Heusler合金Mn2 NiSi的形状记忆行为和磁性

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。     

Heusler合金Mn_2NiSi的形状记忆行为和磁性

采用基于密度泛函理论的第一性原理,对Heusler合金Mn2NiSi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,Mn2NiSi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9.64×10-24A·m2和2.60×10-24A·m2。在这两种结构中,Mn(A)和Mn(B)是Mn2NiSi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。     

Heusler合金Mn_2NiAl物性的密度泛函理论研究

基于密度泛函理论架构下的第一性原理方法,对Hg_2CuTi型Mn_2NiAl的能量随四方变形的变化、晶格常数、磁矩、电子态密度、体弹模量等进行了计算.结果表明:i)在四方变形过程中,在c/a接近1及1.24附近各存在一个稳定的状态,分别对应于奥氏体态和马氏体态. ii)在奥氏体和马氏体两态下, Mn_2NiAl的总磁矩主要是由Mn原子提供, A、B晶位Mn原子的磁矩呈现为亚铁磁结构. iii)在奥氏体和马氏体两态下, Mn(A)或Mn(B)原子自旋向上和自旋向下的态密度形成较大的自旋劈裂,产生较大的磁矩.处于不同晶位的两个Mn原子之间的d-d直接交换作用较弱,维持了它们之间的反铁磁耦合,而处于同一晶位的Mn原子之间的铁磁耦合是由Al原子的s电子为媒介的间接交换作用来维持,此即为Mn2NiAl亚铁磁结构形成的机制. iv)Mn_2NiAl的抗压缩性比Ni_2MnGe, Ni_2MnGa和Ni_2MnB的均小.     

第一性原理研究Mn2RhZ(Z=In,Sn, Sb)Heusler合金的磁性形状记忆效应

运用基于密度泛函理论的第一性原理,对3种 Heusler合金Mn₂RhZ(Z=In, Sn, Sb)的原子占位、晶体结构、晶格畸变和磁学性质等性能进行了研究.结果表明, Hg₂CuTi型结构3种Heusler合金相比Cu₂MnAl型结构表现得更为稳定;在由立方结构至四方结构的变形中,Mn₂RhZ(Z=In, Sn, Sb)分别在c/a=1.38,1.29,1.29处出现总能量的最小值,分别对应稳定的马氏体相;Mn₂RhZ(Z=In, Sn, Sb)的总磁矩主要源于Mn原子磁矩,奥氏体相下Mn₂RhSb合金中的2个Mn原子磁矩呈现反平行耦合,表现出铁磁性,而在奥氏体、马氏体相下Mn₂RhZ(Z=In, Sn)以及马氏体相下Mn₂RhSb合金表现出亚铁磁结构,因而Mn₂RhZ(Z=In, Sn, Sb)是潜在的具有磁性形状记忆效应的合金材料.     

Heusler合金Mn2NiAl的电子结构、 磁性质及四方变形的第一性原理

利用基于密度泛函理论的第一性原理, 计算Mn₂NiAl的晶体结构、 四方变形、 磁性、 电子结构和压力响应. 计算结果表明: Mn2NiAl在立方奥氏体相的平衡结构为铁磁态MnMnNiAl型结构, 其中Mn原子占据A和B不等价晶位; 在由立方结构向四方结构的变形中, 在c/a≈1.24处存在一个稳定的马氏体相; 在奥氏体相和马氏体相下, Mn原子对Mn2NiAl总磁矩的贡献最大,  Mn(A)和Mn(B)原子磁矩的值不等并呈反平行耦合, 且Mn(A)-d和Mn(B)-d的投影态密度在费米面附近交叠均较少,     

Ni_2MnIn合金电子结构和微观磁性的第一原理计算

利用基于密度泛函理论的第一原理赝势法,研究了Ni2MnIn合金Heusler结构和四方马氏体结构的晶体结构参数、电子结构及微观磁性特征.通过对能带、各原子轨道磁矩和分波态密度(PDOS)的计算分析,发现二种结构中各原子的原子轨道磁矩、元胞轨道磁矩、元胞体积均变化不明显,两相均具有明显自旋极化现象.计算表明:四方马氏体相变导致Ni2MnIn元胞费米能下降0.495eV;Ni2MnIn结构中,In原子具有弱抗磁性,晶胞磁矩为Mn原子轨道磁矩所主导,约占元胞总轨道磁矩85%,Ni原子轨道磁矩贡献约占元胞总轨道磁矩15%.理论计算结果与其他理论值进行了对比.     

