Mg基Heusler合金马氏体相变及磁性能的第一性原理研究
发布时间：2020-12-20 05:57
Heusler合金功能特性丰富,其中磁致形状记忆效应因应变幅度大、响应频率高和能量密度高的特点而广受关注。一些具有磁致形状记忆效应的Heusler合金还兼具半金属性、巨磁阻和巨磁热效应等多功能特性,广泛应用于传感器、驱动器、磁制冷和数据存储等领域。本论文利用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法系统地研究了Mg-Y-Z（Y=Sc,Ti,V,Z=Al,Ga,In）合金存在马氏体相变的可能、相变过程中磁性的变化、缺陷结构中的原子优先占位以及第四组元的加入对相变和磁性的影响等,预测一类新的轻质形状记忆材料,揭示成分对相变温度和磁性影响的规律和原因,为进一步实验研究提供理论基础。首先,计算了不同结构和磁性的化学计量比Mg2YZ（Y=Sc,Ti,V,Z=Al,Ga,In）的平衡晶格常数、磁性、四方变形,以及立方相和四方相的电子结构、力学性质和声子谱。结果表明所有合金的立方相都是反Heusler结构,密度在2.45～4.41 g/cm3。含Ti、V的合金具有铁磁性,且有可能发生马氏体相变。Mg2VZ的磁性在四方变形过程中减小幅度较大。...
【文章来源】：南昌大学江西省 211工程院校
【文章页数】：125 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
Ni8Mn6Sn2-xAlx（x=0,2）铁磁、反铁磁结构相对于反铁磁立方相的总能差与四方变形率c/a的关系曲线[133]
第1章绪论29优先占据Z和Ni原子位。两相能量差随Mn掺杂单调增大，而随Co掺杂单调减小，这与实验上马氏体相变温度变化趋势一致。0图1.9Ni2Mn1+xSn1-x(x=0,0.25,0.5)相对于立方相的总能差与四方变形率c/a的关系[135]。Fig.1.9.Thetotalenergydifferencerelativetothecubicphaseasafunctionoftheaxialratio,c=a,inthetetragonalstructurecalculatedforNi2Mn1+xSn1-x(x=0,0.25,0.5),respectively[135].图1.10Ni2Mn1+xSn1-x(x=0,0,25,0.5)立方相、Ni2Mn1.5Sn0.5四方相费米能级附近总的电子态密度[135]。Fig.1.10.Thetotaldensityofstates(DOS)nearEF,inthecubic(austenite)phaseofNi2Mn1+xSn1-x(x=0,0.25,0.5),respectively.李春梅[150]研究了Ni-Mn-Ga合金中平均每原子的价电子数e/a与合金性质的关系。发现随着e/a的增加，体积模量B和弹性常数44逐渐增加，剪切常数′则逐渐减小，相变温度实验值逐渐升高。很多文献都报道了相变温度随着e/a-0.6-0.4-0.200.20.40.6100-10-20-30TotalDOS(States/eV)x=0.00(Cubic)x=0.25(Cubic)x=0.50(Cubic)x=0.50(Tetra)x=0.00(Cubic)x=0.25(Cubic)x=0.50(Cubic)x=0.50(Tetragonal,c/a=1.31)NiMnSn21+x1-xBindingEnergy(eV)
第2章Mg2YZ（Y=Sc,Ti,V,Z=Al,Ga,In）的结构、磁性、稳定性及马氏体相变45构在费米能级附近形成了一个二重简并的轨道和一个三重简并的2轨道，它们主要由Ti原子d轨道构成。我们可以看到，简并的和2轨道在四方马氏体相发生了分裂，由于姜泰勒效应，这种分裂降低了总能，并使马氏体相更稳定。图2.11八面体晶体场中姜泰勒效应导致的d轨道分裂。Fig.2.11.ThesplittingofdorbitalcausedbyJahn-Tellereffectinoctahedralcrystalfield.图2.12Mg2TiAl立方奥氏体相和四方马氏体相的能带结构。气泡的大小表示Ti原子d轨道亚层占相应轨道的权重。Fig.2.12BandstructuresforMg2TiAlinbothausteniticandmartensiticphases.Thebubbleradiusareproportionaltotheweightofcontribution.2.5弹性性质弹性力学在机械结构设计和计算中具有重要作用，主要研究弹性体在外力2(,,)(22,2)1(22)1(2)2()(,)1(2)1(22)2()(,)OctahedralO4hElongatedD4hCompressedD4h
【参考文献】：
期刊论文
[1]核电厂人因工程运行经验判定准则研究[J]. 张平,李红波,耿波,李金珂,沈阳,李丹. 科技视界. 2019(34)
[2]磁性形状记忆合金研究进展[J]. 蒋成保,王敬民,徐惠彬. 中国材料进展. 2011(09)
[3]形状记忆合金的发展及其在导弹与航天领域的应用[J]. 曹运红. 飞航导弹. 2000(10)
[4]半导体热电材料研究进展[J]. 刘宏,王继扬. 功能材料. 2000(02)
[5]智能材料与直升机[J]. 英基勇. 直升机技术. 1997(04)
博士论文
