高温高压对镍钛合金热力学性能影响的理论研究

Ni-Ti alloy is one of the most widely used shape memory alloys. It has been widely used in many areas including mechanics, aerospace, electronics, energy and biomedicine. The investigation of the thermodynamic properties of Ni-Ti alloy is a significant research topic in material science, condensed matter physics and defense engineering fields. This work intends to use the newly-developed SCAILD method which contains the anharmonicity to study the effect of high pressure and high temperature on the lattice dynamical properties and thermodynamic properties of different components of Ni-Ti alloys, and construct the multiphase equation of state of Ni-Ti alloy. This study is helpful for exploring and developing new materials and controlling the formation and mechanical properties of alloys.

镍钛合金是应用最为广泛的形状记忆材料之一，其高温高压极端条件下的热力学性能研究，在机械、航天及国防等众多领域中有着极为重要的研究意义。本项目拟采用改进的第一性原理方法，充分考虑温度的非谐效应，得到镍钛合金在100 GPa，3000 K范围内的热力学性质，分析高温高压对镍钛合金热力学性能的影响规律及机制。通过本项目的研究，也能为构建镍钛合金体系的高温高压物态方程与热力学性能数据库提供有益参考，并为过渡金属合金多相物态方程建模提供理论帮助。

在本项目中，我们采用第一性原理方法，计算得到了NiTi合金在高压下的结构变化及相应力学性质。通过计算发现，零温下B19′结构能量高于BCO结构。在一定压力下，B19′结构参数会发生一个小的突变，意味着两者之间可能会发生滑移性结构变化。我们对NiTi合金施加了静水压与非静水压，得到了不同种类压力作用下的物态方程与弹性性质。另外，我们采用改进的第一性原理方法（自洽晶格动力学方法），通过考虑声子间相互作用来处理温度的非谐效应，得到了镍钛合金在高温高压下的相变及热力学性质。通过本项目的研究，也能为构建镍钛合金体系的高温高压物态方程与热力学性能数据库提供有益参考，并为过渡金属合金多相物态方程建模提供理论帮助。