入研究和改进这种材料的性能，可以进一步提 高其医学应用效果，为患者提供更好的治疗选择。
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形状记忆合金的原ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ与应用
形状记忆合金的形状记忆效应源于材料的微观结构变化。在一定温度范围内， 形状记忆合金可以被塑造成各种形状。当受到外界刺激（如加热或磁场）时，材 料的微观结构发生变化，导致材料恢复到原始形状。
形状记忆合金在许多领域都有应用，如空间结构复位、医疗等。在空间结构 复位方面，由于形状记忆合金具有优良的形状记忆效应和轻质高强等特点，可用 于制作空间结构中的各种功能件，如太阳能电池板、天线等。在医疗领域，形状 记忆合金可用于制作人工关节、血管夹等医疗器械，提高医疗水平和患者生活质 量。
随着科技的不断发展，我们对材料性能的要求也越来越高。作为一种具有优 异性能的材料，NiTi形状记忆合金将在未来发挥更加重要的作用。通过进一步研 究和改进，我们有信心能够更好地利用这种材料的伪弹性特性和微结构机理，为 人类社会的发展做出更大的贡献。
引言
NiTi形状记忆合金是一种具有形状记忆效应的材料，因其具有良好的超弹性、 生物相容性和耐腐蚀性等特点，在医学领域中得到了广泛应用。本次演示主要探 讨NiTi形状记忆合金的超弹性及医学应用研究。
Co-Ni-Al系形状记忆合金马氏体相变过程及热力学特征的研究中期报告
Co-Ni-Al系形状记忆合金马氏体相变过程及热力学
特征的研究中期报告
本中期报告介绍了对Co-Ni-Al系形状记忆合金马氏体相变过程及热
力学特征的研究进展。
首先，我们制备了一系列Co-Ni-Al合金样品，并通过X射线衍射和
扫描电镜观察了其微观结构。
实验结果表明，样品的晶体结构在不同的
Ni和Al含量下存在明显的变化，且在Ni/Al比例接近1:1时，合金样品具有最稳定的马氏体相结构。
接着，我们对合金样品的马氏体相变过程进行了研究。
通过差示扫
描量热分析和X射线衍射，在不同的温度范围内监测了样品的相变行为。
实验结果表明，当样品被冷却到马氏体相变温度以下时，样品的晶体结
构会由高温下的奥氏体转变为低温下的马氏体，随着温度的升高，样品
又会恢复到原来的奥氏体相结构。
最后，我们还探究了合金样品在相变过程中的热力学特征。
通过计
算样品的热容和焓曲线，我们得出了样品在相变过程中吸放热量的大小
和相变的热力学稳定性。
实验结果表明，相比于其他Ni-Al系形状记忆合金，Co-Ni-Al合金具有更高的相变温度和更高的热稳定性，这使得其在实际应用中具有更广泛的应用前景。
总之，我们的研究为深入理解Co-Ni-Al系形状记忆合金的相变行为
和热力学特征提供了重要的实验基础。
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
【期刊名称】《湖南有色金属》
【年(卷),期】2008(024)002
【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.
【总页数】3页(P50-52)
【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
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1.单向压力对Ni-Mn-Ga磁形状记忆合金马氏体相变的影响 [J], 刘静;陆兴;覃作祥;赵云燕
2.真空热处理对Ni-Mn-Ga形状记忆合金马氏体相变的影响研究 [J], 孙小刚;陶友瑞;吴安如;魏克湘
3.热处理制度对多晶Ni-Mn-Ga合金马氏体相变和磁感生应变的影响 [J], 王海学;赵增祺;李雪梅;熊玮;吴双霞;江丽萍
4.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
5.多晶Ni-Mn-Ga磁性记忆合金中间马氏体相变研究 [J], 赵增祺;熊玮;吴双霞;王新林
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TiNiZr高温形状记忆合金的马氏体相变和相稳定性的理论研究
TiNiZr高温形状记忆合金的马氏体相变和相稳定性的理论研究TiNiZr高温形状记忆合金的马氏体相变和相稳定性的理论研究胡飞;陈佰树;吴坤;薛长虹;徐丰【期刊名称】《黑龙江八一农垦大学学报》【年(卷),期】2015(000)002【摘要】采用基于赝势平面波方法的第一性原理计算，详细研究了TiNiZr高温形状记忆合金的相稳定性、弹性和电子结构等性质。
结果表明，由于较低的形成能，添加的Zr元素优先占据TiNi合金的Ti 位。
少量Zr含量的添加，TiNiZr合金的相稳定性增强，然后随着Zr 含量的增加而降低。
根据TiNiZr合金B2相的弹性系数讨论了TiNiZr 合金的马氏体相变温度和相变类型。
弹性系数C44对TiNiZr合金的马氏体相变温度有很大的作用。
Ni d态和Zr d态杂化作用的增强导致了马氏体相变温度的升高。
%Phase stability,elastic property and electronic structure of TiNiZr high-temperature shape memory alloys have been investigated by first-principles calculations by using the pseudopotentials plane-wave method. The results showed that the added Zr preferentially occupies the Ti sites in TiNi alloy due to the lowest formation energy. The phase stability of TiNiZr alloys first increased with a small addition of Zr and then decreased with the increasing of Zr content. Based on the elastic constants of the TiNiZr alloys with B2 phases,the martensitic transformation temperature and transformation type were discussed. The elastic constant C44 had the great effect on the martensitic transformation temperature of the TiNiZr。