[1]Ti-V-Al基轻质记忆合金的马氏体相变与力学行为[D]. 杨哲一.哈尔滨工业大学 2016
[2]Ni-Mn-Ga合金调制马氏体的结构参数、相稳定性和磁性能成分依赖特性的第一原理计算[D]. 许楠.东北大学 2015
[3]Ni-Mn（Fe,Co）-Ga（In）磁致形状记忆合金的结构、热稳定性和磁性能的第一原理计算[D]. 白静.东北大学 2011
硕士论文
[1]反Heusler合金Ti2-xMxCoAl（M=Nb,V）的电子结构、半金属性及磁性的第一性原理研究[D]. 陈英.西南大学 2014
本文编号：2927333
【文章来源】：南昌大学江西省 211工程院校
【文章页数】：125 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
Ni8Mn6Sn2-xAlx（x=0,2）铁磁、反铁磁结构相对于反铁磁立方相的总能差与四方变形率c/a的关系曲线[133]
第1章绪论29优先占据Z和Ni原子位。两相能量差随Mn掺杂单调增大，而随Co掺杂单调减小，这与实验上马氏体相变温度变化趋势一致。0图1.9Ni2Mn1+xSn1-x(x=0,0.25,0.5)相对于立方相的总能差与四方变形率c/a的关系[135]。Fig.1.9.Thetotalenergydifferencerelativetothecubicphaseasafunctionoftheaxialratio,c=a,inthetetragonalstructurecalculatedforNi2Mn1+xSn1-x(x=0,0.25,0.5),respectively[135].图1.10Ni2Mn1+xSn1-x(x=0,0,25,0.5)立方相、Ni2Mn1.5Sn0.5四方相费米能级附近总的电子态密度[135]。Fig.1.10.Thetotaldensityofstates(DOS)nearEF,inthecubic(austenite)phaseofNi2Mn1+xSn1-x(x=0,0.25,0.5),respectively.李春梅[150]研究了Ni-Mn-Ga合金中平均每原子的价电子数e/a与合金性质的关系。发现随着e/a的增加，体积模量B和弹性常数44逐渐增加，剪切常数′则逐渐减小，相变温度实验值逐渐升高。很多文献都报道了相变温度随着e/a-0.6-0.4-0.200.20.40.6100-10-20-30TotalDOS(States/eV)x=0.00(Cubic)x=0.25(Cubic)x=0.50(Cubic)x=0.50(Tetra)x=0.00(Cubic)x=0.25(Cubic)x=0.50(Cubic)x=0.50(Tetragonal,c/a=1.31)NiMnSn21+x1-xBindingEnergy(eV)
第2章Mg2YZ（Y=Sc,Ti,V,Z=Al,Ga,In）的结构、磁性、稳定性及马氏体相变45构在费米能级附近形成了一个二重简并的轨道和一个三重简并的2轨道，它们主要由Ti原子d轨道构成。我们可以看到，简并的和2轨道在四方马氏体相发生了分裂，由于姜泰勒效应，这种分裂降低了总能，并使马氏体相更稳定。图2.11八面体晶体场中姜泰勒效应导致的d轨道分裂。Fig.2.11.ThesplittingofdorbitalcausedbyJahn-Tellereffectinoctahedralcrystalfield.图2.12Mg2TiAl立方奥氏体相和四方马氏体相的能带结构。气泡的大小表示Ti原子d轨道亚层占相应轨道的权重。Fig.2.12BandstructuresforMg2TiAlinbothausteniticandmartensiticphases.Thebubbleradiusareproportionaltotheweightofcontribution.2.5弹性性质弹性力学在机械结构设计和计算中具有重要作用，主要研究弹性体在外力2(,,)(22,2)1(22)1(2)2()(,)1(2)1(22)2()(,)OctahedralO4hElongatedD4hCompressedD4h
【参考文献】：
期刊论文
[1]核电厂人因工程运行经验判定准则研究[J]. 张平,李红波,耿波,李金珂,沈阳,李丹. 科技视界. 2019(34)
[2]磁性形状记忆合金研究进展[J]. 蒋成保,王敬民,徐惠彬. 中国材料进展. 2011(09)
[3]形状记忆合金的发展及其在导弹与航天领域的应用[J]. 曹运红. 飞航导弹. 2000(10)
[4]半导体热电材料研究进展[J]. 刘宏,王继扬. 功能材料. 2000(02)
[5]智能材料与直升机[J]. 英基勇. 直升机技术. 1997(04)
博士论文
[1]Ti-V-Al基轻质记忆合金的马氏体相变与力学行为[D]. 杨哲一.哈尔滨工业大学 2016
[2]Ni-Mn-Ga合金调制马氏体的结构参数、相稳定性和磁性能成分依赖特性的第一原理计算[D]. 许楠.东北大学 2015
[3]Ni-Mn（Fe,Co）-Ga（In）磁致形状记忆合金的结构、热稳定性和磁性能的第一原理计算[D]. 白静.东北大学 2011
硕士论文
[1]反Heusler合金Ti2-xMxCoAl（M=Nb,V）的电子结构、半金属性及磁性的第一性原理研究[D]. 陈英.西南大学 2014
本文编号：2927333
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