磁性形状记忆合金Ni2MnGa第一性原理及研究

Ni_2AlMn惠斯勒型形状记忆合金的磁转变郭世海;张羊换;赵增祺【期刊名称】《国外金属热处理》【年(卷),期】2001(22)3【摘要】根据最新的研究报道,在铁磁性NiGaMn形状记忆(SM)合金发生马氏体相变时,由磁场诱发的孪晶(或变体)界的移动会影响合金的磁性能和形状变化[1,2].具有L21结构的NiGaMn SM合金(Ni2GaMn:Heusler)很有潜力成为一种新型的机敏材料,它的SM性能不仅可以通过温度和应力来控制,而且可以通过磁场来控制[2].同样的效应也可能在相近的Ni-Al-Mn系合金中出现,并且它也具有热弹性马氏体相变,虽然有文献报道了这一合金系的马氏体相变[3],但是没有和马氏体相变有关的磁性能方面的报道[4].最近,F·Gejma等发现,接近化学计量成分的Ni2AlMn合金在低温时效后会出现L21,铁磁相,是B2到2M的马氏体相变[5].这说明,NiAlMn惠斯勒(Heusler)型合金也具有和NiGaMn合金相似的特殊的磁性能和SM性能.本文介绍有关Ni2AlMnHeusler型合金磁性能的研究结果.【总页数】2页(P12-13)【关键词】形状记忆合金;磁转变;马氏体;有序化【作者】郭世海;张羊换;赵增祺【作者单位】包头钢铁学院材料系【正文语种】中文【中图分类】TG139.6【相关文献】1.Ni-Ga-Fe-Co铁磁形状记忆合金的磁性转变和马氏体相变 [J], 今野阳介2.Ni2AlMn惠斯勒型形状记忆合金的磁转变 [J], 郭世海;张羊换;赵增祺3.哈斯勒合金Ni-Mn-Ga的马氏体相变和磁增强双向形状记忆效应 [J], 柳祝红;胡凤霞;王文洪;陈京兰;吴光恒;高书侠;敖玲4.磁控形状记忆合金蠕动型直线电机研究 [J], 王凤翔;张庆新;吴新杰;李文君;井路生5.γ相对磁形状记忆合金Co-Ni-Ga马氏体相变和形状记忆效应的影响 [J], 霍颜秋;龙秀慧;谢华;李建国因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

形状记忆合金的研究与展望摘要：形状记忆合金是新近崛起的一类高科技功能材料。

应用已遍及航天、航空、电子、机械、能源、农业、医学、机械人以至日常用品等领域。

本文简要阐述了目前主要的形状记忆合金的类别及其影响形状记忆效应的因素。

关键词：形状记忆合金；形状记忆效应；马氏体相变引言形状记忆合金（Shape Memory Alloys，简称SMA）是新近崛起的一类高科技功能材料。

这类合金在某一温度下受外力而变形，当外力去除后，仍保持其变形后的形状，但当温度上升到某一温度，材料会自动回复到变形前原有的形状，能够大致上恢复至变形前的形状，这种所具有的回复原始形状的能力，称为形状记忆效应(Shape Memory Effect ,SME)[1]。

自该合金发现以来，它以独特的形状记忆效应和超弹性（Superelasticity）而引起人们的注视，并正逐渐得到日益广泛的应用，并在数量上已经跃居马氏体相变研究的首位[2]。

形状记忆合金的应用已遍及航天、航空、电子、机械、能源、农业、医学、机械人以至日常用品等领域。

在应用领域，其发展阶段大致经历了组分的变化及性能的提高。

NiTi合金和Cu基合金的开发应用主要集中在上世纪60~80年代，而铁基合金的开发应用相对较晚。

但是，这些合金的研究在今年来也一直受到关注，研究从未中断。

近年来形状记忆合金研究所取得的进展也主要体现在为NiTi，Cu基和Fe基形状记忆合金开发应用所进行的基础研究的探索上。

1. 形状记忆合金的分类1.1 钛镍形状记忆合金[3]1963年，W. Buehler等人在美国海军武器实验室发现了钛镍形状记忆合金具有可逆马氏体相变导致形状记忆效应[4]，随后引起了人们的极大兴趣，并很快得到应用。

迄今为止，有TiNi形状记忆合金的研究仍在不断地开展，在一系列的国际会议上，如马氏体相变国际会议（ICOMAT）、欧洲马氏体相变会议（ECOMAT）、形状记忆与超弹性国际会议（SMST），形状记忆材料国际会议（SMM）等，都占有很大比重，在有关智能材料和结构方面的国际会议上也占有一定比重。

NiTi形状记忆合金的超弹性及医学应用研究一、本文概述本文旨在深入探讨NiTi形状记忆合金的超弹性特性及其在医学应用领域的广泛影响。

NiTi，即镍钛合金，以其独特的形状记忆效应和超弹性，在众多工程领域中占据了举足轻重的地位。

尤其在医学领域，NiTi形状记忆合金的应用已逐渐成为研究热点，其在牙科、骨科、心血管科等领域的应用前景广阔。

本文将首先介绍NiTi形状记忆合金的基本特性，包括其形状记忆效应和超弹性的原理及其产生机制。

随后，将重点讨论NiTi合金在医学领域的应用现状，包括其在牙科正畸、骨科植入物、心血管支架等方面的实际应用案例。

本文还将探讨NiTi合金在医学应用中的优势和挑战，以及未来可能的发展方向。

通过对NiTi形状记忆合金超弹性特性的深入研究，以及对其在医学应用领域的系统梳理，本文旨在为相关领域的研究者提供有价值的参考，为推动NiTi合金在医学领域的进一步发展提供理论支持和实践指导。

二、NiTi形状记忆合金的基本性质NiTi形状记忆合金，也被称为镍钛合金，是一种独特的金属合金，其特性源于其独特的晶体结构和相变行为。

NiTi合金由大约50%的镍（Ni）和50%的钛（Ti）组成，其原子比例接近等原子比，这使得它具有非凡的形状记忆效应和超弹性。

形状记忆效应：NiTi合金的形状记忆效应是指合金在经历一定的塑性变形后，通过加热到某一特定温度（即Af温度以上），能够恢复其原始形状的特性。

这种效应源于合金内部发生的可逆马氏体相变。

在低温下，合金处于马氏体相，具有较高的塑性；而在高温下，合金转变为奥氏体相，具有较低的塑性。

当合金在马氏体相下发生塑性变形后，再加热至奥氏体相，合金就能通过相变恢复其原始形状。

超弹性：NiTi合金的超弹性是指合金在受到外力作用时，能够发生大的弹性变形而不产生永久塑性变形的特性。

这种特性使得NiTi 合金在受到外力后，能够迅速恢复到原始状态，具有良好的回复性。

超弹性的产生与合金内部的应力诱发马氏体相变有关。

形状记忆合⾦形状记忆合⾦摘要：扼要地叙述了形状记忆合⾦及其性能，介绍了形状记忆合⾦在许多领域的应⽤以及未来的⼀些发展趋势。

关键词：形状记忆合⾦、应⽤⼀、形状记忆合⾦的发展形状记忆合⾦是在⼀个偶然的机会中，⽆意间被发现的。

那是1961年春末夏初的事情，⼀天，美国海军的⼀个研究所军械研究室的冶⾦专家彼勒，因在其试验的⼯程中需要⼀批特殊的合⾦丝——镍（Ni）钛(Ti)合⾦丝（⼜称NT合⾦）。