iNi形状记忆合金的马氏体观察及微观力学性能分析
TiNi形状记忆合金的马氏体观察及微观力学性能分析ΞOBSERVATION OF MARTENSITE AN D ANALYSIS OF MICR O2MECHANICALPR OPERTIES IN TiNi SHAPE MEMOR Y ALLOY何健英ΞΞ 高克玮 褚武扬 乔利杰(北京科技大学材料物理系,北京100083)HE JianY ing G AO K eWei CHU WuY ang QI AO LiJie(Department o f Materials Physics,Univer sity o f Science and Technology Beijing,Beijing100083,China)摘要 利用金相显微镜和纳米压痕仪观察T iNi形状记忆合金的应力诱发马氏体和氢致马氏体形貌,并分析T iNi合金不同组织的微观力学性能。
其中应力诱发马氏体呈板条状突起,而氢致马氏体和氢化物呈不规则突起。
同时发现T i2 Ni合金充氢组织的微观硬度和弹性模量最高,而马氏体组织的硬度高于奥氏体相,其弹性模量低于奥氏体相。
关键词 TiNi 应力诱发马氏体 氢致马氏体中图分类号 T B381Abstract The topography of stress2induced martensite and hydrogen2induced martensite have been observed in T iNi shape mem ory alloy.Martensite was found to appear when the specimen were loaded or were charged with hydrogen.The stress2induced martensite looked like battens,and the hydrogen2induced martensite was the irregular blocks.The hardness and elastic m odulus of T iNi shape mem2 ory alloy have been measured by using nanoindentation method.The results showed charging with hydrogen increased the hardness and elastic m odulus of T iNi alloy,and the hardness of martensite was higher than austenite while elastic m odulus was lower.K ey w ords TiNi;Stress2induced m artensite;H ydrogen2induced m artensiteCorresponding author:HE JianYing,E2mail:miaoerhe@,Tel:+86210262334499The project supported by the National K ey Basic Research and Development Programme of China(N o.G1*******).Manuscript received20040420,in revised form20040624.1 引言T iNi形状记忆合金已经在很多领域获得广泛的应用[1]。
镍钛合金奥氏体转变为马氏体的研究
镍钛合金奥氏体转变为马氏体的研究镍钛合金是一种重要的形状记忆合金，具有良好的力学性能和独特的形状记忆效应。
其中，奥氏体和马氏体是镍钛合金中两种常见的组织结构。
奥氏体是一种面心立方晶体结构，具有良好的韧性和可塑性；而马氏体是一种体心立方晶体结构，具有较高的硬度和弹性。
在镍钛合金中，当受到外界温度或应力的变化时，奥氏体与马氏体之间会发生相变，这种相变引起了许多研究者的关注。
研究人员通过实验和理论模拟等方法，对镍钛合金奥氏体转变为马氏体的机制进行了深入研究。
他们发现，奥氏体与马氏体之间的相变是由于镍钛合金中的微观结构发生了变化。
具体而言，这种相变是由于合金中的镍和钛原子在应力和温度变化的作用下重新排列形成马氏体的晶格结构。
在奥氏体转变为马氏体的过程中，研究人员发现了一些关键因素，如温度、应力和合金成分等。
他们发现，随着温度的降低或应力的增加，奥氏体向马氏体的相变速率会增加，并且相变温度也会发生变化。
合金的成分也会对相变性能产生影响。
研究表明，调节合金中镍和钛的含量可以改变相变温度和相变速率，从而对镍钛合金的性能进行调控。
除了通过实验方法进行研究外，一些研究人员还利用计算模拟方法来模拟镍钛合金奥氏体转变为马氏体的过程。
他们使用分子动力学模拟或基于第一性原理的计算方法，对合金中原子的运动和相互作用进行建模和仿真。
这些模拟结果不仅可以揭示相变的微观机制，还可以预测合金的力学性能和形状记忆效应等方面的变化。
总结回顾一下，镍钛合金奥氏体转变为马氏体是由于合金中的微观结构发生了变化。
通过调控温度、应力和合金成分等因素，可以改变相变温度和相变速率，从而对镍钛合金的性能进行调控。
通过实验和计算模拟等方法可以深入理解相变的机制和影响因素，为合金的设计和应用提供理论依据。
在我的理解中，镍钛合金中奥氏体与马氏体的相变是一种特殊的晶体结构变化现象。
这种相变效应使得镍钛合金具有形状记忆和超弹性等独特的功能。
研究镍钛合金奥氏体转变为马氏体的机制不仅对于揭示材料科学中晶体结构与性能之间的关系具有重要意义，还为合金的设计和应用提供了新的思路和方法。
Ni-Ti形状记忆合金中母相(?)马氏体可逆转变过程的研究
Ni-Ti形状记忆合金中母相(？)马氏体可逆转变过程的研究李炎;吴逸贵;桥本初次郎
【期刊名称】《金属学报》
【年(卷),期】1991(27)3
【摘要】用透射电镜对Ni-Ti形状记忆合金中母相?马氏体可逆转变进行了动态观察。
利用高分辨电子显微术研究了该合金相变温度上下的结构变化。
结果表明,马氏体与奥氏体的取向关系
为:[111]_A∥[110]_M,[110]_A∥[001]_M,(110)_A∥(001)_M,(110)_A与(010)_M 间夹角为6.5°左右;马氏体的晶体缺陷多为孪晶和层错,新发现有孪晶而为(100)的孪晶。
【总页数】5页(PA227-A231)
【关键词】Ni-Ti合金;马氏体;相变
【作者】李炎;吴逸贵;桥本初次郎
【作者单位】洛阳工学院;日本冈山理科大学
【正文语种】中文
【中图分类】TG146.15
【相关文献】
1.快淬TiNi形状记忆合金中马氏体转变的原位观察 [J], 王世栋
2.近等原子比Ti-Ni形状记忆合金中低温相B19'及其马氏体转变的热力学研究 [J], 王志
