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。     

磁形状记忆合金Mn_2NiGa的第一性原理计算

Mn_2NiGa磁形状记忆合金立方奥氏体相因在室温下具有可逆马氏体相变,同时居里温度高达588 K,在高温下具有优异的磁热效应,因而在相应的学术领域和应用领域中具有重要的研究价值。掌握Mn_2NiGa磁形状记忆合金的原子占位、结构相变、磁性质和弹性常数是实现Mn_2NiGa合金磁形状记忆性能优化的关键。采用目前国际上较为先进的第一性原理精确Muffin-Tin轨道方法,系统计算研究了0 K下Mn_2NiGa合金立方奥氏体相与四方马氏体相的晶格结构参数、磁矩、弹性常数、电子结构及总能。研究结果表明,Mn_2NiGa合金立方奥氏体相具有Hg_2CuTi型晶格结构,而非传统Ni_2MnGa的L2_1结构;Mn原子是合金总磁矩的主要提供者,且2种Mn原子磁矩呈反平行排列;奥氏体相的剪切模量(C′=(C_(11)-C_(12))/2)小于0,因而低温下立方结构不稳定,可以发生由立方相到四方相的马氏体相变;根据Jahn-Teller效应,低温下四方相相对于立方相的稳定性,主要源于2种Mn和Ni原子分别与Ga原子的共价结合作用。上述理论结果有望为Mn_2NiGa合金性能的进一步优化提供理论指导。     

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_（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.     

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.     

Fe-24Mn-Ge合金的顺磁-反铁磁及γ→ε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-24Mn-Ge合金顺磁-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-24Mn合金奥氏体与ε马氏休珠电阻率，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-24Mn合金的γ→ε马氏体转变，但Ge对Fe-24Mn合金的形状记忆效应影响并不显著。     

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.     

热处理对NiAlMn高温形状记忆合金相变行为的影响

研究了热处理和热循环Ni－Al－30Mn高温形状记忆合金相变行为的影响。结果表明：（1）在600－1100℃固溶淬火时，随固溶温度升高，该合金的马氏体相变温度升高；在1000℃固溶淬火后，马氏体相变开始温度和马氏体逆相变结束温度为分别为465℃和549℃，（2）在1000℃固溶处理处理和400℃时效处理后，该合金可获得良好的相变特性；热循环使相变行为的稳定性提高。（3）该合金的淬火组织由马氏体和γ相组成，其中马氏体的体积约占60％，马氏体的硬度高于γ相，时效处理后合金的相组成未变，硬度有所增加。     

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.     

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.     

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     

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。     

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.     

全d族Ni–(Co)–Mn–Cu–Ti合金马氏体相变、力学性能和磁性能的第一性原理计算

全 d 族 Ni–Mn–Ti 基 Heusler 合金作为一种新型的智能材料,因其丰富的物理性质被广泛关注。与传统 Ni–Mn 基合金不同,Ni–Mn–Ti 基 Heusler 合金的d–d轨道杂化取代p–d 轨道杂化,提高了合金的塑韧性,解决了传统Ni–Mn 基合金固有脆性大、力学性能差的问题。由于卓越的机械性能和相变过程中较高的熵变,Ni–Mn–Ti 基合金在超弹性和弹热制冷方面具有广阔的研究前景。Cu掺杂和Cu–Co共掺Ni–Mn–Ti 合金的研究很少,本文旨在为Ni–Mn–Ti 基合金的成分设计提供理论支持。本文通过第一性原理计算对Ni₂Mn_1.5?xCu_xTi_0.5 (x = 0.125, 0.25, 0.375, 0.5) 和 Ni_2?yCo_yMn_1.5?xCu_xTi_0.5 [(x = 0.125, y = 0.125, 0.25, 0.375, 0.5) 和 (x = 0.125, 0.25, 0.375, y = 0.625)]合金系的马氏体相变,力学性能和磁性能进行了系统研究。Ni–(Co)–Mn–Cu–Ti合金马氏体的形成能始终低于奥氏体的形成能,表明合金均能发生马氏体相变。Ni₂Mn_1.5?xCu_xTi_0.5 和 Ni_2?yCo_yMn_1.5?xCu_xTi_0.5 (y < 0.625)合金的奥氏体和非调制马氏体都是反铁磁态的,当y = 0.625时, Ni_2?yCo_yMn_1.5?xCu_xTi_0.5合金的奥氏体由反铁磁态转变为铁磁态,而马氏体保持反铁磁态,马氏体相变时合金会伴随磁性的突变,即发生磁—结构耦合现象,这是合金具有磁热效应的物理基础。掺Cu能降低Ni–(Co)–Mn–Ti合金的热滞后和各向异性。提高Mn的含量并且降低Ti的含量能提高Ni–Mn–Cu–Ti合金抗剪切和抗正应力的能力,但会降低韧性。就延展性而言,Ni–Mn–Cu–Ti 和 Ni–Co–Mn–Ti合金强于Cu–Co共掺合金。     

