TiMo和NiCoMGa合金相稳定性及弹性行为第一性原理研究
发布时间：2021-09-13 19:20
形状记忆合金作为重要的功能材料,被广泛应用于很多领域。其形状记忆效应和超弹性均与马氏体相变密切相关,而马氏体相变又强烈依赖于合金的元素含量及无序度。因此,为了得到性能优异的材料,需要对其合金化的影响规律进行系统研究。本论文采用结合相干势近似的精确饼模型轨道方法（EMTO-CPA）,对两类形状记忆合金的合金化进行了第一性原理研究。β钛合金具有许多优良的物理特性,使之可以被设计成性能优异的形状记忆合金以及生物医用材料。但实际上,在β钛合金中往往会存在一些作为析出相出现的亚稳态ω相。本论文通过对Ti-Mo合金的柯西压力、Pugh比B/G以及泊松比v进行研究发现,相比于基体的β相,析出的ω相本征塑性较差,且具有较大的杨氏模量。因此,ω相的出现不仅会破坏β钛合金的形状记忆效应,而且使得材料容易发生脆化,在医学应用中导致应力屏蔽现象的出现。为了有效控制ω相,本论文对β-ω相变路径进行系统研究,并且发现在其相变路径上会产生明显的能垒,从而抑制ω相的出现。相比于晶格坍塌效应,由晶格形变所引起的共格应变能对总能垒的贡献可以忽略不计。在β-ω相变过程中,伴随着金属键向共价键的转变,其主要贡献来源于d轨道电...
【文章来源】：北京科技大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：117 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图２－３形状记忆效应【箭头（１）、（２）、（３）】和超弹性【箭头⑷、（５）】机理示意图??此外，形状记忆效应根据二次冷却过程中形变效果的不同，具体又可分??
?ＴｉＭｏ和ＮｉＣｏＭＧａ合金相稳定性及弹性行为第一性原理研究???合金加热后能恢复髙温奥氏体状态时的形状，冷却后变为与高温奥氏体??形状相同但取向相反的形状，称为全程形状记忆效应。??初始形状?低温变形?加热?冷却??单程?罗?紙２＾＾??双程??全程?＾?（＾＼??图２－４三种类型形状记忆合金的示意图??超弹性是铁弹材料的一种应用表现［１，叱铁弹材料的铁弹性是指材料应变??大小与外加应力不是简单的线性关系，而是呈现滞后回线的关系［７，８］。铁弹材??料的铁弹性在物理机制上是和铁电材料的铁电性，铁磁材料的铁磁性是平行??的概念，这三种性质所分别对应的铁弹材料、铁电材料和铁磁材料统称为铁??性材料［７，?９，?１０］。??超弹性又被称为伪弹性，可以由图２－３的箭头（４）－（５）来描述：箭头（４）是??材料在高温奥氏体状态下通过外加应力发生变形，造成应力诱发的马氏体相??变并产生大量的宏观应变；箭头（５）是表示卸载应力后，马氏体失去其稳定性??发生马氏体逆相变，从而恢复到初始的形状。??２．１．３形状记忆合金发展概述??早在１９３２年，瑞典化学家Ｏｈｌａｎｄｅｒ首次发现了在金镐（Ａｕ－Ｃｄ）合金中??存在金属相变，合金的形状被改变后加热到高温能恢复到初始形状。１９３８年，??Ｇｒｅｎｉｎｇｅｒ和Ｍｏｏｒａｄｉａｎ两人在Ｃｕ－Ｚｎ合金中观察到了金属具有的形状记忆效??应［１１］。苏联学者Ｋｕｒｄｊｕｍｏｖ等人于１９４８年预测，在能发生可逆相变的形状??记忆合金中，有可能出现热弹性的马氏体。１９４９年，他们在Ｃｕ－１４．７Ａｌ－ｌ．５Ｎｉ??合金中发现了热弹性马氏体，并于１９５９年发表了相关文章，文章中称
?北京科技大学博士学位论文???图２－Ｓ?Ｔｉ－Ｎｉ形状记忆合金在生物医学领域中的应用Ｍｌ??（１?）生物相容性要求［４２］。生物相容性是人体组织与移植材料相互包容和??适应的程度，即移植材料的进入是否会对人体组织造成破坏、毒害或是其它??有害的影响。然而，移植材料植入生物体后，有可能引发难以控制和预期的??移植物与人体组织器官之间的化学反应。２０世纪７０年代研究发现，Ｔｉ－６Ａ１－??４Ｖ合金中钒（Ｖ）容易聚集在器官上，影响组织和细胞的生长，且具有较大??的细胞毒性，会引起恶性组织反应，对人体的组织细胞和神经系统产生一定??－９－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]磁驱动相变材料研究进展[J]. 聂志华,王沿东,刘冬梅. 中国材料进展. 2012(03)
[2]纳米结构钛的生物力学性能研究[J]. 张保华,张小农. 医用生物力学. 2007(03)
[3]新型生物医用金属材料的研究和进展[J]. 任伊宾,杨柯,梁勇. 材料导报. 2002(02)
[4]磁性形状记忆材料Ni-Mn-Ga研究现状[J]. 高智勇,王中,郑玉峰,赵连城. 功能材料. 2001(01)
[5]形状记忆合金电机研究与应用中的若干新发展[J]. 杨凯,辜承林. 微电机(伺服技术). 2000(02)
[6]生物医学材料的研究与发展[J]. 王迎军,刘康时. 中国陶瓷. 1998(05)
本文编号：3395196
【文章来源】：北京科技大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：117 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图２－３形状记忆效应【箭头（１）、（２）、（３）】和超弹性【箭头⑷、（５）】机理示意图??此外，形状记忆效应根据二次冷却过程中形变效果的不同，具体又可分??