3.利用电镜研究经过时效的Ti—5lat%Ni形状记忆合金中的预马氏体和马氏体转变[J], 陶正兴
4.Ni-Ti形状记忆合金中马氏体的周期结构 [J], 杨蕴林;李炎;吴逸贵
5.Ni-Ti合金中双程形状记忆速动相变的研究 [J], 罗来忠;张进修;林光明
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niti形状记忆合金热变形行为及变形机理的研究
niti形状记忆合金热变形行为及变形机理的研究Niti形状记忆合金热变形行为及变形机理的研究Niti形状记忆合金（SHM）是一类新型的复合材料，它具有优异的力学性能，包括柔韧性、可恢复性和耐腐蚀性。
由于其独特的物理特性，SHM已被用于许多应用，例如航空、军事等。
在这项研究中，我们将重点关注niti形状记忆合金的热变形行为，以及变形机理。
首先，让我们来看看niti形状记忆合金热变形行为。
通常情况下，当niti形状记忆合金置于高温（大于它的回复温度）时，它会产生塑性变形。
这种塑性变形是由于晶格网络中紧密层间化合物熔融，从而导致镁合金表面上形状的变化。
大多数情况下，niti形状记忆合金对于热变形行为的反应是立即的，并且表现出很高的可恢复性。
接下来，让我们来谈谈niti形状记忆合金变形机理。
首先，Niti形状记忆合金由双金属组成，比如钛(Ti)和镁(Mg)。
在标准温度下，这两种金属结合在一起，形成紧密层间化合物。
当niti形状记忆合金置于温度高于它的回复温度（300摄氏度）时，紧密层间化合物就会熔融，使Niti形状记忆材料易于克服晶格势能，从而实现了热变形。
在变形过程中，Ti和Mg的交换之间的回复势能抵消了扩散的势能。
当温度降低到回复温度时，紧密层间化合物将重新结合，从而使Niti 形状记忆合金恢复原状。
最后，Niti形状记忆合金具有优良的热变形行为，以及变形机理，我们可以将其用于许多应用，例如航空、军事等。
不仅如此，这种特殊合金的力学特性也可以用于控制复杂的结构变形，并且具有良好的耐腐蚀性。
因此，借助有效的研究，我们可以充分发挥Niti形状记忆合金的潜力，为我们提供更多的制造和应用机会。
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
时效处理NiTi合金的相变研究
时效处理NiTi合金的相变研究
宫长伟;王轶农;杨大智
【期刊名称】《电子显微学报》
【年(卷),期】2005(24)4
【摘要】Ni-Ti形状记忆合金由于其独特的形状记忆效应和超弹性，它的马氏体相变在过去几十年来一直受到巨大的关注。
Ti-Ni形状记忆合金有三个不同的相：立方CsCl结构的B2母相，单斜B19’马氏体相和预马氏体R相。
在这些相中，可
能发生三个相变：B2-B19’、B2-R和R-B19’。
R相变可以通过多种方式诱发，例如添加第三组元（Fe、Al）、冷加工、冷加工后不完全退火、热循环和时效处理。
【总页数】2页(P302-303)
【作者】宫长伟;王轶农;杨大智
【作者单位】大连理工大学材料工程系,辽宁,大连,116024;大连理工大学材料工程系,辽宁,大连,116024;大连理工大学材料工程系,辽宁,大连,116024
【正文语种】中文
【中图分类】TG11
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1.真空固溶及时效处理后NiTi合金的两步逆相变 [J], 姜大强;崔立山;郑雁军;蒋小
华
2.超弹性NiTi合金率相关相变图案演化模拟 [J], 赵家祥;李建;梁志鸿;邱博;阚前华
3.超弹性NiTi合金相变棘轮行为的实验研究 [J], 阚前华;康国政;钱林茂;刘宇杰;王海林
4.應变时效处理鐵铝锰碳合金的相变態与超顺磁微结构之研究 [J], 林英志
5.研究NiTi合金相变局部化现象的宏观原位多场测试方法及分析 [J], 杜泓飞;曾攀;雷丽萍;赵加清;许月杰;何文斌
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NiTi合金形状记忆效应的微观机制研究进展
（ Ｃｏｌｇ ｆＰｈ ｓｃ ｃｅ ｃ ｎ ｃ ｎ ｌｇ ，Ｇｕ ｎ ｘ ｉｅ ｓｔ １ ｌ ｅｏ ｙ ｉｓＳ ｉｎ ｅａ ｄ Ｔｅ ｈ ｏｏ ｙ ｅ ａｇ ｉ Ｕｎｖ ｒ ｉ ｙ，Ｎａ ｎ ｎ ３ ０ ４； ｎ ｉｇ ５ ０ ０
Ｋｅ ｒ ｓ ｙ ｗｏ ｄ
Ｎｉ ｉ ｌ ｙ ， ｒ ｎ ｉ ｃｔ ｎ ｆ ｒ ｔ ｎ ｓ ａ ｅ ｍｏ ｙ ｅｆｃ， ｕ ｅｅａ ｔ ｉ ， ｃｏ ｃ ａ ｉ Ｔ ｌ ｓ ｍａ ｔ ｓｔ ｒ ｓ ｍａ ｉ ，ｈ ｐ ａｏ ｅ ｉ ａ ｏ ｏ ｍｅ ｒ ｆ ｔｓ ｐ ｒ ｌ ｉ ｔ ｍｉ ｍｅ ｈ ｎｓ ｅ ｓｃ ｙ ｒ ｍ
Ａｂｓｒ ｃ ｔａ ｔ Ｎｉ ｈ ｐ ｍｏ ｙａｌｙ ａ ｅａｔａｔｄ ｇ ｅ ｔａｔｎ ｉｎｉ ｎ ｉｅ ｒ ｇａ ｄｍ ｅ ｉａ ｉｌｓｉ ｅｅ ｔ Ｔｉ ａ ｅｍｅ ｒ ｌ ｓｈ ｖ ｔｒ ｃｅ ｒａ ｔｅ ｔ ｎｅ ｇｎ ｅｉ ｎ ｄｃ ｌｆ ｄ ｎｒｃ ｎ ｓ ｏ ｏ ｎ ｅ
摘 要 Ｎｉ 合金 具有优 异的形状记忆功能和 良好的生物体 兼容性 ， Ｔｉ 近年来对 它的应用研 究受到 工程界和 医学 界的重视 ， 同时对 Ｎｉ 合金形状记忆 效应 的微观机 制的研 究也在 逐步深入 。介绍 了 Ｎ Ｔ 合金 的主要 特性及影 响其 Ｔｉ ｉｉ
形状记忆功能的主要 因素， 总结 了 Ｎ｜ｉ ， 合金 的形状记 忆效应和超 弹性的微观 机制研 究现状 ， ｒ 并指 出了需对该合金 进 步研 究的一些问题 。
维普资讯
０６ Ｏ 期
Ｎｉｉ 金 形 状记 忆 效应 的微 观 机 制研 究进 展 Ｔ合
胡 益 丰 ，邓 文 黄 乐 ． 一 ，
TiNi形状记忆合金在定应变约束下的马氏体相变
TiNi形状记忆合金在定应变约束下的马氏体相变
李岩;崔立山;郑雁军;杨大智
【期刊名称】《材料研究学报》
【年(卷),期】2001(15)6
【摘要】通过ＤＳＣ及回复应变的测量，研究了定应变约束态加热－冷却过程对预应变ＴｉＮｉ形状记忆合金相变行为的影响．结果表明，在约束态相变中，逆相变温度区间拓宽；取向马氏体除向母相转变外，应变还要进一步增大；在正相变过程中，从母相生成的马氏体也具有变形结构．约束态不完全相变后，样品中存在两种马氏体：再变形马氏体和继承变形马氏体．在随后的无约束逆相变过程中，前者的相变温度高于后者，并且输出两段回复应变．
【总页数】5页(P649-653)
【关键词】TiNi形状记忆合金;马氏体相变;回复应变;继承变形马氏体;再变形马氏体;钛镍合金
【作者】李岩;崔立山;郑雁军;杨大智
【作者单位】大连理工大学;石油大学
【正文语种】中文
【中图分类】TG139.6;TG115
