难熔元素合金化NiAl合金的第一性原理计算

基于密度泛函理论,研究了合金元素Zr、Hf、Nb、Ta对NiAl合金的电子结构、力学性能和热学性能的影响,分析了合金相的晶胞参数、态密度、韧脆性以及焓、自由能、熵、德拜温度和热容。研究表明:Zr、Hf、Nb和Ta在晶胞结构中都倾向于取代Al位点,合金化后晶胞的晶格参数和晶胞体积均增加到不同程度。态密度图显示0～20 eV能量范围内,态密度分布均较为平均,没有局域的态密度(density of states, DOS)尖峰,-10～0 eV能量区间内态密度均出现最强峰。由柯西压力值判断,Zr、Hf、Nb、Ta的加入均使柯西压力值增大,且合金相模量比(ratio of shear modulus to bulk modulus,G/B)的值均小于0.57,合金相表现出相对韧性。在0～1 700 K温度范围内,合金相的焓、熵均随温度的升高而增大,当温度高于400 K时,合金相的德拜温度均趋于420 K;随着温度的升高,合金相的热容值均趋近于杜隆-珀蒂极限值,表明合金化后结构体现出良好的热力学性能。     

合金化元素在B2-NiTi中占位的第一原理计算

基于密度泛函理论,采用第一原理赝势平面波方法-CASTEP程序,计算了NiTi-M(M=Pd、Au、Hf、Pt、Zr)合金体系的几何与电子结构.通过合金形成热的计算分析发现:Pt优先占据B2-NiTi晶体中Ni原子位,Pd、Au、Hf和Zr则优先占据Ti原子位.通过对这些元素合金化后形成的Ni7Ti8M和Ni8Ti7M晶体结构的电子态密度的分析,说明了Pd、Au、Hf、Pt、Zr在B2-NiTi中的占位优先趋势.     

热力学训练对TiNi形状记忆合金相变特征的影响

作者通过约束热处理及热力学训练方法，得到了具有加热时伸长—冷却时收缩双向记忆效应(TWSME)的TiNi形状记忆合金弹簧．在训练过程中，作者用示差扫描量热法(Differential Scanning Calorimetry,DSC)研究了不同热力学训练的试样．结果表明，随着训练循环次数的增加，TiNi合金逆马氏体相变点升高，马氏体相变点下降，相变滞后增大，并在一定的热力学训练次数之后不再随训练次数的变化而变化．训练次数对逆马氏体相变点的影响和对双向记忆恢复率的影响趋势一致，作者认为那是由于在训练过程中引入的位错所致．     

铀锆合金的电子结构和化学键的第一性原理研究

基于密度泛函理论系统地研究了铀锆合金(γ-UZr和δ-UZr2)的晶体结构、电子结构及化学键性质。鉴于U-5f电子的强关联性,使用局域密度近似(LDA)和LDA+U(U=4eV)方法对比研究了铀锆合金的基态性质。尽管这两种方法计算所得的晶格常数均略小于实验值,但总体上与实验还是符合的很好。与纯LDA相比,加U=4eV的计算结果显示5f电子的库仑排斥作用对合金体系电子态密度分布的影响极小。因此可忽略U-5f的库仑排斥作用。两种构型合金体系的总态密度分布表明它们在费米能级附近的电子占据主要是U-5f和Zr-4d,并有明显的杂化。在γ-UZr和δ-UZr2中,U—Zr键间均显示微弱的共价性,其中U—Zr2共价性最强(0.048e/au3),U—Zr次之(0.040e/au3),U—Zr1最弱(0.032e/au3),而δ-UZr2中的Zr1离子性最强。     

富Ti-TiNi形状记忆合金薄膜的析出相与相变

研究溅射富Ti－TiNi合金薄膜中的析出相及相变温度随退火温度和时间的变化规律;同时对富Ti－TiNi合金薄膜的马氏体相变温度比块村富Ti－TiNi合金及富Ni－TiNi合金薄膜低的原因进行讨论．     

Al-Mg-Si合金相界面的键特征与强化作用

对Al-Mg-Si合金中主要析出相β(Mg2Si)以及纯硅晶胞的键电子密度计算,结果表明硅晶胞中最强的Si-Si键nA比β(Mg2Si)相的Mg-Si最强键nA要强2倍,相应的最强键密度ρ也大2倍,这是影响Mg2Si颗粒的生长以及合金的硬度和强度等力学性能的重要原因.     