由于从仓库领来的这些细丝弯弯曲曲盘在⼀起，于是彼勒让⼯作⼈员把它们⼀根⼀根的拉直备⽤，然⽽在这⼀过程中，⼯作⼈员惊异的发现，这些被拉直的镍钛合⾦丝在接近⽕源时，奇迹出现了，它们马上⼜恢复到与领来时完全⼀样的弯曲形状，堆积在⼀起。

冶⾦专家彼勒对此是既感到惊异⼜⾮常有兴趣。

为了证实这种现象的存在，他⼜进⾏了多次重复实验进⾏验证，把弯曲的镍钛合⾦丝拉直后再加热，当弯曲的镍钛合⾦丝升⾼到⼀定的温度时，这些合⾦丝果然⼜恢复到了原先的弯曲状态。

彼勒的实验结果表明：镍钛合⾦具有“单向”形状记忆功能，它能“记住”⾃⼰在较⾼温度状态下的形状，⽆论平时把它变成何种形状，只要把它加热到某⼀特定的温度，它就能⽴即恢复到原来的形状。

免费论⽂，记忆能⼒。

将NT合⾦加⼯成⼀定的形状，在300℃～1000℃温度下热处理30分钟，这种合⾦就能“记住”⾃⼰的形状。

在彼勒研究的基础上，科学家们通过进⼀步的研究与实验还发现：⾃然界确实存在着能恢复原状的物质。

科学家们把镍钛合⾦所具有的这种特性称为合⾦的“形状记忆效应”；称这种能恢复原状的合⾦为形状记忆合⾦。

科学家们在深⼊研究的过程中还发现，许多合⾦，如⾦镉合⾦、铜铝镍合⾦、铜锌合⾦等，也有如同镍钛合⾦⼀样的形状记忆功能。

⼆、形状记忆合⾦的性能（⼀）超弹性特性（伪弹性，机械形状记忆效应）形状记忆合⾦的机械性质优良，能恢复的形变可⾼达10％，⽽⼀般⾦属材料只有0.1％以下，⼏乎⾼出普通⾦属材料弹性应变两个数量级 ,可⽤来提⾼材料的冲击韧性将编制成⽹状的NiTi合⾦丝贴在⾼分⼦材料表⾯，明显提⾼了冲击韧性。

形状记忆合金材料的研究现状及未来前景近年来，形状记忆合金（Shape Memory Alloys，SMA）由于其独特的形状记忆效应和超弹性性能被广泛关注，并在智能材料、航空航天、生物医学等领域得到广泛应用。

本文将对形状记忆合金材料的研究现状及未来前景进行探讨。

一、形状记忆合金的定义和性质形状记忆合金是一种可以通过温度、应力等外界作用，实现形状记忆效应和超弹性性能的合金材料。

其最为独特的性质是具有记忆功能，即在特定的外力作用下，可以发生永久形状的改变，然而一旦去掉外力作用，它又能回到原有的形状。

这种记忆效应的发生和消失又称为相变。

此外，形状记忆合金还具有超弹性性能，即在外力作用下能够发生大变形，但当去掉外力后又能恢复到原来的形状，这种性质使它成为一种优良的智能材料。

二、形状记忆合金的研究现状自上世纪50年代以来，随着形状记忆合金的不断发展，人们对其进行了大量的研究。

目前国内外研究的重点主要集中在以下几个方面：1、形状记忆合金的制备与加工形状记忆合金是一种多功能复合材料，由于其自身的记忆和高弹性性能，以及其化学稳定性和防腐能力等，使其成为制造各种机械和电器设备的理想材料。

因此，制备和加工成为了重要的研究方向。

现阶段，形状记忆合金的制备方法主要包括粉末冶金、熔融法、溶液分解-沉淀法等。

其中，粉末冶金是最成熟的制备方法，在制备形状记忆合金时，一般采用惯性摩擦焊、冷轧板等加工成型方式。

2、形状记忆合金的相变机理形状记忆合金的相变机理是产生记忆效应的关键因素。

现阶段，研究相变机理主要有两个方向：一是基于电子和晶体缺陷的相变机理，主要是探讨相变过程中电子和晶体缺陷的变化情况，包括离子扩散、漂移等；另一种是基于热力学的相变机理，主要是以热力学概念来研究SMA的相变。

3、形状记忆合金的应用形状记忆合金的应用有非常广泛的领域，包括生物医学、航空航天、汽车制造、机械制造、建筑工程等领域。

其中，最具代表性的应用就是在生物医学领域，如心脏支架、口腔矫治器，还有智能材料领域，如智能织物、智能机器人等。

相场方法模拟研究的奔跑者作者：暂无来源：《科学中国人》 2015年第9期本刊记者刘贺相场方法起源于朗道的相变理论，是一种基于体系自由能计算的动力学方法，上个世纪中期曾被用于固体中扩散，Spinodal分解等过程的计算。

80年代初，Khachaturyan发展了微弹性理论，使相场方法可用于涉及弹性变形的实际体系中。

通过陈龙庆等人在90年代早期的计算机模拟工作，人们逐渐认识到了它在工程模拟方面的优势。

它可以模拟相变过程，对模拟非均匀体系中畴或微观组织的形成和演化过程以及材料在非均匀体系中的物理性质十分有效。

近年来，相场方法在材料计算模拟方面正越来越受到重视，有望发展成可用于材料和器件工程设计的计算机模拟手段。

10多年来，北京科技大学物理系马星桥教授在相场模拟领域不断进取，主持和参与了多项国家级项目，并取得了丰硕成果。

他长期工作在物理教学的第一线，并曾主管物理系的教学工作，使物理课的教学改革和课程体系建设获得显著进步。

2011年，马星桥开始担任北京科技大学物理系系主任，他积极投入到物理系的学科建设、教学改革和国家工科物理教学基地建设中。

以物理系教师为主，申报“北京市弱磁检测与应用工程中心”获得批准，组织承办了“2012多次度材料模拟计算国际研讨会”，与中国科学院半导体所合作，成立了“黄昆班”，联合培养半导体领域的高端人才，使物理系有了新的发展。

面向未来，马星桥教授希望在相场方法模拟，特别是磁电介质相场计算领域有着更大的突破。

同时，在教育教学及学科建设方面继续做出成就。

为国家培养出更多的优秀人才。

漫漫求索路1977年的冬天，中断了十年的中国高考制度终于得以恢复，成千上万的人重拾求学之梦。

虽是严寒冬季，可在这些人心里，已燃起熊熊大火。

马星桥就是其中的一员，他如愿考上了北京钢铁学院（现北京科技大学）物理专业。

从此，开启了物理探索之旅。

经过十年“文革”，高校急缺教师，纷纷兴办师资班。

马星桥成为了北京钢铁学院物理师资班的一员，1982年毕业后，他留校任教。

形状记忆合金材料081 205080126 倪琦摘要：形状记忆效应自20世纪30年代报道以来逐步得到人们的重视并加以应用，被人们誉为“神奇的功能材料”, 本文主要介绍了形状记忆合金合金的发展历史及其在许多领域的应用以及未来的一些发展趋势。