【相关文献】
1.TiNi基形状记忆合金马氏体相变预现象研究进展 [J], 蔡小英
2.TiNi记忆合金的马氏体相变与形状记忆效应 [J], 张春生;赵连城
3.TiNi基高温形状记忆合金的马氏体相变与形状记忆效应 [J], 蔡伟;孟祥龙;赵新青;崔立山;徐惠彬
4.快速凝固对TiNi形状记忆合金中马氏体相变的影响 [J], 王鹏;徐瑞
5.约束态相变中TiNi形状记忆合金的马氏体自拉伸过程 [J], 高万夫
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NiTi形状记忆合金激光焊接的研究
机电信息工程NiTi形状记忆合金激光焊接的研究李兵（沈阳职业技术学院，辽宁沈阳110000）摘要：形状记忆合金（SMA）,是在温度、压力发生相变的新型材料，在焊接的过程中，将NiTi合金与其它金属焊接起来，可以达到较好的焊接效果，具有性能佳、价格低等优点，同时有独特的形状记忆、相变伪弹性等特征。
随着技术的不断发展，NiTi形状记忆合金已初步研究在激光焊接等诸多领域中，截止目前，NiTi是应用最为广泛的形状记忆合金。
现阶段，NiTi 形状记忆合金是应用较为广泛的记忆合金％关键词:NiTi形状记忆合金；记忆效应；激光焊接0引言激光焊接因其具有精密加工、焊接变形小、焊缝窄等优势,受到行业人的认可和信赖。
NiTi形状记忆合金有吸收较长的光波、超强的抗腐蚀性等优势，是较广泛应用的记忆合金。
有研究表明，在NiTi合金进行激光焊接的过程中,缺乏对热传导效果的合金细丝的焊接，致使丝与丝之间的焊接、热传导效果不佳。
因此,本文对NiTi形状记忆合金激光焊接的现状、性能进行阐述，分析了现阶段NiTi形状记忆合金的应用。
1NiTi形状记忆合金激光焊接现状关于NiTi合金的研究逐渐增多，但在电激光焊等领域，仅停留在初步阶段，目前,NiTi记忆合金的连接方法，主要有He气保护鸭极电弧焊方法、摩擦焊、焊后热、软纤、精密脉冲电阻对焊法。
焊接加工技术是将新材料的开发步入实用化的核心技术，激光焊接技术是制造技术中具有高效精密的焊接技术。
现阶段,激光焊的熔宽以超越以前的12倍,聚焦后的功率密度可高达107W/cm2，适用于精密焊接1。
2NiTi形状记忆合金激光焊接的性能2.1形状记忆效应人类在1932年就已经发现形状记忆的现象，20年后，合金中的形状记忆效应才逐渐引起众多学者的兴趣，时间形状记忆是马氏体相变的合金所具有特殊性的性能,低温时的变形，再通过加热将逆相变恢复原状态的过程。
有研究表明，焊接接头的形状恢复率作者简介：李兵（1984-），男，汉族，辽宁沈阳人,本科，实验师，研究方向：焊接。
NiTi形状记忆合金材料力学性能的试验研究
Ｅｘ ｒｍ ｅ ｔ ｌ ｔ ｄ ｎ ｔ ｅｍ ｅ ｈ ｎｉ ａ ｏ ｅ ｔｅ ｆ Ｔｉ ｐｅ ｉ ｎ ａ ｕ ｙ ｏ ｈ ｃ ａ ｃ ｌ ｓ ｐｒ ｐ ｒ ｉ ｓｏ Ｎｉ
第 ７ 第２ 卷 期
Ｖ０ ． １ ７ Ｎｏ． ２
２１年 ２ ０２ 月
中 国科 技 论 文
ＣＨ Ｎ ＣＩＮＣ Ｐ Ｅ Ｉ ＡＳ Ｅ Ｅ ＡＰ Ｒ
Ｆ ．２ １ 曲 ０２
Ｎｉｉ Ｔ 形状记 忆合金材料 力学性 能的试验研 究
赵 祥 ，王 社 良 ，周 福 霖 ，黄 襄 云 ，赵 西成 ２
ｐ ｒｅ ｔ ｎ ａ ｄ ｄ ｉｉｇ ｆ ｎ ｔ ｎ ．Ｉ ｃ ａ ｉａ ｒ ｐ ｒｉｓ ｈ ｖ ｏ ｌ ａｅ ｅａｉｎ ｈｐ ｗｉ ｍ ａｅ ａ ｏ ｐ ｓｔ ｎ ｅｃ ｐ ｏ ｎ ｒｖ ｕ ｃｉ ｓ ｔ ｍｅ ｈ ｎ ｃ ｌｐ ｏ ｅｔ ａ ｅ ａ ｃ ｍｐｉ ｔｄ ｒｌｔ ｓ ｉ ｔ ｉ ｎ ｏ ｓ ｅ ｃ ｏ ｈ ｔｒｌ ｃ ｍ ｏ ｉｏ ， ｉ ｉ ｍ ａｔｎ ｉ ｏｕ ， ｔｅ ｓｓａｅａ ｄ ｔｍｐ ｒｔｒ ． ｅ ｉｅｅ ｐ ｒ ｅ ｔ ｆｔｍｐ ｒｔｒ ｏ ｔｏ ｎ Ｓ Ａ ｒ ｓａｅｃ ｎ ｕ ｔｄ ｒｅ ｓ ｅｖ ｌｍｅ ｓｒ ｓ ｔｔ ｔ ｎ ｅ ｅａｕｅ Ｔ ｎ ｌ ｘ ｅ ｍ ｎ ｏ ｅ ｅａｕ ｅｃ ｎｒ ｌｏ Ｍ ｓ ｉ ｓ ｗｉｅ ｒ ｏ ｄ ｃｅ ． ｈ ｒ ｒ ｃ ａ ｃ ｌ ｏ ｅｔ ｓｏ ｓ ｐ ｒｌｓｉ Ｓ Ｔ ｅｐ ｉ ａｙｍ ｅ ｈ ｉａ ｒ ｐ ｒ ｅ ｆ ｕ ｅｅａ ｔ Ｍ Ａ ｗｉ ｓａ ｅｉｖ ｓ ｇ ｔｄｗｉ ｃ ｓｏ ｅｉｆ ｅ ｃ ｓｏ ｓ ｃ ａ ｔｒ ｓ ｍ ｎ ｐ ｉ ｃ ｒ ｎ ｅ ｔ ａｅ ｔ ｆ ｕ ｎｔ ｌ ｎ ｅ ｆ ｕ ｈｆｃｏ ｓａ ｅｒ ｉ ｈ ｏ ｈ ｎｕ ｅ ｖｒ ｎ ｎ ａ ｔｍ ｐ ｒｔｒ ，ｏ ｄ ｇｒｔ， ｗａｎ ａ ｐｉ ｄ ｎ ｄｌａ ｉ ｇｃ ｃｅ ｎｔｅｅ ｕｖ ｌｎ ｅ ａ ｔ ｔｆ ｅ ｓｔ ｅｍ ａ ｉ ｍ ｎ ｉ ｍｅ ｔｌｅ ｅ ｕｅ ｌａ ｉ ｅ ｓ ｉ ｍ ｌｕ ｅａ ｏ ａ ｎ ａ ｔ ｏｄ ｎ ｙ ｌｓｏ ｈ ｑ ｉａｅ ｔｓｃ ｎ ｎ ｓ，ｈ ｓ ｉ ｘｍｕ
TiNiCuNi合金的马氏体相变行为分析
图1.2形状记忆效应示意图
图1.3给出了形状记忆效应的基本原理：固定形状的母相试样被加热到Af温度以上，再降到低于Mf温度，并在此温度下将处于马氏体状态下的试样变形，此时，相对外应力有利的马氏体变体择优长大，不利的马氏体变体缩小，通过马氏体的重新取向，造成试样宏观形状发生改变。因热弹性马氏体在晶体学上存在可逆性，故将试样加热到Af温度以上时，宏观变形会完全消失，试样回复到母相时的形状[29]。故热弹性马氏体相
TiNiCuNb alloyswith different Nb contentsshows different deformation behaviorat room temperature.The deformation behavior of Ti50Ni40Cu10 alloy is related to the reorientation of martensite variants.Whenthe Nb content is 5 at.%, the deformation behavior is related to stress-induced martensitic transformation.The addition of Nb element improves the shapememoryeffect. This can be attributed to thestrengtheningof grain refinement and solid-solution due to theadditionof Nb content, which may increases the strength of matrix and suppress the irreversibledislocationmovement during deformation.