机械合金化法制备Co-Zr非晶软磁合金粉末的研究

研究了Co-Zr二元相图上4个共晶点成分配方Co90Zr10、Co53Zr47、Co35Zr65和Co21Zr79在球磨条件下的非晶态合金形成能力．分析结果表明，4种配方在一定的球磨时间内都能形成非晶态合金，非晶形成时间由短到长的合金组分依次为Co35Zr65、Co21Zr79、Co90Zr10和Co53Zr47，其中非晶形成能力最强的是Co35Zr65．作为选择非晶态合金成分的判据来说，对于机械合金化法(MA)法，Davies的共晶线准则比较合适．但若球磨时间继续延长，No．3特别是No．4样品球磨产物中出现明显的纳米微晶CoZr2金属间化合物．说明CoZr合金系随着w(Zr)的增加，金属问化合物形成能力增加，这与Co和Zr的晶体结构有关．球磨时间对非晶的形成有重要影响，球磨时间过长，使形成的非晶态合金反而向晶体转化．     

Ni-Fe-Zr-Si-B非晶合金的形成和热稳定性研究

通过旋铸急冷工艺在真空中制备出了(Ni0.75Fe0.25)78-xZrxSi10B12(x=1、3、5、8、10)合金带材,获得了镍基非晶合金.采用XRD、DTA等测试手段分析了该工艺制备的合金非晶条带,研究了Zr对该合金体系的非晶形成能力和热稳定性的影响.X射线衍射分析表明,该合金体系皆为完全非晶.Diamond TG/DAT差热分析仪对非晶薄带的热稳定性及其相关参数Tg、Tx、Tm等的测量分析表明,该合金系中(Ni0.75Fe0.25)70Zr8Si10B12的过冷液相区温度范围ΔTx达58.62 K,约化玻璃转变温度trg约为0.666,表明该合金具有较高的非晶形成能力和热稳定性.当Zr原子分数较小(x≤8)时,Zr的添加提高Tg、Tx,并扩大过冷液相区ΔTx,使合金的非晶形成能力和热稳定性增加;Zr原子分数较大(x>8)时,Zr的添加诱导富Zr-Ni和Zr-Fe的原子团的形成,这些原子团会成为均质形核的核心,降低合金的非晶形成能力和热稳定性.     

B对Zr-Ti-Ni-Cu-Be块状非晶合金热稳定性的影响

利用X射线衍射(XRD)及差热分析(DSC)等方法研究了添加B对Zr Ti Cu Ni Be块状非晶合金的形成、结晶及热稳定性的影响·结果表明:在Zr Ti Cu Ni Be合金系中添加B可明显改变该合金的玻璃转变温度Tg,一次结晶温度Tx及过冷液相区ΔT等参数·当y(B)≤3%时,B的添加可使合金保持块状非晶,提高Tg、Tx并扩大过冷液相区,使非晶热稳定性增加;当y(B)≥6%时,B的添加将诱导大量的粗大Zr2Cu及ZrB2等晶体的析出·由于它们非纳米晶,尺寸较大,形状不规整,不能作为非晶复合材料的增强体·     

形状记忆材料的热力学设计

以新一代溶液模型考察了合金元素对Fe-Mn-Si基合金层错能的影响，并预测了Fe-Mn-Si合金面心立方(fcc)→密排六方(hcp)马氏体的相变温度．应用规则溶液模型计算了含Ce和Y的ZrO2基陶瓷四方(t)→单斜(m)马氏体相变的自由能，结合测得ZrO2基陶瓷的强度，预测了马氏体相变的开始温度．对Ni-Mn-Ga磁驱动记忆合金的磁性转变温度Tc、体心立方至体心正方(bcc→bct)马氏体相变温度Tmart和饱和磁化强度Ms与成分的关系进行了优化，提出了具有较佳综合性能的成分范围．应用热力学方法对Fe-Mn-Si基合金、ZrO2基陶瓷和Ni-Mn-Ga铁磁合金等形状记忆材料作出的成分设计均与实验结果符合较好．     

Martensitic stabilization and defects induced by deformation in TiNi shape memory alloys

Martensitic stabilization caused by deformation in a TiNi shape memory alloy was studied. Special attention was paid to the deformed microstructures to identify the cause of martensitic stabilization. Martensitic stabilization was demonstrated by differential scanning calorimetry for the tensioned TiNi shape memory alloy. Transmission electron microscopy revealed that antiphase boundaries were formed because of the fourfold dissociation of [110]_B19’ super lattice dislocations and were preserved after reverse transformation due to the lattice correspondence. Martensitic stabilization was attributed to dislocations induced by deformation, which reduced the ordering degree of the microstructure, spoiled the reverse path from martensite to parent phase compared with thermoelastic transformation, and imposed resistance on phase transformation through the stress field.     

超细片层NbTi/TiNi记忆合金复合材料的制备与功能特性

基于NbTi-TiNi共晶型相变,经成分分析,通过电弧熔炼制备几种具有NbTi和TiNi记忆合金铸态双相组织的NbTiNi合金。这种合金是一种原位自生的NbTi/TiNi记忆合金复合材料,具有复合比可控(通过调整Ni或Nb含量)、可逆马氏体相变温度可调(通过调整Ti/Ni比例)的特点。通过对其辅以常规的锻造、拔丝等大变形工艺加工,使NbTi和TiNi组元细化至微米级别,进一步得到复合组元比表面大、分布均匀、界面强度高的超细片层NbTi/TiNi记忆合金复合丝材料。通过热膨胀仪和万能拉伸试验机对其进行热膨胀和力学性能测试。结果表明,该复合材料不但具有很高的屈服强度(超过1.6 GPa),还具有负膨胀点记忆效应、应变软模效应等新功能特性。     

