【摘要】：理想的NiTi合金塑性和強(qiáng)度有限,其在高性能結(jié)構(gòu)材料領(lǐng)域的應(yīng)用,尤其是航空航天等方面受到的限制極大,為探索NiTi合金在高溫高壓領(lǐng)域的應(yīng)用潛力,亟需提高其塑性及強(qiáng)度。研究發(fā)現(xiàn)合金化是改善材料性能的有效方法,但合金化過程中會產(chǎn)生大量點(diǎn)缺陷,包括空位、反位、替位等等,這些結(jié)構(gòu)缺陷會對材料諸如屈服強(qiáng)度、斷裂強(qiáng)度、塑性等性能產(chǎn)生較大影響,所以對材料點(diǎn)缺陷結(jié)構(gòu)的研究就顯得十分重要。由于對NiTi合金點(diǎn)缺陷的研究大多集中于元素?fù)诫s方面,形成的點(diǎn)缺陷是替位缺陷,本文利用第一性原理計算方法研究壓力下自生點(diǎn)缺陷對B2相NiTi合金結(jié)構(gòu)及性能的影響,寄希望于得到可靠的數(shù)據(jù)能夠?yàn)楹髞碚叩膶?shí)驗(yàn)研究提供理論參考,得到如下結(jié)論:對比LDA近似方法,GGA近似計算所得結(jié)果更接近實(shí)驗(yàn)值和其他理論計算值,表明GGA近似計算結(jié)果更加準(zhǔn)確可靠。同時,0GPa下B2相NiTi合金晶格參數(shù)與其他實(shí)驗(yàn)值和理論計算值的誤差控制在0.5%以內(nèi),計算參數(shù)設(shè)置準(zhǔn)確可行。進(jìn)一步分析,反位缺陷Ti_(Ni)形成的晶格畸變導(dǎo)致NiTi理想晶胞晶格參數(shù)變大、體積膨脹,而其他點(diǎn)缺陷結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生會導(dǎo)致其晶格參數(shù)變小、體積收縮。形成熱與結(jié)合能計算表明,0GPa下NiTi合金及其點(diǎn)缺陷結(jié)構(gòu)的形成熱與結(jié)合能均為負(fù)值,證明該合金各點(diǎn)缺陷結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。上述兩種化學(xué)能的絕對值以如下順序降低:Ni_8Ti_8Ni_9Ti_7Ni_7Ti_9Ni_8Ti_7Ni_7Ti_8,表明NiTi合金中反位缺陷比空位缺陷更容易形成。壓力計算表明該體系具有較強(qiáng)的可壓縮性,同時點(diǎn)缺陷的存在會使Ni Ti合金抗體積變形能力減弱。壓力下NiTi合金及其點(diǎn)缺陷結(jié)構(gòu)各彈性常數(shù)C_(11),C_(44)和C_(12)符合力學(xué)穩(wěn)定性判據(jù),同時P-C曲線在壓力的加載過程中平穩(wěn)變化,并沒有產(chǎn)生突變,說明沒有相變發(fā)生。VRH計算顯示壓力下NiTi合金體積模量B、剪切模量G、楊氏模量E、泊松比υ以及B/G的值都會出現(xiàn)不同程度的增大,表明壓力會改善NiTi合金抗體變、抗剪變能力,提高其剛度以及塑性。NiTi合金點(diǎn)缺陷結(jié)構(gòu)的體積模量B隨壓力的增大而增大,表明壓力會同樣提高點(diǎn)缺陷結(jié)構(gòu)的抗體積變形能力,同時點(diǎn)缺陷的出現(xiàn)會削弱NiTi合金的抗體積變形能力;壓力下NiTi合金點(diǎn)缺陷結(jié)構(gòu)的剪切模量G、楊氏模量E和硬度H會出現(xiàn)不同程度的變化,總體來講點(diǎn)缺陷的出現(xiàn)同樣會削弱Ni Ti合金抗剪切變形能力、剛度以及硬度,其中反位缺陷Ti_(Ni)對NiTi合金上述三種種性能的影響最小;比較發(fā)現(xiàn),壓力作用下NiTi合金及其點(diǎn)缺陷結(jié)構(gòu)抗體積變形能力強(qiáng)于抗剪切變形能力;分析泊松比υ和B/G值,結(jié)果表明NiTi合金點(diǎn)缺陷結(jié)構(gòu)是延性材料,且壓力可以提高其延展性;壓力會改變NiTi合金點(diǎn)缺陷結(jié)構(gòu)的各向異性,反位缺陷Ni_(Ti)、空位缺陷V_(Ni)和V_(Ti)會使NiTi合金各向異性增大。態(tài)密度分析顯示,NiTi合金及其點(diǎn)缺陷結(jié)構(gòu)同時顯現(xiàn)共價性和金屬性。同時壓力下態(tài)密度分析顯示費(fèi)米能級處E_F值不斷降低,該合金體系趨于穩(wěn)定,沒有相變產(chǎn)生。布居分析表明壓力增大會削弱其金屬性,共價性增強(qiáng)。熱力學(xué)分析表明,NiTi合金及其點(diǎn)缺陷結(jié)構(gòu)體積模量B和德拜溫度Θ_D都是隨壓力增大而增大,隨溫度升高而減小;而熱容C和熱膨脹系數(shù)α都是隨壓力增大而減小,隨溫度升高而增大。
【圖文】：