TiNi基形状记忆合金马氏体相变预现象研究进展
TiNi基形状记忆合金马氏体相变预现象研究进展蔡小英【摘要】深入了解TiNi基形状记忆合金中特定马氏体相及复杂的多步相转变出现的原因,掌握TiNi基合金的马氏体相变规律,是开发和应用TiNi基形状记忆合金的前提.从弹性常数软化、声子软化及漫散射3个方面阐述了TiNi基形状记忆合金中的马氏体相变预现象,并将之与应变玻璃现象相区分.最后指出了TiNi基形状记忆合金马氏体相变的研究方向.%In-depth understanding of the reasons why specific martensites and complicated multi-step phase transformations in TiNi-based shape memory alloys appear, and grasping of the law of martensitic transformation in TiNi-based alloys are the prerequisite for development and application of TiNi-based shape memory alloys. From the aspects of elastic constant softening, phonon softening and diffuse scattering, the premartensitic precursor phenomena in TiNi-based shape memory alloys are described. And it is also distinguished from strain glass. Finally, the research directions of martensitic transformation in TiNi-based shape memory alloys are pointed out.【期刊名称】《吉林化工学院学报》【年(卷),期】2012(029)007【总页数】4页(P1-4)【关键词】TiNi基形状记忆合金;马氏体相变预现象;马氏体相变;应变玻璃【作者】蔡小英【作者单位】延安职业技术学院机电工程系,陕西延安716000【正文语种】中文【中图分类】TG139.6TiNi基形状记忆合金不仅具有优异的形状记忆效应和超弹性性能，同时还呈现出良好的机械性能、耐磨性、耐腐蚀性、生物相容性及阻尼特性等，已被广泛应用于机械工程、航空航天、医疗、电子、能源等领域［1-2］.如管接头、减震装置、驱动节温器、手机天线以及医学支架和内窥镜等.TiNi基形状记忆合金这些性能的存在与马氏体相变密切相关.马氏体相变是一种位移型、无原子扩散型转变，即相变时由一种晶体结构转变为另一种晶体结构，此种转变是以切变的方式进行的.在马氏体相变研究历史中有一种现象吸引了诸多学者的注意，即马氏体相变预现象.马氏体相变预现象是指，马氏体相变之前，母相中会出现一些异常现象，其与随后形成的马氏体相之间存在着紧密的关系.马氏体相变预现象对深入了解马氏体相变的微观机制起到重要的作用.关于马氏体相变预现象存在的证据已有很多.如弹性常数测量实验［3-6］通常显示，马氏体相变发生之前，弹性常数C'发生软化.中子散射实验［7-8］显示，相变发生之前，TA2声子发生软化，且温度越接近相变温度，声子软化越强烈.X射线衍射实验发现，照片中会出现漫散射及额外的衍射斑点等.TiNi基形状记忆合金中的马氏体相变预现象也非常引人注目.具有形状记忆效应的合金，几乎都是有序结构，而且大部分合金的母相都是体心立方结构，这一类合金被称为β相合金.β相合金可根据其晶体结构的不同分为两类:一类是β1相，其为成分比约为75 25的形如Fe3Al的DO3型有序结构;另一类是β2相，其为成分比约为50 50的如CsCl的B2型有序结构.TiNi基合金的母相具有B2结构.根据合金成分、热处理工艺的不同，TiNi基形状记忆合金的马氏体相变有三种可能的转变途径［9］:(1)淬火态TiNi二元合金发生B2-B19'转变;(2)时效的富镍TiNi合金(时效过程中生成Ti3Ni4颗粒)、退火态冷轧TiNi合金(其中含高密度位错)及TiNiFe合金发生B2-R-B19'两步相变;(3)TiNiCu合金，当Cu含量为7.5%～16%时，合金发生B2-B19-B19'两步相变.TiNi基形状记忆合金均有从B2向B19'转变的趋势.B19'相、B19相及R相为晶体结构不同的马氏体.B19'马氏体相具有独特的晶体结构，它不像大多数β相合金如CuAl，CuZn，AuCd等，具有二维密堆积有序结构，而是呈现三维密堆积有序结构［10］.B19'相、B19相、R相以及不同相变路径的出现可以从相变预现象得到解释.Ren等［11-14］人对TiNi基形状记忆合金进行了大量的弹性常数测量实验，其中包括B2-B19'转变、B2-R转变、B2-B19转变，结果如图1所示.研究发现，对于所有的测试合金，随着温度接近相变温度，弹性常数C'和C44均发生软化.弹性常数C44表示对{001}＜100＞或{001}＜11ˉ0＞切变的抗力.{001}＜11ˉ0＞切变是形成B19'结构所必需的，也就是说弹性常数C44软化是B19'结构出现的原因，这对应于所有的合金最终都转变为B19'相这一事实.B19'结构的出现源于弹性常数C'和C44的共同软化.对于不同相变路径的出现，他们认为这与各向异性因子A(=C44/C')有关.随着温度降低，A降低者，发生B2-B19'转变(淬火态TiNi合金);随着温度降低，A升高者，发生B2-B19(-B19)转变(TiNiCu合金);在相变温度附近，A保持不变者，则会出现B2-R-B19'转变(TiNiFe合金).Ding等［15-16］人采用分子动力学模拟及实验的方法研究了应力诱发马氏体相变前的弹性常数变化行为，结果表明，弹性常数C'也会发生软化.声子色散关系曲线能提供母相格子动力学特征.Otsuka K等人［17］研究了Ti-46.7Ni-3.2Fe合金与Ti-30Ni-20Cu合金的色散关系曲线，如图2所示.Ti-46.7Ni-3.2Fe合金发生B2-R-B19'相变，Ti-30Ni-20Cu合金发生B2-B19-B19'相变.对于这两种合金来说，随着温度接近相变温度，TA2声子与TA1声子均发生软化.不同之处在于，Ti-46.7 Ni-3.2Fe合金的声子色散关系曲线上存在两个小坑，一个在ζ=1/2处，另一个在ζ=1/3处;而Ti-30Ni-20Cu合金的声子色散关系曲线上只有一个小坑，在ζ=1/2处.TA1声子与弹性常数C44对应，弹性常数C44软化是B19'结构出现的原因，也就是说，TA1声子软化预示着母相B2向马氏体B19'转变.Ti-30Ni-20Cu合金中，1/3TA2声子未发生软化，而该合金中也没出现B2-R相变，也就是说，1/3TA2声子软化是出现R相转变的原因.1/2TA2声子软化对应于B19或B19'转变.B19'马氏体的形成需要TA1声子与TA2声子的耦合作用.这种作用的大小可以通过各向异性因子A(=C44/C')来衡量.TiNiCu合金，A较大，并且随着温度接近相变温度，A增加，这意味着TA1声子与TA2声子的耦合作用较弱，结果发生B2-B19转变;TA1声子在B19马氏体状态下继续软化，最终发生B19-B19'转变.同样地，对于TiNiFe合金，TA1声子和TA2声子在R相中继续软化，最终发生R-B19'转变.R相变前的不清晰1/3＜110＞漫散射一直是学者们的争议热点.Wayman［18］等人认为R相变前不清晰1/3＜110＞漫散射的出现是因为存在不清晰相.但这一观点慢慢地被否定了.Murakami等人［19-21］采用原位透射电镜(in-situ TEM)观察了Ti-48Ni-2Fe合金中由相变预现象向R相转变的过程，如图3所示.随着温度接近相变温度，不清晰1/3＜110＞衍射斑点变得越来越清晰(这一过程是连续变化的)，最后定格在1/3＜110＞位置.R相变之前，母相中出现许多纳米畴，随着温度的降低，纳米畴的密度增加，最终形成R相.R相变前的纳米畴不同于其他β相合金马氏体相变预现象中“花呢格子”，这是由于TiNi基形状记忆合金的各向异性因子A较小(约为2)的原因［21］.马氏体相变前的弹性常数软化、声子软化以及漫散射的出现，暗示着母相晶格的内在不稳定性，同时预示着特定马氏体相和马氏体转变的出现，这对深入了解马氏体相变的微观机制是必不可少的.TiNi基形状记忆合金的马氏体相变预现象易与应变玻璃现象相混，二者之间有许多相似之处，如某温度段的动态力学行为等.应变玻璃是通过在铁弹体系中大量掺杂点缺陷获得的.Ren等人［22］在高点缺陷的马氏体体系Ti48.5Ni51.5合金中首次证明了“应变玻璃相”的存在.至今已经在很多高点缺陷马氏体体系中发现了应变玻璃，如［25］.王宇［26］等人对应变玻璃相变的机理提出了理论解释.随机分布的点缺陷引起随机分布的局部应变，这些局部应变破坏了应变的长程有序，导致马氏体相变受到抑制，最终形成应变玻璃相. Ren等人［27］通过研究Ti50Ni47Ni3合金和Ni63Ni37合金的相变行为，对马氏体预现象和应变玻璃之间的关系给出了一个合理的解释.他们认为，马氏体相变前的纳米畴或“花呢格子”不是应变玻璃相;当点缺陷的含量较低时，纳米畴或“花呢格子”对应于未冻结的应变玻璃，随着温度的降低，最终形成马氏体相;当点缺陷的含量较高时，在冷却过程中，未冻结的应变玻璃不能形成马氏体相，转而成为冻结态的应变玻璃.