《合金元素對NiTi合金功能特性影響的微觀機理研究》是依託北京航空航天大學，由尚家香擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：合金元素對NiTi合金功能特性影響的微觀機理研究
- 依託單位：北京航空航天大學
- 項目負責人：尚家香
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
NiTi形狀記憶合金具有輸出應變和輸出功率大、綜合力學性能和可加工性好等優點，已廣泛套用於航空航天、生物醫學和機械電子等領域。實驗研究表明合金元素摻雜對NiTi合金的相變溫度、熱滯以及應變玻璃態的產生起著關鍵作用，但缺乏系統有效的理論研究。為進一步調控NiTi合金的功能特性,需要對合金元素影響NiTi合金功能特性的微觀機制進行系統研究。本項目擬採用基於第一原理結合準諧德拜模型的方法，系統地研究典型合金元素Fe, Co, Cr, Pd, Hf, Cu, Nb以及雜質元素C和O對NiTi形狀記憶合金的相變溫度、彈性常數、奧氏體與馬氏體界面能以及界面匹配度的影響規律，闡明合金元素對馬氏體相變和熱滯的影響機制以及點缺陷所致應變玻璃的物理本質；採用分子動力學方法從原子尺度研究NiTi二元合金中點缺陷對NiTi合金的相變特性以及熱滯的微觀機制。為調控NiTi合金的功能特性提供理論指導。
結題摘要
採用第一性原理研究了3d, 4d和5d合金元素摻雜對NiTi合金相變溫度和熱滯影響的微觀機制；計算摻雜晶格常數和形成能；計算了過渡元素摻雜合金彈性常數C’和C44，闡明了馬氏體相變的微觀機制。研究了不同濃度的Pd、Cu、Zr摻雜NiTi合金相穩定性、馬氏體相變溫度，採用幾何匹配原理討論了相變過程中熱滯行為。研究了Cr, Mn, Fe, Co, Pd, Cu不同濃度NiTi產生應變玻璃的物理本質，Cr, Mn, Fe, Co摻雜NiTi合金隨摻雜濃度增加，馬氏體相變溫度降低，摻雜濃度進一步增加導致應變玻璃的產生；而Pd, Cu摻雜導致馬氏體相變溫度升高，摻雜濃度繼續增加不會產生應變玻璃，從能量和電子結構方面闡明了應變玻璃本質。研究了雜質元素 C、H 和 O 對 NiTi形狀記憶合金結構和能量影響，探討C、H 和 O 對相變溫度的影響機制。研究NiTi表面氧吸附，構建了NiTi表面的熱力學相圖；採用第一性原理方法計算固體的化學勢，結合離子態化學勢實驗數據構建了Ni-Ti合金中金屬Ti、Ni, NiTi, Ni3Ti, Ti2Ni等合金的電化學相圖以及包含Cl-的電化學相圖，第一次給出了從計算上構建二元或多元電化學相圖普適方法，討論了合金電化學腐蝕行為。採用分子動力學研究了NiTi單晶合金熱誘導馬氏體相變機制，揭示了NiTi單晶合金馬氏體相變在熱循環過程中是完全可逆相變，發現存在三種去孿晶方式。研究了Ni50+xTi50-x (0≤x≤2)體系進行溫度循環載入時的相變機制， 0≤x≤1.5時發生馬氏體相變；x＞1.5時產生應變玻璃態；討論了低溫時的結構和能量變化以及應變玻璃載入的相變機制。研究了奧氏體對稱傾斜晶界對NiTi合金馬氏體相變影響規律，發現Σ3[11 0](1 1 2)和Σ9[11 0](2 2 1) 晶界阻礙馬氏體相變；Σ9[11 0](1 1 4) 晶界促進馬氏體相變；Σ3[11 0](1 1 1)晶界在熱循環或抑制或促進馬氏體相變；闡明了相變機制，為實驗上實現晶界工程提供基礎。研究了直徑在2.41nm到21.06nm之間球形NiTi納米顆粒的熱致馬氏體相變；顆粒直徑減小，相變溫度Ms下降；當顆粒直徑減小到2.41nm時，B2-B19′相變被抑制，相變主要發生在芯區，而殼層區域不發生馬氏體相變。研究了相界面對馬氏體相變的影響機制。