关键词：形状记忆合金、各领域应用、原理及发现引言：形状记忆合金是一种能够记忆原有形状的智能材料。

这种合金对形状具有记忆的能力，而且记性相当好，有些甚至反复改变500万次后，仍能在一定条件下完全恢复原状。

每种以一定元素按一定比例组成的形状记忆合金都有一个转变为温度。

[1]发现：1932年瑞典人奥兰德在金镉合金中首次观察到了形状记忆效应。

最早关于形状记忆合金效应的报道是有Chang及Read等人在1952年作出的。

他们观察到Au-Cd合金中相变的可逆性。

后来在Cu-Zn合金中也发现了同样的现象。

但当时并未引起人们的广泛注意。

直到1962年,Buehler及其合作者在等原子比的Ti-Ni 合金中观察到具有宏观形状变化的记忆效应,才引起了材料科学界与工业界的重视。

现状: 目前已投入实用的形状记忆合金主要有镍一钛系、铜系和铁系或不锈钢系三大类。

1.镍一钛系形状记忆合金。

镍一钛系合金是形状记忆合金材料中性能最优越而且用途最广的一种。

镍一钛系合金的延展性、形状记忆强度、应变、耐蚀性、电阻及稳定性均较好,但其成本较高。

这类合金的形状记忆行为有单向和双向两种, 其呈现记忆行为的温度范围可借助合金的改良而加大或缩小。

2.铜系形状记忆合金。

铜系形状记忆合金比镍一钛记忆合金更便宜且容易加工成型, 因此颇具发展潜力。

但铜系形状记忆合金的强度不如镍一钛记忆合金, 反复受热的形状记能力也衰减较快。

一、研究方法原理：马氏体转变图中表示出了马氏体相变的相变温度，Ms、Mf、As、Af分别表示为马氏体相变开始温度、终了温度、马氏体(M) →母相的逆相转变开始温度和终了温度。

在Af点以上的温度对这种合金加一外力,如果对于位错滑移的抗力大，变形则由马氏体相变引起，即形成应力诱发M相。

•形状记忆效应：具有一定形状的固体材料(通常是具有热弹性马氏体相变的材料)，在某一温度下(处于马氏体状态M f 进行一定限度的塑性变形后，通过加热到某一温度(通常是该材料马氏体完全消失温度A f )上时，材料恢复到变形前的初板条马氏体钢的淬火5•Monoclinic Crystal StructureTwinned Martensite 自协作马氏体Detwinned Martensite非自协作马氏体8发生塑性变形后，经加热到某一温度后能够恢复变形，马氏体在外力下变形成某一特定形状，加热时已发生形变的马氏体会回到原来奥氏形状记忆效应过程的示意图马氏体相变热力学相变产生，M相的化学自由能必须，不过冷到适当低于T0(A相和M相化学自由的温度，相变不能进行，必须过热到适当高于T0的温度，相变才马氏体相和母相化学自11马氏体相变热力学低于Ms温度下，马氏体形成以后，界面上的弹性变形随着马氏体的长大而增加；当表面能、弹性变形能及共格界面能等能量消耗的增加与变化学自由能的减少相等时，马氏体和母相间达到热弹性平衡状态，马氏体停止长大。

CuAlNi合金加热过程中热弹性马氏体相变(马氏体缩小)温度继续下降，马氏体相变驱动力增加，马氏体又继续长大，也可能出现新的马氏体生长。

温度升高，相变驱动力减小，马氏体出现收缩。

CuAlNi合金加热过程中热弹性马氏体相变(马氏体缩小)16伪弹性应力应变示意图17f(a) Shape Memory Effect (b) Superelasticity[100][111]冷却形状记忆效应的三种形式(a)单程(b)双程(c)全程22（a）马氏体状态下未变形（b）马氏体状态下已变形）放入热水中，高温下恢复奥氏体状态，形状完全恢复单程TiNi记忆合金弹簧的动作变化情况24没放入热水前放入热水后冷却至室温后再次放入热水后双程CuZnAl记忆合金花的动作变化情况TiNi合金的全程记忆效应（100℃-室温）TiNi合金的全程记忆效应（低温-100℃）铁磁性形状记忆合金简介温控形状记忆铁磁性铁磁性形状记兼有磁致伸缩材料和传统温控形状记忆材料的优点响应频率快磁致应变大The magnetic easy axis changes from one twin to the other•Weak magnetic anisotropy.Effect of a magnetic fieldWeak anisotropy Strong anisotropyIn systems with strong anisotropy and highly mobile boundaries, field inducedet al. J.Appl.Phys. 92,3867 (2002);Moya et al. Phys. Rev. B 73, 64303 (2006); 74, 24109 (2006).)33(1) Via martensite variant reorientation-Ni2MnGa(2) Via magnetic field induced martensitictransformation-NiMnIn(Sn,Sb)37Ni 2MnGa -crystal structureNi 2MnGa is the most successful magnetic shape memory alloy. It transforms from the Heusler cubic structure to tetragonal on cooling. A 6% magnetic field induced tensile strain hasbeen recorded in a single crystal, by the mechanism of martensite variant reorientation.The absence of a thermal effect makes it suitable for high frequency operations. The mechanical work output, however, is muchlower than those of thermal SMAs .ΔV= -1.30%:The volume change is large. The material is an intermetallic compound and is intrinsically brittle Îtransformation induced cracking . The problem is much less severe with single crystals.Tetragonal MartensiteCubic Austenite-4.45%1.63%aac aaa[100]c expansion by 1.63%[001]c contraction by –4.45%The tetragonal structure is mechanically anisotropic. Themaximum linear strain is when axis [001] is converted to [100]: ~6%Mn Ni38c c(110)c plane of AccNi 2MnGa –structural anisotropy of M(110)c T w i n p l a n e[100]c projection plane of A [100]c projection plane of MMarioni , JMMM, 290-291 (2005) 35Now we have got a working mechanism for shape change39Ni 2MnGa –magnetic anisotropy(110)c[001]c(the c -axis of M)[001]c(the c -axis of M)Structure anisotropy Magnetic anisotropyThe tetragonal structure is a uniaxial structure magnetically. Its c -axis is theeasy direction of magnetization40Li et al, APL, 84, 3594 (2004).Ni 2MnGa –magnetic anisotropyWu et al: APL. 75, 2990 (1999).MartensiteAustenite[001]-3-23015.8x10J/g=4.5x10J/cm 2E H M μΔ=Δ=For a phase transformation at room temperature, the T ΔS energy is typically~80 J/cm 3The driving force is too small to induce austenite -martensite transformationCo 2NiGaNi 2MnGa41Possibility of magnetic fieldinduced deformation viamartensite reorientationMagnetization curves along easy ([001]) and hard([100]) axes of Ni 48Mn 30Ga 22constrained in single variant martensite. The magnetic driving force (energy) is ~0.08 J/cm 3. Likhachev: Phys. Lett. A 275 (2000) 142.Ni 2MnGa deformed along [100] direction at 300 K in martensitic state. Chernenko et al: Phys. Rev.B 69134410 (2004)The mechanical resistive force is ~1.5 MPa and the mechanical frictional energy is 0.09 J/cm 3Ni 2MnGa –magnetic anisotropycaac42Heczko et al. JMMM 226-230 (2001) 996NiMnGa43Heczko et al. JMMM 242–245 (2002) 1446Ni 2MnGa –magnetic field induced martensite reorientation6% strain is induced bymagnetic field via martensite reorientation. The strain is irreversible.NiMnGaFerromagnetic martensite/austeniteparamagnetic austenite/martensite47TiNi 形状记忆合金的应力应变曲线。

