NiTi 基合金中点缺陷的从头算研究

温度或应力状态的变化可能在近化学计量比的镍钛 (NiTi) 合金中诱发可逆的 B2$\leftrightarrow$(R)$\leftrightarrow$ B19' 马氏体相变及相关的形状记忆效应。最近的实验研究证实，富氢老化气氛对随后的 B2 奥氏体 $\leftrightarrow$ B19' 马氏体相变路径有显著影响。在本文中，我们利用密度泛函理论 (Density Functional Theory) 研究了 B2 奥氏体和 B19' 马氏体相中 Ar、He 和 H 间隙原子的性质。我们发现 H 间隙原子表现出负的形成能，而 Ar 和 He 间隙原子则产生正值。我们对具有 B2 奥氏体结构的微富 Ni Ni--Ti 合金的理论分析表明，在 51--52\,\text{at.%} 范围内略微偏向富 Ni 成分的过化学计量比在能量上是有利的。同样的结论也适用于 H 含量高达 \approx6\,\text{at.%} 的掺 H NiTi。与实验数据一致，我们预测 H 原子通过改变 NiTi 高温立方 B2 相和低温单斜 B19' 相之间的相互热力学稳定性，对 NiTi 中的马氏体相变产生强烈影响。预测氢原子会形成稳定的间隙缺陷。由于 He 和 Ar 并非如此，氢与这两种惰性气体的混合物可用于退火实验中，以在研究不同气氛下 NiTi 的马氏体相变时控制 H 分压。