对TiNi基形状记忆合金马氏体相变的研究已取得了重大进展，但仍然存在一些尚待解决的问题.如马氏体相变前的纳米畴或“花呢格子”，是否由点缺陷引起，缺少直接的实验证据;马氏体相变的研究一般是从电子结构、晶体结构、格子动力学3个角度出发的，3者之间往往是独立的，以至于目前对马氏体相变机理没有一个全面的图像;一般采用朗道唯像理论解释马氏体相变出现的原因，但缺少微观解释等.这些均可作为以后研究的方向.Key words:TiNi-based shape memory alloys;Martensite transformation pre-phenomenon;Martensitic transformation;strain glass【相关文献】［1］K.Otsuka，T.Kakeshita.Science and technology of shape memory alloys:New Developments［J］.MRS Bullletin，2002，27(2):91-92.［2］Otsuka K，Ren X.Recent Developments in the Research of Shape Memory Alloys ［J］.Intermetallics，1999，7(5):511-528.［3］M.Stipcich，L.Manosa，A.Planes，et al.Elastic constants of Ni-Mn-Ga magnetic shape memory alloys［J］.Phys.Rev.B，2004，70(5):54115-54120.［4］L.Manosa，M.Jurado，A.Planes，et al.Elastic constants of bcc Cu-Al-Ni alloys ［J］.Phys.Rev.B，1994，49(4):9969-9972.［5］X.Ren and K.Otsuka.The Role of Softening in Elastic Constant C44in Martensitic Transformation［J］.Scr.Mater.，2000，38(11):1669-1675.［6］X.Ren，N.Miura，J.Zhang，et al.A comparative study of elastic constants of Ti–Ni-based alloys prior tomartensitic transformation［J］.Mater.Sci.Eng.，A，2001，312(1-2):196-206.［7］A.Zheludev，S.M.Shapiro，P.Wochner，et al.Precursor effects and premartensitic transformation in Ni2MnGa［J］.Phys.Rev.B，1996，54(21):15045-15050.［8］P.Moine，J.Allain，and B.Renker.Observation of a soft-phonon mode and a pre-martensitic phase in the intermetallic compound Ti50Ni47Fe3studied by inelastic neutron scattering［J］.J.Phys.F:Met.Phys.，1984，14(11):2517.［9］Barsch ndau Theory of the Displacive Phase Transformations in Gold-Cadmium and Titanium-Nickel Alloys［J］.Mater Sci Forum，1999，327(328):367-376.［10］Kudoh Y，TokonamiM，Miyazaki S，etal.Crystal structure of themartensite in Ti-49.2 at.%Nialloy analyzed by the single crystal X-ray diffraction method［J］.Acta Metall，1985，33(11):2049-2056.［11］Ren X，Miura N，Zhang J，et al.A comparative study of elastic constants of Ti-Ni-based alloys prior to martensitic transformation［J］.Mater Sci Eng A，2001，312(1-2):196-206.［12］Ren X，Taniwaki K，Otsuka K，et al.Elastic constants of Ti50Ni30Cu20alloy prior to martensitic transformation［J］.Philos Mag A，1999，79(1):31-41.［13］Ren X，Miura N，Otsuka K，et al.Understanding the martensitic transformations in TiNi-based alloys by elastic constants measurement［J］.Mater Sci Eng A，1999，273-275:190-194.［14］Zhang J，Ren X，Otsuka K，et al.Elastic Constants of Ti-48 at%Ni-2 at%Fe Single Crystal Prior to B2→R Transformation［J］.Mater Trans JIM，1999，40(5): 385-388. ［15］Xiangdong Ding，Tetsuro Suzuki，Xiaobing Ren，et al.Precursors to stress-inducedmartensitic transformations and associated superelasticity:Molecular dynamicssimulations and an analytical theory［J］.Phys.Rev.B，2006，74(10):104111-104121. ［16］Xiangdong Ding，Jian Zhang，Yu Wang，et al.Experimental study of elastic constant softening prior to stressinduced martensitic transformation［J］.Phys.Rev.B，2008，77(17):174103-174109.［17］Otsuka K，Ren X.Physical metallurgy of Ti-Ni-based shape memory alloys［J］.Progress in materials Science，2005，50(5):511-678.［18］Salamon MB，Meichle ME，Wayman CM.Premartensitic phases of Ti50Ni47Fe3［J］.Phys Rev.B，1985，31(11):7306-7315.［19］Murakami Y，Shindo D.Changes inmicrostructure near the R-phase transformation in Ti50Ni48Fe2studied byinsitu electron microscopy［J］.Philos Mag Lett，2001，81(9):631-638.［20］Murakami Y，Shindo D.Abstract Book of JIM Sring Meeting，Narashino.，2001.203(1):350-356.［21］Murakami Y，Shibuya H，Shindo D.Precursor effects of martensitic transformations in Ti-based alloys studied by electron microscopy with energy filtering［J］.JMicroscopy，2001，203:22.［22］Sarkar S，Ren X，Otsuka K.Evidence for Strain Glass in the Ferroelastic-Martensitic System Ti50-xNi50+x［J］.Phys.Rev.Lett.，2005，95(20):205702-205702.［23］Z.Zhang，Y.Wang，D.Wang，et al.Phase diagram of Ti50-δxNi50+x:Crossover from martensite to strain glass［J］.Phys Rev.B，2010，81(4):224102.［24］D.Wang，Z.Zhang，J.Zhang，et al.Strain glass in Fedoped Ti-Ni［J］.Acta Metall，2010，58(13):6206-6215.