?ＴｉＭｏ和ＮｉＣｏＭＧａ合金相稳定性及弹性行为第一性原理研究???合金加热后能恢复髙温奥氏体状态时的形状，冷却后变为与高温奥氏体??形状相同但取向相反的形状，称为全程形状记忆效应。??初始形状?低温变形?加热?冷却??单程?罗?紙２＾＾??双程??全程?＾?（＾＼??图２－４三种类型形状记忆合金的示意图??超弹性是铁弹材料的一种应用表现［１，叱铁弹材料的铁弹性是指材料应变??大小与外加应力不是简单的线性关系，而是呈现滞后回线的关系［７，８］。铁弹材??料的铁弹性在物理机制上是和铁电材料的铁电性，铁磁材料的铁磁性是平行??的概念，这三种性质所分别对应的铁弹材料、铁电材料和铁磁材料统称为铁??性材料［７，?９，?１０］。??超弹性又被称为伪弹性，可以由图２－３的箭头（４）－（５）来描述：箭头（４）是??材料在高温奥氏体状态下通过外加应力发生变形，造成应力诱发的马氏体相??变并产生大量的宏观应变；箭头（５）是表示卸载应力后，马氏体失去其稳定性??发生马氏体逆相变，从而恢复到初始的形状。??２．１．３形状记忆合金发展概述??早在１９３２年，瑞典化学家Ｏｈｌａｎｄｅｒ首次发现了在金镐（Ａｕ－Ｃｄ）合金中??存在金属相变，合金的形状被改变后加热到高温能恢复到初始形状。１９３８年，??Ｇｒｅｎｉｎｇｅｒ和Ｍｏｏｒａｄｉａｎ两人在Ｃｕ－Ｚｎ合金中观察到了金属具有的形状记忆效??应［１１］。苏联学者Ｋｕｒｄｊｕｍｏｖ等人于１９４８年预测，在能发生可逆相变的形状??记忆合金中，有可能出现热弹性的马氏体。１９４９年，他们在Ｃｕ－１４．７Ａｌ－ｌ．５Ｎｉ??合金中发现了热弹性马氏体，并于１９５９年发表了相关文章，文章中称
?北京科技大学博士学位论文???图２－Ｓ?Ｔｉ－Ｎｉ形状记忆合金在生物医学领域中的应用Ｍｌ??（１?）生物相容性要求［４２］。生物相容性是人体组织与移植材料相互包容和??适应的程度，即移植材料的进入是否会对人体组织造成破坏、毒害或是其它??有害的影响。然而，移植材料植入生物体后，有可能引发难以控制和预期的??移植物与人体组织器官之间的化学反应。２０世纪７０年代研究发现，Ｔｉ－６Ａ１－??４Ｖ合金中钒（Ｖ）容易聚集在器官上，影响组织和细胞的生长，且具有较大??的细胞毒性，会引起恶性组织反应，对人体的组织细胞和神经系统产生一定??－９－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]磁驱动相变材料研究进展[J]. 聂志华,王沿东,刘冬梅. 中国材料进展. 2012(03)
[2]纳米结构钛的生物力学性能研究[J]. 张保华,张小农. 医用生物力学. 2007(03)
[3]新型生物医用金属材料的研究和进展[J]. 任伊宾,杨柯,梁勇. 材料导报. 2002(02)
[4]磁性形状记忆材料Ni-Mn-Ga研究现状[J]. 高智勇,王中,郑玉峰,赵连城. 功能材料. 2001(01)
[5]形状记忆合金电机研究与应用中的若干新发展[J]. 杨凯,辜承林. 微电机(伺服技术). 2000(02)
[6]生物医学材料的研究与发展[J]. 王迎军,刘康时. 中国陶瓷. 1998(05)
本文编号：3395196
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