压力下B2相NiTi合金点缺陷结构性质的第一性原理研究

  理想的NiTi为了探索,合金的塑性和强度有限,其在高性能结构材料领域的应用,特别是航空航天,受到了极大的限制NiTi迫切需要提高合金在高温高压领域的应用潜力。研究发现,合金化是提高材料性能的有效途径,但在合金化过程中存在空位、反位、位置等诸多缺陷。这些结构缺陷对屈服强度、断裂强度、塑性等材料性能有很大影响,因此对材料缺陷结构的研究非常重要。由于对NiTi对合金点缺陷的研究主要集中在元素掺杂上,形成的点缺陷是替位缺陷。本文采用第一原理计算方法研究压力下的自生缺陷B2相NiTi希望可靠的数据能为后来者的实验研究提供理论参考,得出以下结论:比较LDA近似方法,GGA类似的计算结果更接近实验值和其他理论计算值GGA近似计算结果更加准确可靠。同时,0GPa下B2相NiTi合金晶格参数与其它实验值和理论计算值的误差控制在0.5%以内,计算参数设置准确可行。进一步分析反向缺陷Ti_(Ni)晶格畸变的形成NiTi理想参数变大,体积膨胀,其它缺陷结构的产生会导致晶格参数变小,体积收缩。热与组合的形成表明0GPa下NiTi合金及其缺陷结构的热结合可为负值,证明合金各缺陷结构稳定。上述两种化学能的绝对值如下:Ni_8Ti_8>Ni_9Ti_7>Ni_7Ti_9>Ni_8Ti_7>Ni_7Ti_8,表明NiTi反向缺陷比空位缺陷更容易形成。压力计算表明系统压缩性强,存在点缺陷Ni Ti在压力下NiTi各弹性常数合金及其缺陷结构C_(11),C_(44)和C_(12)同时符合力学稳定性判断P-C压力加载过程中曲线变化稳定,无突变,无相变。VRH在显示压力下计算NiTi合金体积模量B、剪切模量G、杨氏模量E、泊松比υ以及B/G值会有不同程度的增加,说明压力会改善NiTi合金抗体变、抗剪变能力,提高其刚度和塑性。NiTi随着压力的增加,合金点缺陷结构的体积模量B增加,表明压力也会提高点缺陷结构的抗体积变形能力,削弱点缺陷的出现NiTi合金抗体积变形能力;压力下NiTi剪切模量合金点缺陷结构G、杨模量E和硬度H会有不同程度的变化。一般来说,缺陷的出现也会减弱Ni Ti合金抗剪变形能力、刚度和硬度,包括反向缺陷Ti_(Ni)对NiTi上述三种合金性能的影响最小;比较发现,在压力作用下NiTi分析泊松比υ和B/G值,结果显示NiTi合金缺陷结构为延性材料,压力可提高延性;压力会改变NiTi各向异性的合金缺陷结构,反向缺陷Ni_(Ti)、空位缺陷V_(Ni)和V_(Ti)会使NiTi各向异性增加合金。态密度分析显示,NiTi同时,合金及其缺陷结构具有共价性和金属性。态密度分析显示,NiTi同时,合金及其缺陷结构具有共价性和金属性。同时,压力下的态密度分析显示费米能级E_F随着价值的下降,合金体系趋于稳定,没有相变。布居分析表明,压力的增加会削弱其金属性和共价。热力学分析表明,NiTi合金及其缺陷结构体积模量B及德拜温度Θ_D随着压力的增加,热容C和热膨胀系数增加α随着压力和温度的升高而降低。