多晶TiNi和CuZnAl形状记忆合金中的织构转变

用X射线织构仪测定了TiNi和CuZnAl合金的母相奥氏体、产品相马氏体的极图,计算了测定极图各自的位向分布函数。分析结果表明,TiNi合金奥氏体具有一个弱的织构组元{4,0,3}〈0,1,0〉和一个α纤维织构,TiNiCu合金马氏体有6个主要的织构组元;CuZnAl合金奥氏体织构是一个纤维织构,其纤维轴为〈1,1,0〉平行于轧向,位向密度沿纤维轴从{001}〈1-10〉到{111}〈1-10〉扩展,在位向{001}〈1-10〉附近,获得最大位向密度为26.9。CuZnAl合金马氏体有10个主要的织构组元。从奥氏体与马氏体的织构分析发现,两者织构是相互关联的,一个奥氏体的织构组元对应多个马氏体的织构组元,此结果符合马氏体形成自适应形貌的要求。     

纳米尺寸合金Ti—Ni,Zr—Ni结构与有机多烯分子的等瓣相似

纳米尺寸TiNi,ZrNi合金的理论研究表明，这些合金以Ti-Ni,Zr-Ni金属对为基元堆积而成。（TiNi)n,(ZrNi)n团簇结构与有机多烯分子等瓣相似，无论是链式结构或环式结构，都出现明显的强弱键交替的定域键，与一般合金团簇中离域键占主导作用相差甚远，这可能也是形状记忆功能的原因。     

TiNi形状记忆合金低速冲击响应行为的研究

利用单摆冲击试验设备，对TiNi合金不同冲击能量及温度条件下的冲击响应行为进行了研究。冲击过程中的接触载荷由压力传感器及数字信号处理系统实时测量。根据接触载荷数据，可计算得到接触载荷与样品表面变形的关系。结果表明，同一冲击高度时，随温度升高马氏体TiNi合金的最大接触载荷增加，而接触时问降低；母相TiNi合金的最大接触载荷随冲击高度的增加会出现载荷平台段即伪弹变形段，处于平台段时母相TiNi合金吸收冲击能量，且不产生不可恢复的塑性变形，最大接触载荷降低，从而可减轻材料损伤。     

热处理对于TiNi(Ni原子分数为50.6%)合金性能的影响

介绍了固熔热处理工艺对用于制造医用支架直径为 0 .8mm的TiNi(Ni原子分数为 5 0 .6 % )合金的影响 .研究的目的在于找到适合自扩张支架的马氏体相变完成温度Af.采用低温下时效处理的办法 ,在高低温度下对样品进行连续弯曲训练 ,以此来获得双向形状记忆效应 .通过不同的固熔热处理温度 ,发现合金完成马氏体相变时存在约 2 0℃的温度变化范围 ,且具有较好的形状回复率 .     

时效近等原子比钛镍形状记忆合金TEM分析

应用TEM分析技术对一种富Ni钛镍形状记忆合金时效后的组织进行了研究 ,结果表明 ,在不同温度下时效析出物的相结构和形态是不同的 .在 6 73～ 773K温度时 ,析出物都是Ti1 1 Ni1 4 相 ,随时效温度的提高 ,析出物的形态由细点状变为透镜状截面的椭圆板 ,这种相与B2母相是共格的 ,它的应变场使R相变与马氏体相变分离 ,Ti1 1 Ni1 4 相的析出会改善钛镍形状记忆合金的性质 .此外 ,在更高温度下时效合金将析出稳定的TiNi3相 ,该相与基体没有共格关系 ,同时导致基体镍含量下降 ,提高了马氏体转变温度 .     

Phase transition, structure and shape memory effect of Ni47Ti43Hf10 alloy

A Ni47Ti43Hf10 high temperature shape memory alloy is fabricated. The martensitic transformation temperature (TT) is obtained by differential scanning calorimetry and four-probe electrical resistivity measurements. The effect of thermal cycling is investigated and it is found that the TT tends to be stable quickly, which is of benefit to practical applications. The martensite structure is determined to be B19′ monoclinic by X-ray diffraction and transmission electron microscopy. One-way and two-way (which is seldom reported before) shape memory properties are studied by tensile and bending tests. The cycling number of two-way shape memory effect is tested for more than 20000 times.     

Ni—Ti合金马氏体相变的位错模型

根据实验结果,建立了一个Ｎｉ－Ｔｉ合金马氏体相变的位错模型,认为该相变是以母相阵点到马氏体阵点的矢量ｂ１或ｂ２为Ｂｕｒｇｅｒｓ矢量的相变位错在母相（１１０）ｐ面上交替地运动,形成一对对（００１）Ｍ孪晶,马氏体以形成孪晶对的形式生长,这样的马氏体具有最小的弹性应变能。利用此模型提出了马氏体的热弹性行为和形状记忆效应的物理机制。