Sb含量对Ni46Mn41In13-xSbx结构、相变和磁性的影响

系统地研究了铁磁形状记忆合金Ni_(46)Mn_(41)In_(13-x)Sb_x(x=0,2,4,6,8,10,12,13)的结构、相变和磁性能.研究表明:系列合金仍然为L21立方结构,原子排列有序度有所提高.居里温度和马氏体逆相变温度在x6时均随x的增大而逐渐降低;在x6时均随x的增大而逐渐升高.磁化强度-温度曲线显示,Sb对In的替代引起主族元素p轨道和过渡族金属d轨道之间p-d轨道杂化作用改变,导致Ni_(46)Mn_(41)In_(13-x)Sb_x奥氏体和马氏体磁化强度变化趋势随Sb含量的增加出现反转.     

Ni_（50-x）Mn_（10＋x）Ga_（30）Cu_（10）系列Heusler合金的结构、马氏体相变和磁性研究

通过实验和第一性原理研究了Ni50-xMn10＋xGa30Cu10（x=0-10）系列Heusler合金的结构、马氏体相变和磁性.实验研究发现,当用Mn原子在化学上替换Ni原子,合金的晶格参数随成分线性增大,相应体系的马氏体相变温度线性降低;理论分析认为,体系合金的单胞尺寸和电子浓度的共同作用使马氏体相变温度随成分变化线性降低直至消失;体系中Mn对Ni原子的替换使交互作用较强的Ni（A,C）-Mn（B）原子对逐渐形成,这增强了磁性原子间总的交换耦合作用,实验观测到体系合金的居里温度随成分逐渐上升.基于KKR-CPA-LDA的第一性原理计算结果表明,在体系合金中Mn原子磁矩始终与Ni原子磁矩保持铁磁排列,且Mn原子为体系分子磁矩的主要贡献者,因此体系合金的分子磁矩随Mn原子数量线性增加,这与实验结果相一致.     

半Heusler形状记忆合金Ni50-xMn38＋xSb12的磁卡效应研究

用熔炼和退火的方法制备了Ni50-xMn38+xSb12(x=-1,0,1,2)半Heusler形状记忆合金.通过X射线衍射及磁性测量的手段,对样品进行了研究.结果表明,Ni50-xMn38+xSb12(x=-1,0,1,2)系列合金均具有两个相变,低温为马氏体结构相变,高温为从铁磁性到顺磁性的转变.在278 K,5 T磁场下样品Ni49Mn39Sb12合金的磁熵变可达21.68 J/(kg·K).     

SmMn2Ge2和GdMn2Ge2中的自发磁相变和场诱导的磁相变

在 1 0～ 80 0K的温度范围内用X射线衍射方法测量了SmMn2 Ge2 和GdMn2 Ge2 的晶格常数与温度的变化关系 .实验结果表明 :在各种类型的自发磁相变温度处观察到晶格常数的磁弹性异常现象 ;Mn Mn间的交换相互作用能不仅与晶格常数a有关 ,而且与晶格常数c有关 .此外 ,在 2 7T的脉冲强磁场中测量了SmMn2 Ge2 及GdMn2 Ge2 的磁致伸缩 ,在这 2种化合物中观察到了场诱导的一级磁相变 .     

四元全赫斯勒合金FeCrMnSi的磁性和力学性质

采用第一性原理计算方法对四元全赫斯勒合金FeCrMnSi的电子结构、半金属性和磁性,以及力学性能进行了理论计算。计算结果表明,该合金是一种半金属亚铁磁性材料,具有100%的自旋极化率,平衡晶格常数为5.594?。合金具有良好的磁性,磁性来源于Fe-3d、Cr-3d和Mn-3d轨道的电子自旋以及它们之间的相互杂化作用。研究合金的磁性和晶格常数之间的关系发现,Mn原子和Cr原子的磁矩随晶格常数的改变发生明显变化,但是由于Cr原子和Mn原子磁矩的反向耦合作用,导致合金的总磁矩不变,说明外力作用对合金磁性没有影响。通过对力学性能的研究发现,该合金具有良好的力学延展性,是一种各向异性材料。     