［25］Y.Zhou，D.Xue，X.Ding，etal.High temperature strain glass in Ti50(Pd50-xCrx)alloy and the associated shape memory effect and superelasticity［J］.Appl.Phys.Lett.，2009，95(12)，151906.［26］Wang Y，Ren X，Otsuka K.Shape Memory Effect and Superelasticity in a Strain Glass Alloy［J］.Phys.Rev.Lett.，2006，97(22):225703.［27］Xiaobing Ren，Yu Wang，Yumei Zhou，et al.Strain glass in ferroelastic systems:Premartensitic tweed versus strain glass［J］.Philosophical Magazine，2010，90:141-146.Abstract:In-depth understanding of the reasons why specific martensites and complicated multi-step phase transformations in TiNi-based shapememory alloys appear，and grasping of the law ofmartensitic transformation in TiNi-based alloys are the prerequisite for development and application of TiNi-based shapememory alloys.From the aspects of elastic constant softening，phonon softening and diffuse scattering，the premartensitic precursor phenomena in TiNi-based shapememory alloys are described.And it is alsodistinguished from strain glass.Finally，the research directions of martensitic transformation in TiNi-based shape memory alloys are pointed out.。
多晶NiTi形状记忆合金中原位应力诱发马氏体相变的研究
多晶NiTi形状记忆合金中原位应力诱发马氏体相变的研究毛圣成;韩晓东;罗俊锋;王俊忠;张泽;WU;M;H【期刊名称】《电子显微学报》【年(卷),期】2006(25)B08【摘要】称为神奇金属的NiTi形状记忆合金由于具有超弹性和形状记忆效应两个优异的性质而广泛地应用于航空航天、工业、生物医学及日常生活当中。
这两个优异性质的物理本质是NiTi形状记忆合金中发生的无扩散型可逆马氏体相变。
现在被广泛应用的NiTi合金几乎全部具有多晶结构。
其力学性能与NiTi的微观结构有着十分密切的联系。
因此从微观角度来研究NiTi合金的马氏体相变行为，对于理解NiTi合金的宏观力学性能。
提高其性能有着十分重要的意义。
本文用扫描电子显微镜（SEM）上配备的背散射电子衍射（EBSD）仪，原位观测到了多晶NiTi 形状记忆合金中的应力诱发马氏体相变，研究了在不同应力状态下NiTi记忆合金中应力诱发马氏体相变的行为，揭示了NiTi记忆合金中应力诱发马氏体相变的微观机制。
【总页数】2页(P114-115)【作者】毛圣成;韩晓东;罗俊锋;王俊忠;张泽;WU;M;H【作者单位】北京工业大学固体微结构性能研究所,北京100022;Memry;Corporation,;Bethel,;CT,;06801,;USA【正文语种】中文【中图分类】TG139.6【相关文献】1.循环应力作用下TiNi形状记忆合金应力诱发相变行为演变的原位研究 [J], 饶光斌;王俭秋;韩恩厚;柯伟2.机械振动抛光FeMnSiCrNi形状记忆合金的应力诱发马氏体相变 [J], 江树勇; 王宇; 邢晓冬; 张艳秋3.机械振动抛光FeMnSiCrNi形状记忆合金的应力诱发马氏体相变 [J], 江树勇;王宇;邢晓冬;张艳秋4.Ti-Ni-Nb宽滞后形状记忆合金的应力诱发马氏体相变行为(英文) [J], 何向明;戎利建;闫德胜;李依依5.应力诱发马氏体相变对TiNi形状记忆合金疲劳过程影响的原位实验观察 [J], 饶光斌;王俭秋;韩恩厚;柯伟因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
Heusler合金Mn2 NiSi的形状记忆行为和磁性
Heusler合金Mn2 NiSi的形状记忆行为和磁性王春香;陈佰树;孙志;陈丽梅【期刊名称】《河南科技大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2015(000)001【摘要】采用基于密度泛函理论的第一性原理，对 Heusler合金 Mn2 NiSi的电子结构和磁性进行了研究。
计算结果表明：从立方结构到四方结构的相变降低了总能量，表明马氏体相是更加稳定的。
随着温度的降低， Mn2 NiSi经历了从奥氏体到马氏体的转变，体积几乎不变，表明了该合金具有形状记忆行为。
磁基态是亚铁磁，Mn（A）和 Mn（B）磁矩是反平行排列的、并且不等。
奥氏体相和马氏体相的总磁矩分别是9．64×10－24 A·m2和2．60×10－24 A·m2。
在这两种结构中，Mn（A）和 Mn（B）是 Mn2 NiSi 总磁矩的主要贡献者。
根据态密度解释了马氏体相变和磁性的产生。
【总页数】4页(P92-95)【作者】王春香;陈佰树;孙志;陈丽梅【作者单位】黑龙江八一农垦大学理学院，黑龙江大庆 163319;黑龙江八一农垦大学理学院，黑龙江大庆 163319;哈尔滨理工大学黑龙江省电介质工程国家重点实验室培育基地，黑龙江哈尔滨 150080;黑龙江八一农垦大学理学院，黑龙江大庆 163319【正文语种】中文【中图分类】O482【相关文献】1.Ni48.7Mn30.1Ga21.2铁磁性形状记忆合金的显微组织和相变行为 [J], 刘金林;王海波2.第一性原理研究Mn2RhZ(Z=In,Sn,Sb)Heusler合金的磁性形状记忆效应 [J], 张淼; 张连水3.Heusler合金磁性纳米线的制备方法及磁性的研究进展 [J], 刘磊;闫泽;李应琛;许云丽;潘礼庆4.Zn掺杂对Heusler型磁性形状记忆合金Ni_(2)FeGa_(1-x)Zn_(x)(x=0-1)电子结构、磁性与马氏体相变影响的第一性原理研究 [J], 孙凯晨;刘爽;高瑞瑞;时翔宇;刘何燕;罗鸿志5.Ni_2MnGa和CuGaMn磁性形状记忆合金及Ti-Nb形状记忆合金 [J],因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
NiTi形状记忆合金的价电子结构分析与马氏体相变
NiTi形状记忆合金的价电子结构分析与马氏体相变
贾堤;董治中
【期刊名称】《原子与分子物理学报》
【年(卷),期】1998(015)003
【摘要】应用固体与分子经验电子理论，对ＮｉＴｉ合金的母相和马氏体相进行
了价电子结构分析，计算了合金在两种状态下的结合能。
计算结果与实验相符很好；在此基础上对ＮｉＴｉ合金的马氏体相变前后的宏观杨氏模量的变化从电子结构角度进行了解释。
【总页数】6页(P421-426)
【作者】贾堤;董治中
【作者单位】天津大学;天津大学
【正文语种】中文
【中图分类】TG139.6
【相关文献】
1.NiTi形状记忆合金的价电子结构及其空间分布模型 [J], 贾堤;费学宁;王德法;董
治中
2.NiTi形状记忆合金中异常的多步马氏体相变研究 [J], 袁斌;梁锦霞;李浩;曾美琴
3.烧结时间对多孔NiTi形状记忆合金时效时马氏体相变的影响 [J], 袁斌;赖铭;梁
锦霞;曾美琴;高岩
4.马氏体相变温度对NiTi形状记忆合金抗磨损性能的影响 [J], 于学勇;潘毅;华征潇;程凤军;杨廷贵
5.NiTi形状记忆合金热弹性马氏体相变的分子动力学模拟 [J], 彭淼;马莹;邓聪颖;赵洋;陈翔
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* 国家自然科学基金( 批准号: 50171015 和 50471066) 资助的课题. E2mail: cw- gong2008@ yahoo. com. cn
2 87 8
相 B2 B19c
物理学 报
55 卷
表 1 B2 和 B19c的点阵参数和原子位置
点阵常数 ( nm)
点阵角
原子位置
Ti
比较( 2) 式和( 4) 式, 应变二次项的系数减少 p,
相对于应变 2 自由能曲线上显示为使曲线下降, 奥
氏体稳定性降低.
由此可见, 第一性原理的计算结果与朗道理论
对温度和应力对相变的分析一致.
41 结 论
图 6 不同温度下朗道自由能密度与切应变的关系
F ( E , T ) = AE 6 - BE4 + ( DT - C) E 2
第 55 卷 第 6 期 2006 年 6 月 100023290P2006P55( 06)P2877205
物理学报
ACTA PHYSICA SINICA
Vol. 55, No. 6, June, 2006 n 2006 Chin. Phys. Soc.