圖 3.1 NiTi 合金 B2 相晶胞結(jié)構(gòu)Fig 3.1 Lattice structure of B2 NiTi都是基于密度泛函理論(DFT)和贗勢平面波y Package)[87]軟件包，交換關(guān)聯(lián)能的表述分形式來進(jìn)行校正，勢函數(shù)采用倒空間表對不同壓力環(huán)境下的 B2 相 NiTi 合金進(jìn)行 5GPa 對晶胞結(jié)構(gòu)進(jìn)行一次靜壓計算。平面采用 Monkhorst-Pack 方式撒點(diǎn)的 14×14×14r-Goldfarb-Shanno(BFGS)[91]方法，自洽收斂原子上的受力要求低于 0.03eV/nm，公差偏

中北大學(xué)學(xué)位論文排斥作用越到后來合金越難以壓縮，，這符合圖 3.2 曲線的變化趨勢。多項式擬合，得到 B2 相 NiTi 合金晶格常數(shù)之比 a/a0和體積之比 V/V0系式：= 0.99656 - 0.0014 × P + 5.66531× 10-5× P2= 0.98825 - 0.00396 × P + 1.88234 × 10-4× P2
【學(xué)位授予單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TG146.15

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 席蒙;尚家香;;過渡元素?fù)诫sNiTi合金的第一性原理研究[J];稀有金屬材料與工程;2016年08期

2 馬蕾;王旭;尚家香;;Pd摻雜對NiTi合金馬氏體相變和熱滯影響的第一性原理研究[J];物理學(xué)報;2014年23期

3 溫玉鋒;孫堅;黃健;;Ni_3Al合金層錯能的第一性原理研究(英文)[J];Transactions of Nonferrous Metals Society of China;2012年03期

4 江樹勇;張艷秋;;鑄態(tài)鎳鈦形狀記憶合金壓縮變形行為及組織演變(英文)[J];Transactions of Nonferrous Metals Society of China;2012年01期

5 吳紅麗;趙新青;宮聲凱;;Nb摻雜影響NiTi金屬間化合物電子結(jié)構(gòu)的第一性原理計算[J];物理學(xué)報;2010年01期

6 朱建新;李永華;孟繁玲;劉常升;鄭偉濤;王煜明;;NiTi合金的第一性原理研究[J];物理學(xué)報;2008年11期

7 高智勇;吳博森;魯璽麗;唐振宇;;Ti_3Ni_4析出相對富鎳TiNi合金阻尼行為的影響[J];稀有金屬材料與工程;2007年09期

8 孟令杰;李巖;趙新青;徐惠彬;;Nb對富鈦TiNiAl金屬間化合物強(qiáng)化機(jī)制的影響[J];航空學(xué)報;2007年05期

9 姜振益;李盛濤;;NiTi合金勢能面的第一性原理研究[J];物理學(xué)報;2006年11期

10 張偉紅;張士宏;;NiTi合金熱壓縮實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的修正及其本構(gòu)方程[J];金屬學(xué)報;2006年10期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前3條

1 龍血松;NiTi 形狀記憶合金微—宏觀本構(gòu)模型及其應(yīng)用[D];重慶大學(xué);2014年

2 李培芳;典型元素單質(zhì)鎂和氯的高壓結(jié)構(gòu)及性質(zhì)[D];吉林大學(xué);2011年

3 王亞芳;復(fù)合加載下NiTi形狀記憶合金超彈性性能研究[D];西北工業(yè)大學(xué);2007年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前6條

1 趙燕燕;Ag-Cu-Ni-Ce合金系二元稀土化合物的第一性原理計算研究[D];重慶理工大學(xué);2014年

2 張楊;鎳鈦形狀記憶合金超彈性本構(gòu)關(guān)系[D];大連理工大學(xué);2013年

3 梁楚

本文編號：2588647