Ge含量对Fe—24%Mn合金γ→ε马氏体转变的影响

通过X射线衍射（XRD）、拉伸性能的测定,分析了Ge对Fe-24%Mn形状记忆合金γ相点阵参数和马氏体转变的影响。发现随着Ge含量的上升,Fe-24%Mn合金γ相点阵参数增大,Fe-24%Mn合金的γ→ε马氏体相变有明显抑制作用,γ奥氏体相趋于稳定,合金的拉抻强度和屈服强度逐步降低,塑性上升。尽管Ge与Si具有相同的外层电子结构,且原子半径都比Fe小,但两者对奥氏体的点阵参数影响完全相反,Si降低γ相点阵参数能促进γ→ε马氏体相变,Ge增加γ相的点阵参数却抑制相变。     

Heusler合金Mn_2V_(0.5)Co_(0.5)Al的晶体结构与磁性能研究

本文在三元Heusler合金Mn_2VAl的基础上掺杂Co原子得到四元合金Mn_2V_(0.5)Co_(0.5)Al,基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理赝势方法结合广义梯度近似(GGA),对四元Heusler合金Mn_2V_(0.5)Co_(0.5)Al的电子结构、磁性及半金属特性进行计算。结果表明,Co原子掺入能抑制Mn_2V_(0.5)Co_(0.5)Al四元合金体系无序结构的形成,该四元合金是一种具有磁矩完全补偿的半金属材料,平衡晶格常数为0.5747 nm,具有100%自旋极化率,半金属特性较好,总态密度来源于Mn~1-3d、Mn~2-3d、Co-3d、V-3d轨道的电子自旋及其相互杂化作用。此外,当晶格常数在0.57～0.59 nm范围内变化时,Mn_2V_(0.5)Co_(0.5)Al合金仍能保持磁矩完全补偿性和半金属性。     

Mn_(50)Ni_(32–x)Cu_xCo_8Ti_(10)合金条带马氏体相变和磁热效应

本文主要研究了Cu取代和退火等因素对全过渡族Mn_(50)Ni_(32–x)Cu_xCo_8Ti_(10)(x=1, 2)合金条带马氏体相变行为和磁热性能的影响.研究发现, Cu取代后,合金马氏体相变温度往低温方向移动,且对Cu含量非常敏感;同时奥氏体铁磁性增强,导致相变前后磁化强度突变增大;发生明显的磁场驱动变磁性马氏体相变;磁熵变随着Cu含量的增加而逐渐增大,尤其是有效制冷能力相对于Cu取代前样品成倍增大.本文以x=1样品研究了退火对马氏体相变的影响,退火后,合金马氏体相变变得缓慢,奥氏体铁磁性减弱,相变前后磁化强度突变减小,磁场驱动变磁性变弱,由此导致磁熵变大幅度减小,但由于制冷温区成倍增大,致使有效制冷能力几乎不减小.本文从过渡元素取代导致3d电子之间相互作用的改变和退火导致γ相的析出分别讨论了Cu取代和退火影响合金马氏体相变的物理机制.     

铁磁形状记忆合金Mn_(50)Ni_(36)Sn_9Co_5中的动力学阻止和去阻止

用甩带快淬的方法制备了Mn50Ni36Sn9Co5合金.X射线衍射实验结果表明,Mn50Ni36Sn9Co5甩带合金在室温下为B2结构.磁性测量结果显示,当冷却场高于10 k Oe时,Mn50Ni36Sn9Co5甩带合金的磁结构相变在50 K时会发生动力学阻止.通过计算10 K时冻结的奥氏体相的成分比例发现,在0~90 k Oe范围内调节冷却场的大小,在低温被冻结的奥氏体相所占的比例可以在0%~50%范围内变化.此外,磁性测量结果还表明经过高场冷却冻结到低温的奥氏体相在给定温度下降低磁场或降低磁场后升温,这两个过程都能产生去阻止现象,但是两者都不能使其完全去阻止.     

