鈦基合金馬氏體相變起因的研究

《鈦基合金馬氏體相變起因的研究》是依託西北大學，由姜振益擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：鈦基合金馬氏體相變起因的研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：姜振益
• 依託單位：西北大學

項目摘要

TiM(M為第Ⅷ族元素)形狀記憶合金在微驅動器、生物醫學以及儲氫材料等領域有著重要的套用前景。這些套用都與鈦基合金馬氏體相變行為密切相關。然而這些合金的組成原子在其馬氏體相變過程中起到的作用有什麼不同並不清楚；特別是人們至今還不能解釋此系列中有些合金(如TiNi，TiRh)能夠發生馬氏體相變，而幾何結構和電子結構非常相近的部分合金(如TiCo)卻不能發生馬氏體相變的實驗現象。這些問題的最終解決可以極大地改善人們對元素周期表中一片區域鈦基合金馬氏體相變行為的理解。本項目擬通過第一性原理計算研究鈦基合金超晶胞畸變以及組成原子偏離理想平衡位置等過程中的勢能面變化、原子周圍區域電子云和化學鍵布局數等參數變化。根據組成原子偏離理想平衡位置過程中勢能面變化試圖弄清鈦基合金組成原子在馬氏體相變過程中的不同作用，根據連線各晶相勢能面曲線和勢壘高低等參數來解釋鈦基合金能或不能發生馬氏體相變的起因。

結題摘要

本項目採用第一性原理方法研究了TiM (M為第Ⅷ族全部元素) 合金高溫相B2相、中間相B19相和低溫相的組成原子在偏離理想平衡位置過程中勢能面。根據勢能曲線趨勢和勢壘高度等參量分析組成原子在相變過程中的不同作用。其次，研究TiM (M為第Ⅷ族全部元素) 合金高溫相B2相和中間相超晶胞某些晶面滑移或者同時伴隨某些組成原子偏離理想平衡位置過程中的勢能曲線。根據勢能曲線趨勢和勢壘高度等參量解釋TiNi等鈦基合金能夠發生馬氏體相變而TiCo等鈦基合金不能發生馬氏體相變的原因。經過三年努力，已經取得階段性成果，研究目標已經基本實現，相關成果正逐步發表在公開出版物上，完成情況良好。主要取得的成果如下： (1) 弄清鈦基合金中組成原子在相變過程中起到作用之不同。對於Ti基合金從高溫相B2相降溫至低溫相過程中，主要是Ti原子振動頻率逐步降低，最終趨於零導致新相出現。與M原子相比，Ti原子對於新相產生起到主要作用。 (2) 給出TiNi、TiPd、TiPt等合金能夠發生馬氏體相變而TiCo等合金不能發生馬氏體相變的原因。在鈦基合金TiM中M原子d軌道在晶體場中將分裂成t2g和eg軌道，價電子在t2g軌道上的簡併性將促使體系發生薑-泰勒效應從而進一步降低能量。那些具備發生薑-泰勒效應的電子結構對應的鈦基合金就可以發生馬氏體相變，而不能發生薑-泰勒效應的鈦基合金則不能發生馬氏體相變。 (3) 我們預測TiRu和TiOs合金在較低溫度下不能出現馬氏體相變。