第41卷第5期2023年10月沈阳师范大学学报(自然科学版)J o u r n a l o f S h e n y a n g N o r m a lU n i v e r s i t y(N a t u r a l S c i e n c eE d i t i o n)V o l.41N o.5O c t.2023文章编号:16735862(2023)05040206X2M n S c(X=N i,C u,P d,P t,A g 和A u)合金晶体结构和弹性常数的第一性原理计算李春梅,姜博,周金萍(沈阳师范大学物理科学与技术学院,沈阳110034)摘要:全d族H e u s l e r合金作为一种新型的多功能材料,有望改善传统非全d族H e u s l e r合金N i2M n G a易脆㊁不易加工等不良的力学性能㊂基于第一性原理密度泛函理论,采用精确M u f f i n-T i n轨道方法,系统计算研究了全d族H e u s l e r合金X2M n S c(X=N i,C u,P d,P t,A g和A u)在0K下的晶体结构㊁四方晶格变形㊁磁矩和弹性常数㊂研究结果表明,相比X A和f c c结构,这些全d族H e u s l e r合金在L21结构下的电子总能均更低,表明它们均具有该立方稳定结构㊂当L21-X2M n S c合金发生四方晶格变形时,体系的电子总能总是高于该立方结构,因而它们均不能发生马氏体相变㊂L21-X2M n S c合金的总磁矩均主要源于M n原子;当X=N i,P d和P t时,它们也贡献较小磁矩,而与S c原子类似,X=C u,A g和A u则均可视为非自旋极化的㊂L21-X2M n S c合金的弹性常数均符合立方晶系力学稳定性要求,且P t2M n S c合金的体弹性模量与剪切模量的比值(B/G)㊁泊松比(ν)均明显高于N i2M n G a合金,因而其有望具有更良好的力学性能,从而在工程上具有更广泛的应用潜能㊂研究结果有望为全d族H e u s l e r合金X2M n S c力学性能的优化设计提供理论参考㊂关键词:第一性原理;晶体结构;弹性常数;全d族H e u s l e r合金中图分类号:O469文献标志码:Ad o i:10.3969/j.i s s n.16735862.2023.05.004F i r s t-p r i n c i p l e s c a l c u l a t i o n o f c r y s t a l s t r u c t u r e a n d e l a s t i cc o n s t a n t s o f X2M n S c(X=N i,C u,P d,P t,A g a n dA u)a l l o y sL IC h u n m e i,J I A N GB o,Z H O UJ i n p i n g(C o l l e g e o f P h y s i c a l S c i e n c e a n dT e c h n o l o g y,S h e n y a n g N o r m a lU n i v e r s i t y,S h e n y a n g110034,C h i n a)A b s t r a c t:A s an e w m u l t i f u n c t i o n a lm a t e r i a l,a l l-d-m e t a lH e u s l e r a l l o y s a r e e x p e c t e d t o i m p r o v et h e p o o rm e c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f t h e t r a d i t i o n a l n o n-a l l-d H e u s l e r a l l o y N i2M n G a,w h i c h i s b r i t t l ea n dd i f f i c u l tt o m a c h i n e.T h i s p a p e rs y s t e m a t i c a l l y c a l c u l a t e sa n ds t u d i e st h ec r y s t a ls t r u c t u r e,t e t r a g o n a ll a t t i c e d e f o r m a t i o n,m a g n e t i c m o m e n ta n d e l a s t i c c o n s t a n t o f a l l-d-m e t a l H e u s l e rX2M n S c(X=N i,C u,P d,P t,A g a n d A u)a l l o y sa t0K u s i n g t h ee x a c t M u f f i n-T i no r b i t a l sm e t h o db a s e do nf i r s t-p r i n c i p l e sd e n s i t yg e n e r a l i z a t i o nt h e o r y.T h er e s u l t ss h o w t h a tt h et o t a le l e c t r o ne n e r g y of t h e s e a l l-d-m e t a lH e u s l e r a l l o y s i nL21s t r u c t u r e i s l o w e r t h a n t h a t o f X Aa n d f c cs t r u c t u r e s,i n d i c a t i n g t h a t t h e y a l l h a v e t h i sc u b i cs t a b l es t r u c t u r e.W h e nt h eL21-X2M n S ca l l o y su n d e r g o t e t r a g o n a l l a t t i c e d e f o r m a t i o n,t h e e l e c t r o ne n e r g y o f t h e s y s t e mi s a l w a y s h i g h e r t h a n t h ec u b i c s t r u c t u r e,s on o n eo ft h e m c a nu nde r g o m a r t e n s i t i c p h a s et r a n s i t i o n.T h et o t a l m a g n e t i cm o m e n t o fL21-X2M n S c a l l o y s i sm a i n l y d e r i v e df r o m M na t o m s;w h e n X=N i,P da n dP t t h e yc o n t r i b u t e l e s s,w h i l e s i m i l a r l y t o t h eS ca t o m s,X=C u,A g a n dA uc a nb ec o n s ide r e dn o n-s p i n-p o l a r i z e d.T h e e l a s t i c c o n s t a n t s o f t h eL21-X2M n S c a l l o y sm e e t t h e r e q u i r e m e n t s f o r t h em e c h a n i c a l收稿日期:20230602基金项目:辽宁省教育厅基本科研项目(L J KM Z20221472)㊂作者简介:李春梅(1979 ),女,辽宁铁岭人,沈阳师范大学教授,博士㊂s t a b i l i t y of t h e c u b i c l a t t i c e a n d t h er a t i oo fb u l k m o d u l u s t os h e a rm o d u l u s (B /G )a n dP o i s s o n s r a t i o (ν)o fP t 2M n S ca r es ig n i f i c a n t l yhi g h e rt h a n N i 2M n G a ,t h u sa r ee x p e c t e dt oh a v eb e t t e r m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s a n dw i d e r p o t e n t i a l a p p l i c a t i o n s i ne n g i n e e r i n g .T h er e s u l t sa r ee x p e c t e dt o p r o v i d e a t h e o r e t i c a l r e f e r e n c e f o r t h e o p t i m a l d e s i g no f t h em e c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f