B掺杂对NiTiNb合金相结构稳定性的模拟研究.pdf

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1、种铸造及有色合金2014年第34卷第3期B掺杂对NiTiNb合金相结构稳定性的模拟研究李贵发·舒小勇邓丽萍刘俊伟。鲁世强彭平(1．南昌航空大学材料科学与工程学院；2．湖南大学材料科学与工程学院)摘要采用第一原理计算方法，研究了NiTi(B)和NiTi(Nb，B)晶体的形成热焓、结合能、态密度及其电子密度差分。结果表明，在NiTi相基体中，掺杂元素B占4Ti2Ni的形成能力比其在4Ni2Ti中的形成能力更强。对于NiTi(Nb)固溶相，B在相同基体中占据最近邻位比其占据次级邻位更稳定、形成能力更强。态密

2、度和电子密度差分计算表明，B原子与Ti原子、Nb原子形成非常强的共价键，而其与Ni之间成键强度较弱，导致B周围的Ti原子活性降低，从而起到提高Ni／Ti摩尔比，降低NiTiNb合金形状记忆效应的作用。关键词NiTiNb记忆合金；硼掺杂；结构稳定性；微观机制中图分类号TG166．7文献标志码A文章编号1001—2249(2014)03—0225—05SimulationonPhaseStructureStabilityofNiTiNbAlloyWithBoronImpurityLiGuifa，ShuXi

3、aoyong，DengLiping，LiuJunwei，LuShiqiang，PengPing(1．SchoolofMaterialScienceandEngineering，NanchangHangkongUniversity；2．SchoolofMaterialScienceandEngineering，HunanUniversity)Abstract：Usingfirst—principlespseudo—potentialplanewavemethod，theformationenthalpy

4、，cohesiveenergy，densityofstatesandelectricdensityofdifferencewerecalculatedandanalyzedforNiTi(B)andNiTi(Nb，B)phaseafterboronelementsadulteratingprocess．TheresultsshowthatinNiTibasiccrys—tal。boronatomhasmuchmoreformationabilityin4Ti2Nioctahedronstructure

5、thanthatiD4Ni2Ti．However，inNiTi(Nb)solidsolutioncrystal，thenearestneighborsiteofB_NbiSmorestablethanthenextnearestneighborsite，andtheformationabilityoftheformerimpuritysiteisstrongerthanthenextone．Thesimulationofdensityofstatesandelectronicdensitydiffer

6、enceshowsboronpreferringtobondingwithTiatomsandNbatom，whilethebondstrengthofB-Niisweak．Suchbondingprocessre—suitsintheactionofTiatomsdecreasingandtheratioofNi／Tiincreasing，deterioratingthepropertiesofNiTiNballoybyboronimpurity．KeyWords：NiTiNbShapeMemory

7、Alloy，BoronImpurity，StructuralStability，MicrocosmicMechanismNiTi形状记忆合金因其形状记忆效应和超弹性而，在NiTi基体相中，同样掺杂元素的合金化效应差而备受关注L1]。然而NiTi合金熔炼时，其组成元素异的微观机制尚未完全清楚。基于此，本课题采用第Ni、Ti及其掺杂元素0、N、H、C、B等的控制，对获得一原理计算方法，通过研究B掺杂对NiTi合金能态、性能优异的NiTi合金至关重要[2]。研究表明，O含量电子结构的影响，以期揭示杂质元素影

8、响NiTi记忆的增加，会使合金的相变温度降低，记忆性能下降，力合金性能的内在规律，为形状记忆合金的性能优化提学性能恶化，而N的性质则与氧相似L3]。尽管C含量供借鉴。对其力学性能影响非常有限，但是由于C掺杂后，会1计算模型与方法与Ti元素形成高的共价键，生成“团簇”状的TiC颗粒[4]，从而提高Ni、Ti摩尔比，扩大相变滞后，降低回计算程序采用基于密度泛函理论的赝势平面波方复率]。徐祖耀等认为合金化元素对NiTi合金的法-CASTEP(Cambridge