Fe-24Mn-Ge合金的顺磁-反铁磁及γ→∈马氏体转变

通过磁化率、电阻率和组织结构分析及形状记忆效应测定等手段研究了 Fe- 2 4 Mn- Ge合金顺磁 -反铁磁转变和 γ→ ε马氏体转变 .结果表明 :Ge降低尼耳温度 (TN)的同时增加合金的磁化率 ,尼尔点所对应磁化率峰值随 Ge含量的上升变高变尖 ,并促使合金由泡利顺磁性向具有局域磁矩的居里 -外斯顺磁性转变 .Ge还显著提高 Fe- 2 4 Mn合金奥氏体与 ε马氏体的电阻率 ,且提高 ε马氏体电阻率作用明显大于奥氏体 .Ge含量升高时 ,ε马氏体量明显减少 ,同一晶粒内 ε马氏体相互交截程度减弱 ,表明 Ge抑制 Fe- 2 4 Mn合金的 γ→ ε马氏体转变 ,但 Ge对 Fe- 2 4 Mn合金的形状记忆效应影响并不显著     

Ti_(51)Pd_(30)Ni_(19)合金的相变及力学性能特征

制备了 Ti51Pd30 Ni19高温形状记忆合金 .利用高温 X射线衍射 (XRD)分析及热分析 (DSC)研究了合金的相变过程 ,并对其在不同加载条件下的力学性能进行了测试 .结果表明 ,合金的马氏体相变开始温度可达 2 1 2°C,合金在马氏体及奥氏体状态下具有不同的屈服强度及形变强化能力 .在室温下 ,合金的形状记忆性能随拉伸变形量的增大而降低 .获得了该合金的伪弹性 :在奥氏体转变结束温度附近进行拉伸循环 ,三次加载 -卸载循环后即可获得稳定的弹性滞后回线 .     

温度和气氛对锰稳定氧化锆立方相稳定性的影响

研究了采用传统的固相反应法制备具有单一立方相结构的锰稳定氧化锆陶瓷,并对影响锰稳定立方氧化锆稳定性的温度和气氛进行了分析.结果表明:当锰的掺杂量(原子分数)为20%时,氧化锆为单一立方相结构.对于具有立方相结构的氧化锆固溶体的相稳定研究发现,在1 000℃以上的高氧分压条件下,立方相易发生向单斜相相变;在1 000℃低氧分压的条件下,立方相结构相对稳定;在温度低于800℃条件下,无论氧分压的高低,立方相均能稳定存在,只是在高分压氧下伴随立方相晶格常数的减小及Mn元素价态的变化.     

Fe对Ni-Mn-Ga形状记忆合金相变和力学性能的影响

研究了Fe含量对Ni56Mn25 xFexGa19(x=0～10)合金的微观组织结构、相变行为、力学性能和记忆特性的影响规律.当x 4时,Ni56Mn25–xFexGa19合金仍然保持着单一的四方结构马氏体相;当x 6时,合金呈现为马氏体相和面心立方γ相组成的双相结构.相对于马氏体相,γ相为富Ni和富Fe相,其含量随Fe含量的增加而增加.随着Fe含量增加,合金的马氏体相变温度逐渐降低,其峰值温度从x=0时的356℃降低至x=10时的170℃,这主要归因于马氏体相尺寸因素和电子浓度的综合作用.通过添加Fe替代Mn在合金中引入的γ相可提高合金的强度和塑性,但最大形状记忆回复应变从x=0时的5.0%降低到x=6时的2.0%.     

Ti_(51)Pd_(30)Ni_(19)合金的相变及力学性能特征

制备了 Ti5 1 Pd30 Ni1 9高温形状记忆合金 .利用高温 X射线衍射 (XRD)分析及热分析 (DSC)研究了合金的相变过程 ,并对其在不同加载条件下的力学性能进行了测试 .结果表明 ,合金的马氏体相变开始温度可达 2 12℃ ,合金在马氏体及奥氏体状态下具有不同的屈服强度及形变强化能力 .在室温下 ,合金的形状记忆性能随拉伸变形量的增大而降低 .获得了该合金的伪弹性 :在奥氏体转变结束温度附近进行拉伸循环 ,三次加载 -卸载循环后即可获得稳定的弹性滞后回线 .