Mn_（50）Ni_（39）Sn_（11-x）Al_x合金的磁相变及磁卡效应

Ni-Mn基铁磁Heusler合金的巨大磁卡效应使其在磁制冷方面具有良好的应用前景.磁熵变是磁卡效应的重要量度,根据麦克斯韦关系,磁熵变不仅与马氏体相变前后磁矩的变化大小△Msf有关,而且与马氏体相变温度跨度（Martensitic Transition Temperature Range,MTTR）有关.本文中,我们制备了Mn50Ni39Sn11△xAlx（x=0,1,2）系列合金样品,发现随着Al含量的升高,虽然△Msf减小,但MTTR随Al含量增加的减少更快,使得（△Msf/MTTR）值增大,从而获得较大的磁熵变△SM.以上结果表明除增大△Msf外,降低MTTR值也是提高材料磁卡效应的有效方法.     

快淬速度对Nd2Fe14B/α-Fe纳米晶双相复合稀土永磁材料相结构和磁性能的影响

采用熔体快淬法在不同快淬速度下制备了Nd8Fe86B6合金中Nd2Fe14B/α-Fe双相复合纳米晶薄带．用X射线衍射仪（XRD）和振动样品磁强计（VSM）测量了薄带的相结构和磁性能．结果表明：Nd8Fe86B6合金的最佳快淬速度为18m/s，在此条件下制备的合金薄带平均晶粒尺寸细小．综合磁性能好；合金薄带的平均晶粒尺寸为24．4nm，磁性能为Br=0．69T。Br/Bs=0．66。Hc=296．1kA/m．     

基于密度泛函理论的L2_1型Ni_2MnGe第一原理计算

运用MaterialsStudio6.0程序CASRTEP软件包建立L21型Ni2MnGe单胞和1×1×5的Ni2.25Mn0.75Ge超胞模型,采用GGA-PBE-TS近似,得出能带结构和态密度曲线。由Ni2MnGe单胞的能带结构和态密度图可以看出自旋向上和自旋向下的能带都没有出现带隙,说明Ni2MnGe单胞具有金属性,在费米能级附近不同自旋能带具有明显差别,从而导致Ni2MnGe具有较大磁性;通过分析1×1×5的Ni2.25Mn0.75Ge超胞的能带结构和态密度图可以得到同样的结论,即Ni2.25Mn0.75Ge具有金属性,在费米能级附近不同自旋能带具有明显差别,从而导致Ni2MnGe具有较大磁性。2种晶体中Ni原子自旋向上和自旋向下的态密度占据量几乎相同,因此Ni原子的磁矩很小,而Mn原子d轨道的电子几乎全部局域在自旋向上的态密度中,因此Mn原子磁矩较大。Ni2.25Mn0.75Ge中Ni(A)与Mn存在p-d杂化,比Ni2MnGe中p-d杂化作用更强,这是由于Ni替换了Mn的缘故。     

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).     

锰对中锰耐磨钢组织形态及相变的影响

通过DIL805A热分析仪、扫描电子显微镜、电子背散射衍射、透射电子显微镜、力学分析等方法研究Mn对中锰耐磨钢组织形态、相变及力学性能的影响.随着Mn的质量分数以2％的增量从3％提高到9％,室温奥氏体含量逐渐增多,抗拉强度及硬度逐渐降低,抗拉强度和室温奥氏体体积分数都在5％到7％时变化明显,马氏体与奥氏体的位向关系发生改变,马氏体形态类型逐渐由亚结构以位错为主的板条状α马氏体变化为亚结构以位错、相变内孪晶和层错为主的束状细片α马氏体和细片状ε马氏体.     

Fe_（1－x）Ni_x合金超细微粒的磁性及穆斯堡尔谱研究

气相蒸发法制备的Ｆｅ１－ｘＮｉｘ合金超细微粒，平均粒径约为２０ｎｍ。利用振动样品磁强计、ｘ射线衍射分析仪以及穆斯堡尔谱仪分析了样品的磁性、相组成随ｘ的变化关系。结果表明：８０Ｋ和２９５Ｋ温度下，ｘ＝０．１０样品为铁磁性的ｂ．ｃ．ｃ结构马氏体相与顺磁性的ｆ．ｃ．ｃ结构奥氏体相共存；当ｘ＝０．２５～０．３０，样品中只单独存在ｆ．ｃ．ｃ结构的顺磁相；ｘ≥０．５０时，样品为ｆ．ｃ．ｃ．结构的顺磁相和铁磁相共存。顺磁相被认为是反铁磁相温度超过Ｎｅｅｌ点形成的。磁性随ｘ的变化趋势与块材基本一致