t h e a l l -d -m e t a l H e u s l e r X 2M n S c .K e y w o r d s :f i r s t -p r i n c i p l e s ;c r y s t a l s t r u c t u r e ;e l a s t i c c o n s t a n t ;a l l -d -m e t a lH e u s l e r a l l o y 近年来,以H e u s l e r 合金体系为代表的合金由于具有种类繁多㊁物质性能丰富㊁可通过掺杂不同元素实现合金性能高度可调等优点,在凝聚态物理领域和功能材料领域一直备受关注[1]㊂传统H e u s l e r合金具有高度有序的晶体结构,导致合金在发生一级或者二级相变时晶格体积㊁原子排布㊁原子磁矩㊁电子态密度㊁熵变等都会产生巨大的改变[23],正是这些改变使H e u s l e r 合金在磁性㊁超导㊁磁阻㊁半导体㊁磁热㊁弹热㊁形状记忆效应等领域都具有广泛的应用[4]㊂全过渡族H e u s l e r 合金(简称全d 族H e u s l e r合金)是一种新型的多功能材料,完全由过渡族元素构成,其在原子占位㊁电子结构和磁性等方面具有独特的性质[5],在许多前沿领域都具有很大的应用潜力㊂中国科学院物理所的刘恩克课题组[6]于2015年提出了以N i -M n -T i 基H e u s l e r 合金为代表的全d 族H e u s l e r 合金,改善了传统H e u s l e r 合金如N i 2M n G a 易脆㊁不易加工等不良的力学性能㊂将T i 元素替换成S c 元素也可以形成全d 族H e u s l e r 合金㊂然而,还鲜有关于X 2M n S c (X =N i ,C u ,P d ,P t ,A g 和Au )合金相关的实验和理论报道㊂X 2M n S c 合金的性能对传统的H e u s l e r 合金的改善还有待进一步证实,所以深入计算研究X 2M n S c 合金力学性质变得尤为重要,有望为设计实验及实际应用提供重要的理论依据㊂传统的H e u s l e r 合金化学式为X 2Y Z ,具有高度有序的H e u s l e r 结构,由A (0,0,0)㊁B (1/4,1/4,1/4)㊁C (1/2,1/2,1/2)㊁D (3/4,3/4,3/4)4个位置组成㊂然而H e u s l e r 合金中B 和D 位点及其他位点之间的无序在实验中是非常常见的现象,这种情况通常被称为B 2结构[7]㊂近年来,刘恩克等[8]提出全d 族H e u s l e r 合金具有与传统X 2Y Z 型H e u s l e r 合金相似的结构,且目前相关的实验和理论计算发现全d 族H e u s l e r 合金N i 2M n V 具有f c c (f a c e -c e n t e r e d -c u b i c )结构[9],这意味着全d 族H e u s l e r 合金可能具有f c c 结构[10]㊂本文研究均在0K 下进行,暂不考虑B 2结构㊂因此,本文研究全d 族H e u s l e r 合金X 2M n S c 合金L 21,X A ,f c c 3种结构的基态性质㊂X 2M n S c (X =N i ,C u ,P d ,P t ,A g 和A u )合金的晶体结构如图1所示(从晶胞而不是对称性来看)㊂图1(a )为正常H e u s l e r 结构[11](即L 21结构),其原子占位情况为X 原子分别占据在A 和C 的位置,M n 原子占据在B 的位置,S c 原子占据在D 的位置,空间群为F m 3m ,N o .225;图1(b )为反常H e u s l e r 结构[12](即X A 结构),其原子占位情况为X 原子分别占据在A 和B 的位置,M n 原子占据在C 的位置,S c 原子占据在D 的位置,空间群为F 43m ,N o .216;图1(c )为f c c 结构,空间群为P 4/mmm ,N o .123;4个原子分别占据4个子晶格位置㊂(a )L 21(b )X A (c )f c c图1 X 2M n S c 合金晶体结构图F i g .1 C r y s t a l s t r u c t u r ed i a g r a mo f X 2M n S ca l l o ys 本文采用精确M u f f i n -T i n 轨道(e x a c tM u f f i n -T i no r b i t a l s ,E MT O )的计算方法对全d 族H e u s l e r 合金X 2M n S c 合金进行了系统的计算研究,分析了不同元素对合金的晶体结构㊁四方晶格变形㊁磁矩和弹性常数的影响㊂1 计算方法及参数设置本文采用第一性原理E MT O 方法计算研究X 2M n S c (X =N i ,C u ,P d ,P t ,A g 和Au )合金的晶体结304第5期 李春梅,等:X 2M n S c (X =N i ,C u ,P d ,P t ,A g 和Au )合金晶体结构和弹性常数的第一性原理计算404沈阳师范大学学报(自然科学版)第41卷构㊁四方晶格变形㊁磁矩及弹性常数㊂软件具体计算参数设置如下:E MT O波函数基组包含s,p,d和f这4个轨道,并采用了标量相对论和软核近似,用标量相对论格林函数技巧求解单电子K o h n-S h a m 方程;单电子势用优化的M u f f i n-T i n势函数来表示,布里渊区由均匀的k点网格进行取样,且k点的网格数设置为13ˑ13ˑ13;X原子的价电子数分别为:N i-3d84s2,C u-3d104s1,P d-4d85s2,P t-5d86s2,A g-4d105s1,A u-5d106s1㊂采用M o r s e函数对9个能量(E)-体积(V)数据点拟合得到合金平衡态下的基态性质,包括晶格常数(a,c/a)㊁体弹性模量(B)和磁矩(μ)㊂2结果与讨论2.1立方晶格结构本文使用E MT O软件计算研究了X2M n S c(X=N i,C u,P d,P t,A g和A u)合金在L21结构㊁X A结构与f c c结构的电子总能(E t o t)随维格纳塞斯半径(W i g n e r-S e i t z r a d i u s,r w s)的变化关系(图2)㊂电子总能越低,则该合金结构越稳定㊂相比X A和f c c结构,X2M n S c合金在L21结构下E t o t均更低,合金体系更稳定,表明它们均具有该立方稳定结构㊂(a)N i2M n S c(b)P d2M n S c(c)P t2M n S c(d)C u2M n S c(e)A g2M n S c(f)A u2M n S c图2X2M n S c合金电子总能(E t o t)随维格纳塞斯半径(r w s)的变化关系图F i g.2T h e r e l a t i o n s h i p b e t w e e n t h e t o t a l e l e c t r o ne n e r g y(E t o t)a n d r a d i u s(r w s)f o r X2M n S ca l l o y s在元素周期表中N i ,P d ,P t 属于同一族元素,C u ,A g,A u 属于同一族元素㊂如图2(a )~图2(c )所示,当X =N i ,P d 和P t 时,合金在立方相L 21结构能量最低㊁最稳定,X A 结构能量最高㊁最不稳定;如图2(d )~图2(f )所示,当X =C u ,A g 和A u 时,合金在立方相L 21相结构能量最低㊁最稳定,f c c 结构能量最高㊁最不稳定㊂且N i 2M n S c 合金X A 结构与L 21结构的能量差最大(22.76m R y ),表明X A -N i 2M n S c 合金最不稳定㊂通过计算,得到X 2M n S c (X =N i ,C u ,P d ,P t ,A g 和A u )合金L 21结构㊁X A 结构㊁f c c 结构的晶格常数a 和体弹性模量B 随X 的变化关系(图3)㊂(a )(b)图3 X 2M n S c 合金L 21结构㊁X A 结构㊁f c c 结构的晶格常数a 和体弹性模量B 随X 变化关系F i g.3 T h e l a t t i c ec o n s t a n t a a n db u l km o d u l u s B a s a f u n c t i o no f X f o r t h eL 21,X Aa n d f c c s t r u c t u r e s o f X 2M n S ca l l o ys L 21-X 2M n S c 合金的晶格体积略大于X A 结构和f c c 结构㊂B 随X 的变化趋势是非线性的,每组合金都有点复杂,当X =N i ,P d 和P t 时合金的B 的数值大于X =C u ,A g 和Au 合金的数值时,B 的大小可能受到a 和晶体结构等影响㊂2.2 四方晶格变形鉴于上述合金立方相均为L 21稳定结构,本文进一步研究L 21-X 2M n S c 合金四方晶格变形情况㊂以各合金立方奥氏体相(c /a =1)的电子总能为参考值,计算研究了各种合金相对电子总能(ΔE )随四方晶格(c /a )的变化关系(图4)㊂(a )(b)图4 L 21-X 2M n S c 合金相对电子总能(ΔE )随四方晶格(c /a )的变化关系F i g .4 T h e r e l a t i o n s h i p b e t w e e n t h e r e l a t i v e t o t a l e l e c t r o ne n e r g y(ΔE )o f L 21-X 2M n S c a l l o y sw i t h t h e t e t r a go n a l l a t t i c e (c /a )从图4中可知,L 21-X 2M n S c (X =N i ,C u ,P d ,P t ,A g 和A u )合金均不存在ΔE 小于零的区域,表明它们均不能发生马氏体相变,均保持L 21结构稳定状态㊂虽然X 2M n S c 合金不能如传统的N i 2Mn G a 合金发生马氏体相变,但是X 2M n S c 合金具备母相L 21结构稳定的特征,工程上可以为L 21结构H e u s l e r 合金的优化设计提供参考,如可以考虑在N i 2M n G a 合金中G a 原子的位置掺杂S c 原子,从而提高N i 2M n G a 合金L 21相的稳定性㊂504第5期 李春梅,等:X 2M n S c (X =N i ,C u ,P d ,P t ,A g 和Au )合金晶体结构和弹性常数的第一性原理计算604沈阳师范大学学报(自然科学版)第41卷2.3磁矩表1为L21-X2M n S c(X=N i,C u,P d,P t,A g和A u)合金在不同X变化下的总磁矩(μt o t)㊁X原子的局域磁矩(μX)㊁M n原子的局域磁矩(μM n)和S c原子的局域磁矩(μS c)的E MT O结果㊂大部分L21-X2M n S c合金的磁矩会比N i2M n G a合金的磁矩(3.96μB)高[13],表明X2M n S c合金磁性更好,其中P t2M n S c合金的磁矩数值最大㊂表1L21-X2M n S c合金的总磁矩(μt o t)㊁X原子的局域磁矩(μX)㊁M n原子的局域磁矩(μM n)及S c原子的局域磁矩(μS c)T a b l e1T h e t o t a lm a g n e t i cm o m e n t(μt o t)㊁m a g n e t i cm o m e n t s o n X a t o m s(μX)㊁m a g n e t i cm o m e n t so nM na t o m s(μM n)a n dm a g n e t i cm o m e n t s o nS ca t o m s(μS c)f o r L21-X2M n S ca l l o y sA l l o y sμt o t(μB)μX(μB)μM n(μB)μS c(μB)N i2M n S c4.2270.3283.645-0.075C u2M n S c3.9150.0553.833-0.027P d2M n S c4.3270.1334.081-0.020A g2M n S c4.1820.0214.160-0.020P t2M n S c4.4970.1854.0770.050A u2M n S c4.2010.0394.1210.002通过比较每种合金的局域磁矩,可以发现它们的总磁矩均主要源于M n原子,当X=N i,P d和P t 时,它们贡献较小磁矩,而与S c原子类似,X=C u,A g和A u则均可视为非自旋极化的㊂X2M n S c(X= N i,P d和P t)合金的μt o t大于X2M n S c(X=C u,A g和A u)的μt o t,这可能是由于N i,P d,P t原子的价电子数(e/a=2)大于C u,A g,A u原子的价电子数(e/a=1)㊂2.4弹性常数弹性常数是表征材料弹性的基本物理量,用于描述材料在外力作用下的应变反应大小,因而与其晶格的力学稳定性有很大关系㊂表2列举了X2M n S c(X=N i,C u,P d,P t,A g和A u)合金L21相的弹性常数(C11,C12,C44,Cᶄ)㊁弹性各向异性A㊁多晶弹性常数剪切模量(G)㊁杨氏模量(E)㊁B/G和泊松比(ν)㊂立方晶格体系稳定性要求C11>C12,C11+2C12>0,C44>0[14]㊂通过表2可知,L21-X2M n S c合金符合C11>C12条件,满足立方晶系稳定性要求,表明它们基态下均具有力学稳定性,这与上述合金L21结构下电子总能最低㊁立方下L21结构稳定的结论相一致㊂通过对比X2M n S c合金的Cᶄ,C44,A,发现Cᶄ减小,A减小,表明A的变化主要取决于Cᶄ,即Cᶄ对合金L21相稳定性起主导作用㊂表2X2M n S c合金L21相弹性常数C11,C12,C44,Cᶄ,E,G,B/G,ν和AT a b l e2X2M n S ca l l o y s L21p h a s ee l a s t i c c o n s t a n t s C11,C12,C44,Cᶄ,E,G,B/G,P o i s s o n s r a t i oa n d AA l l o y s C11/G P a C12/G P a C44/G P a Cᶄ/G P a E/G P a G/G P a B/GνAN i2M n S c163.48101.9575.2730.76128.6948.572.520.322.45P d2M n S c136.88103.0062.9616.9496.1335.353.230.363.72P t2M n S c141.50135.6475.142.9388.6131.814.320.3925.65C u2M n S c134.2475.7068.8829.27116.8845.122.110.302.35A g2M n S c108.4170.8157.1018.8090.0734.122.440.323.04A u2M n S c135.8585.8059.6225.02103.5038.862.640.332.38研究表明,B/G的值和ν的数值可以作为描述合金延展性的参数㊂当B/G>1.75且ν>1/3时材料可归类为延性材料[1516],Cᶄ对应的是晶格四方剪切模量[17]㊂X2M n S c合金G,E与Cᶄ随X原子的变化趋势相同,其中当X=P t时,Cᶄ,G,E数值均最小,而其B/G=4.32,ν=0.39则最大,表明P t2M n S c合金的力学性能最佳,且P t2M n S c合金有望相比传统H e u s l e r合金N i2M n G a(B/G=3.31,ν=0.36)[13]展现出更加优良的力学性能㊂X2M n S c合金作为全d族H e u s l e r合金材料表现出了更好的力学性能特性㊂3结语本文利用第一性原理E MT O方法系统计算研究了X2M n S c(X=N i,C u,P d,P t,A g和A u)合金的晶体结构㊁四方晶格变形情况㊁磁矩及弹性常数㊂具体结论总结如下:1)相比X A 和f c c 结构,X 2M n S c 合金在L 21结构下E t o t 更低,合金体系更稳定,表明它们均具有该立方稳定结构,且L 21-X 2M n S c 合金的晶格体积也略大于X A 结构和f c c 结构㊂2)L 21-X 2M n S c 合金发生四方晶格变形时,体系的E t o t 总是高于该立方结构,因而它们均不能发生马氏体相变,保持L 21结构稳定状态㊂3)大部分L 21-X 2M n S c 合金的总磁矩略大于传统H e u s l e r 合金N i 2Mn G a ,且它们的总磁矩主要来源M n 原子,当X =N i ,P d 和P t 时,它们也贡献较小磁矩,而与S c 原子类似,X =C u ,A g 和A u 则均可视为非自旋极化的㊂4)L 21-X 2M n S c 合金的弹性常数符合立方晶系力学稳定性要求,表明它们基态下均具有力学稳定性㊂X 2M n S c 合金G ,E 与C ᶄ随X 原子的变化趋势相同,其中当X =P t 时,C ᶄ,G 和E 的数值均最小,而其B /G =4.32,ν=0.39则最大,表明P t 2M n S c 合金的力学性能最佳,且P t 2Mn S c 合金有望相比传统H e u s l e r 合金N i 2M n G a 展现出更加优良的力学性能㊂参考文献:[1]K A I N UMA R ,O I K AWA K ,I T O W ,e t a l .M e t a m a g n e t i c s h a p em e m o r y e f f e c t i nN i -M nb a s e d H e u s l e r -t y p e a l l o y s [J ].JM a t e rC h e m ,2008,18(16):18371842.[2]Y A N GLH ,Z HA N G H ,HUFX ,e t a l .M a g n e t o c a l o r i c e f f e c t a n dm a r t e n s i t i c t r a n s i t i o n i nN i 50M n 36-x C o x S n 14[J ].J A l l o y C o 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形状记忆合金shape memory alloy定义：具有形状记忆效应的合金。