NiTi 形状记忆合金马氏体相变的 第一性原理研究*
图 2 B2 相的 s, p 和 d 的分波态密度
密度分别为 0171 和 0158 态# eV- 1. 0K 下 B2 相费米 面处的态密度为 0161 态#eV- 1, 这与文献[ 18] 计算 结果( 01705 态#eV- 1) 和文献[ 19] 的实验结果( 01875 态# eV- 1 ) 相近. Shabolovskaya[ 20] 认 为费米 面的 Ti d 态决定 B2 点阵的稳定性, 这说明 B2 ) B19c 引起费 米面的漂移和费米面处的态密度的降低, 低温 B19c 马氏体相比高温立方 B2 相具有更高的稳定性.
t < - 1P4, 在 e = 0 处的极小值消失, 即奥氏体失稳. 如果引入外应力的作用, 自由能密度变为
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物理学 报
55 卷
引起体系消耗的自由能. ( 3) 式可表示为 f ( e, t ) = e6 - e4 + ( t + 1P4- p) e2
+ f0( t) ,
( 4)
其中 p 为正系数, RE = pe2.
面 E F 处的态密度升高; 同时可以看出, 随着温度的 降低, 曲线呈现稍微的横向压缩, 这说明随着温度的 降低, 能级的兼并性增加.
图 4 ( a) 不同温度下的总态密度, ( b) 费米面附近的局部放大图
为了研究应力对相变温度的影响, 研究了不同 变形对态密度的影响. 从图 5 可以看出, 随着变形量 的增加, 费 米面 EF 处 的态密 度升高; 同时 可以看
[ 1] Egorushkin V E, Kulkova S E 1982 J . Phys . F: Met . Phys . 12 2823
[ 2] Bihlmayer G, Eibler R, Neckel A 1993 J . Phys. : Condes. Matter . 5 5083
[ 3] Kulkova S E, Valujsky D V, Kim Jai Sam, Lee Geunsik, Koo Y M 2001 Solid State Commun . 119 619
+ F 0 ( T) - RE,
( 3)
其中 R和 E 分别为平均应力和应变. - RE 为外应力
我们用 第一性原理 研究了温 度和应力 对 NiTi 合金马氏体相变的影响, 结果表明, 低温相和高温相 结构相比, 费米面 发生漂移, 费米面处的态密 度降 低; 随着温度的降低和应力的增加, 高温相费米面处 的态密度提高, 能级的兼并性增加, 结构的不稳定性 增加, 促进了相变的发生.
图 1 NiTi 合金 B2 相 0K 和 373K 的总态密度
图 3 为在 373K 下 NiTi 合金 B2 母相和 B19c马 氏体相计算的总的态密度. 从图中可 以看出, B2 ) B19c转变伴随着费米面 EF 处态密度的降低, 在费米 面处总的态密度降低幅度约为 30% , B19c的 EF 到 导带谷底的距离相对于 B2 改变了约 012eV, 这说明 相变使得费米面发生微小的漂移. 虽然不同的作者 得到的费米面处的态密度在数值上有一定的差异, 但是在马氏体相变过程中, 费米面处的态密度降低 这一规律是相同的. 从图 3 态密度变化看, 由Ti d 态 决定的右侧峰降低较多, 而在 Ni d 态决定的左侧峰 降低较少. 373K 条件下 B2 和 B19c 相费米面处的态
关键词: NiTi, 电子结构, 第一性原理计算, 相变 PACC: 6470K, 7115, 7120C
11 引 言
NiTi 合金具有丰富的相变现象、优异的形状记 忆效应和超弹性能、良好的力学性能、耐腐蚀性和生 物相容性以及高阻尼特性, 在机械、航天、电子、能 源、生物医学等诸多领域得到了广泛的应用. NiTi 合 金的形状记忆效应和超弹性主要与热或应力诱发的 弹性马氏体相变及其逆相变相关. NiTi 合金的马氏 体相变与其电子结构密切相关[ 1 ) 4] . 在高温下, TiNi 的晶体结构为立方 B2 结构( Pm3m) , 在低温下, 它 的晶体结构转变为单斜 B19c结构( P 21Pm) , 在室温 附近( TM= 333K) [ 5] , 会发生 B2 y B19 马氏体相变.
度下和不同变形后的 NiTi 合金 B2 相的电子结构进 行研究, 从而从电子结构方面揭示应力和温度对马 氏体相变的影响机理.
21 计算方法和模型
文中采用的晶格数据为实验值, B2 相[ 5] 和 B19c 相( KTMO 模型[17] ) 结构参数及原子位置见表 1. 计 算 工 作 采 用 CASTEP ( Cambridge serial total energy package) 软件. 它以密度泛函理论( DFT) 和分子动力 学( MD) 为理论基础, 可以通过第一性原理方法计算 单点能, 进行几何优化和分子动力学优化, 是目前材 料科学计算机模拟实验中最先进、最重要的赝势能带 计算方法之一. 对不同温度的电子结构利用分子动力 学( MD) 对结构模型 进行优化, 在 优化过程 中使用 Langevin 恒温恒体积(Langevin NVE) , Langevin 常数为 011ps, 时间步 长为 011fs, 总 步数为 1000; 同时, 对 B2 相点阵沿 x 轴进行 4% , 6% , 8% , 10% 的变形. 对 优化后的结构和变形后的结构进行单点能的计算, 计算 过 程 中 采 用 规 范 保 持 赝 势 ( norm2conserving pseudo2potential ) , 用 广泛 梯 度 近似 ( general gradient approximation, GGA) 来处理 交换相关能部 分, 交换 相关势的公式采用 Becke2Perdew2Wang ( PBE) 给出 的形式, 倒空间中 k 点间的距离选为 01004nm- 1.
出, 随着温度的降低, 能级的兼并性增加, 这与降低 温度对 B2 相的影响规律一致.
在费米面形 B2 的总态密度, ( b) 费米面附近的局部放大图
一个重要指标, 态密度越高, 能带越窄, 结构越不稳 定. 从在室温附近, 温度对态密度的影响来看, 随着 温度的降低, 结构越来越不稳定, 更易向稳定结构转 变, 从而诱发相变. 从变形量对温度的影响来看, 随 着变形量的增加, 结构的稳定性降低, 这相当于提高 了相变温度. 总之, 降低温度和增加变形都可以诱发 马氏体相变.
宫长伟 王轶农 杨大智
( 大连理工大学材料系, 大连 116024) ( 2005 年 3 月 18 日收到; 2005 年 12 月 8 日收到修改稿)
为了理解 NiTi 形状记忆合金马氏体相变的机理, 基于密度泛函的第一性原理研究了温度和应力对电 子结构的 稳定性的影响. 通过对态密度的分析, 发现随着温度的降低和变形的增加, B2 相的态密度升高, 能级兼并性提高, 从 而导致结构的稳定性降低, 促进相变的发生.
Ni
a c= 3. 014 a m= 2. 898 bm= 4. 108 cm = 4. 646
Ac= 90b Am = 90b Bm= 97. 78b Cm= 90b
0, 0, 0 01 4176, 0125, 01 2164
015, 01 5, 015 01 0372, 0125, 016752
的自由能密度. 通过一定的变换, 自由能密度函数表 示为
f ( e, t ) = e6 - e4 + ( t + 1P4) e2 + f 0 ( t ) , ( 2) 式中, f , t , e 分别为无量纲的约化能量密度、温度和 切应变, f 0( t ) 为纯母相的约化能密度.
由图6可见, 温度 t 在1P12以上时, 曲线只在 e = 0 有一极小值, 即奥氏体是唯一稳定相. 在 0 < t < 1P12 温度范围内, 除奥氏体极小值外又出现了两个极 小值, 代表马氏体的两个变体. t = 0 时, 马氏体与奥 氏 体 的 能 量 相 等, 相 当 于 相 变 温 度 TC 点. 当