一般金属材料受到外力作用后，首先发生弹性变形，达到屈服点，就产生塑性变形，压力消除后留下永久变形。

但有些材料，在发生了塑性变形后，经过合适的热过程，能够回复到变形前的形状，这种现象叫做形状记忆效应（SME）。

具有形状记忆效应的金属一般是由两种以上金属元素组成的合金，称为形状记忆合金（SMA）。

起源1932年,瑞典人奥兰德在金镉合金中首次观察到"记忆"效应，即合金的形状被改变之后，一旦加热到一定的跃变温度时，它又可以魔术般地变回到原来的形状，人们把具有这种特殊功能的合金称为形状记忆合金。

记忆合金的开发迄今不过20余年，但由于其在各领域的特效应用，正广为世人所瞩目，被誉为"神奇的功能材料"。

20世纪30年代，美国哈佛大学A. B. Greninger等发现CuZn合金在加热与冷却的过程中，马氏体会随之收缩与长大；1948年，前苏联学者库尔久莫夫预测到某些具有马氏体相变的合金会出现热弹性马氏体相变；1951年，张禄经、Read发现Au-47.5%Cd具有形状记忆效应；1963年，美国海军武器试验室（Americal navy Ordinance Laboratory）的Buehler博士等发现Ni-Ti合金具有形状记忆效应，并开发了Nitinol（Ni-Ti-Navy-Ordinance-Laboratory）形状记忆合金；70年代，CuAlNi也被发现具有形状记忆功能；1975年左右，FeMnSi及有些不锈钢也有形状记忆功能，并在工业中得到应用；1975年至1980年左右，双程形状记忆效应（Two Way Shape Memory Effect）、全程形状记忆效应（All Round Shape Memory Effect）、逆向形状记忆效应（Inverse Shape Memory Effect）相继被发现。

Ni-Mn基和Ti-Ni-Cu-Co形状记忆合金弹热性能研究Ni-Mn基和Ti-Ni-Cu-Co形状记忆合金弹热性能研究摘要：形状记忆合金是一种新型的智能材料，在机械、电子等领域有广泛的应用。

本文主要研究Ni-Mn基和Ti-Ni-Cu-Co形状记忆合金的弹热性能方面。

首先介绍了形状记忆合金的基本原理和发展历程，然后对Ni-Mn基和Ti-Ni-Cu-Co合金的组成、制备方法和热处理工艺进行分析。

接着，利用差示扫描量热仪（DSC）和热机械分析仪（TMA）等测试设备，对两种合金材料的弹热性能进行测试和分析。

结果表明，Ni-Mn基和Ti-Ni-Cu-Co形状记忆合金均表现出良好的形状记忆效应和超弹性效应。

同时，通过优化热处理工艺，可以进一步提高合金材料的弹热性能。

最后，对Ni-Mn基和Ti-Ni-Cu-Co形状记忆合金的应用前景进行了展望。

关键词：形状记忆合金，弹热性能，Ni-Mn基，Ti-Ni-Cu-Co，热处理工艺。

1. 引言形状记忆合金是一种在外力作用下能够发生形状变化，而在去除外力后能够恢复原来形状的智能材料。

这种材料具有良好的形变和恢复性能，可以应用于多种领域，如机械、电子、医学等。

Ni-Mn基和Ti-Ni-Cu-Co形状记忆合金是目前应用广泛的两种形状记忆合金材料，其性能优异，具有巨大的应用前景。

本文主要研究这两种形状记忆合金的弹热性能方面，并对其制备方法和热处理工艺进行探讨。

2. 形状记忆合金的基本原理和发展历程形状记忆合金是指在一定的温度范围内，经过特定的加工和热处理工艺后，其可以在外力作用下应变发生形状改变，并在去除外力后恢复原来的形状的材料。

这种材料的本质在于其具有两种互相转换的相结构，在外力作用下，材料的相结构发生转变，从而导致形状变化。

形状记忆合金材料具有良好的弹性、塑性、阻尼和耐腐蚀性等特点，在机械、电子、医学等领域有广泛的应用。

形状记忆合金的发展历程可以追溯到20世纪50年代初期。

｝名＼｝气＼｝气＼｝‘＼｝｛ｑ，ｉ吧／｝“一综述～Ｎｉ—Ｔｉ基形状记忆合金的研究与应用秦桂红，严彪，殷俊林（同济大学材料科学与工程学院、上海市金属功能材料开发应用重点实验室，上海２０００９２）摘要：Ｎｉ—Ｔｉ合金是一种性能优良的形状记忆材料。

本文主要介绍了它的基本特性、相图和马氏体晶体结构，并简单介绍了Ｎｉ—Ｔｉ—ｃｕ和Ｎｉ—Ｔｉ—Ｎｂ两种具有代表性的Ｎｉ—Ｔｉ基合金，以及Ｎｉ—Ｔｉ基合金在工程和医学中的应用。

关键词：Ｎｉ—Ｔｉ基形状记忆合金；相图；马氏体晶体结构；应用中图分类号：ＴＢｌ４６文献标识码：Ａ文章编号：１００８－１６９０（２００４）０４－－００１２－００５ＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｏｆＮｉ—ＴｉＢａｓｅｄＳｈａｐｅＭｅｍｏｒｙＡｌｌｏｙｓＱＩＮＧｕｉ－ｈｏｎｇ，ＹＡＮＢｉａｏ，ＹＩＮＪｕｎ－ｌｉｎ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌＳｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｔｏｎ舀ｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０００９２；ＳｈａｎｇｈａｉＫｅｙＬａｂ．ｏｆＡ＆ＤｏｆＦｕｎｃｔｉｏｎａｌＭｅｔａｌｌｉｃＭａｔｅｒｉａｌｓ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０００９２）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｎｉ—Ｔｉａｌｌｏｙｉｓａｋｉｎｄｏｆｓｈａｐｅｍｅｍｏｒｙｍａｔｅｒｉａｌｗｉｔｈｅｘｃｅｌｌｅｎｔｃａｐａｂｉｌｉｔｙ．Ｔｈｅｂａｓｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，ｐｈａｓｅｄｉａｇｒａｍａｎｄｍａｒｔｅｎｓｉｔｅｃｒｙｓｔａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅＮｉ—Ｔｉａｌｌｏｙ．Ｎｉ－Ｔｉ－ＣｕａｎｄＮｉ—Ｔｉ—ＮｂａｌｌｏｙｓａｓｔｙｐｉｃａｌＮｉ—ＴｉａｌｌｏｙａｓｗｅｌｌａｓｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅＮｉ—Ｔｉｂａｓｅｄａｌｌｏｙｓｔｏｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄｍｅｄｉｃａｌｆｉｅｌｄｈａｖｅｂｅｅｎｂｒｉｅｆｌｙｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．ＫｅｙＷｏｒｋｓ：Ｎｉ－Ｔｉｂａｓｅｄｓｈａｐｅｍｅｍｏｒｙａｈｏｙ；ｐｈａｓｅｄｉａｇｒａｍ；ｃｒｙｓｔａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｍａｒｔｅｎｓｉｔｅ；ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ１前言Ｎｉ—Ｔｉ形状记忆合金是６０年代发展起来的一种新型功能材料，它也是所有记亿合金中记忆性能最好、最稳定、发展最早、研究最全面的合金，即使是多晶合金也具有８％的超弹性，而回复应力可达５００ＭＰａ。

ni-ti形状记忆合金薄膜的研究和应用随着耐热高刚性Ni-Ti形状记忆合金（SMAs）的发展，应用范围也不断拓展。

在航空、航天、汽车、高科技装备、仪器和地铁方面，SMAs的应用日益推动着科技进步。

超薄膜（约25 nm到500 nm厚度）的SMAs是任何形状的薄膜的重要材料选择，在多学科领域（如电子，传感器，穿戴技术，创新纸，生物医学和太阳能集成）中，微流控芯片具有极其重要的作用。

Ni-Ti形状记忆合金薄膜（SMATF）是为这些应用制备超薄膜的重要材料选择。

SMATF的研究覆盖了众多令人兴奋的特性。

这些特性使其在微流控芯片系统中受到欢迎，并且取代了传统的金属制备膜材料（如钛及其合金）。

其中包括其独特的形状记忆性能，抗蝇卵功能，横向抗压（LCP）和抗压力学性能，优异的热稳定性，少至无需镀层，低热导率和抗化学性能。

此外，SMATFs还具有优良的多孔属性，表面粗糙度和微机械性能，增加其适用性。

SMATF能够通过多种方式制备，其中包括太阳能，光刻技术，集成型机械金属切削（IMMC），模板技术和化学气相沉积（CVD）法。

CVD是业界重要的技术，用于小型膜料技术。

SMATF膜成功地利用CVD技术制备，可以节省开发成本，同时提高产品的质量。

SMATF在生物医学领域有许多有趣的应用。

比如，Ni-Ti的触觉潜感铠甲，可以提供人类未来进行机器人结合的服装产品，这将是一个有趣的领域。

SMATFs用于癌症诊断或治疗中。

例如，如果你需要检查对抗原的存在，一个以SMATFs为基础的传感器是一种有用的工具。

SMATFs还在药物控释中用于制备控释机制，可以有效控制药物的控释速度。

Ni-Ti形状记忆合金薄膜可以在各种研究和应用领域中受益，尤其是在微流控芯片应用研究中。

它们也在生物医学应用方面出现了巨大的发展，这对改善和提高人们的健康以及科技的发展有着重要意义。

Ni-Ti形状记忆合金薄膜的发展将有助于开发新的器件，并改善现有技术。

《Ni-Mn-Sn基形状记忆合金力学和弹热性能研究》篇一Ni-Mn-Sn基形状记忆合金的力学和弹热性能研究摘要：本研究探讨了Ni-Mn-Sn基形状记忆合金的力学和弹热性能。

通过一系列实验和理论分析，我们深入了解了该合金的力学行为、弹性性能以及其潜在的形状记忆效应。

本文首先介绍了Ni-Mn-Sn 基形状记忆合金的背景和重要性，然后详细描述了实验方法、结果和讨论，最后总结了研究的主要发现和对未来研究的展望。

一、引言形状记忆合金（SMAs）因其独特的力学和物理性能，在各种工程应用中得到了广泛的应用。

Ni-Mn-Sn基形状记忆合金作为一种新兴的SMAs，具有优异的力学和弹热性能，因此备受关注。

本文旨在研究Ni-Mn-Sn基形状记忆合金的力学和弹热性能，以期为该合金的进一步应用提供理论依据。

二、实验方法1. 材料制备：采用真空电弧熔炼法制备Ni-Mn-Sn基形状记忆合金。

2. 力学性能测试：通过拉伸试验、硬度测试等手段，研究合金的力学性能。

3. 弹热性能测试：采用差示扫描量热法（DSC）和X射线衍射技术，研究合金的弹热性能。

三、实验结果1. 力学性能：Ni-Mn-Sn基形状记忆合金具有良好的强度和塑性，且随成分的不同而有所变化。

合金在经历形变后能够迅速恢复原始形状，表现出显著的形状记忆效应。

此外，合金的硬度随温度的变化而变化，具有明显的温度依赖性。

2. 弹热性能：Ni-Mn-Sn基形状记忆合金在加热和冷却过程中表现出明显的吸热和放热现象，这与其晶体结构的变化密切相关。

通过DSC测试发现，合金在相变过程中具有较高的热滞现象，这为其在温度控制领域的应用提供了可能。

此外，X射线衍射结果表明，合金在相变过程中晶体结构发生了明显的变化。

四、讨论1. 力学性能：Ni-Mn-Sn基形状记忆合金的力学性能受成分、温度和形变等因素的影响。

合适的成分设计和热处理工艺有助于提高合金的力学性能。

此外，合金的形状记忆效应为其在力学领域的应用提供了广阔的空间。