● 摘要
NiTi合金由于形状记忆效应而受到广泛关注，其优越的性能主要与马氏体相变相关，然而NiTi合金相变温度较低并且相变时热滞较高，导致其在实际应用上受到阻碍。因此对该材料的研究主要集中于如何提高其马氏体相变温度的同时获得较低的热滞。
本文采用第一性原理的研究方法，对不同浓度（4.2, 6.3, 8.4, 10.4, 12.5, 18.8, 25at.%）Pd、Cu、Zr掺杂情况下，NiTi合金的相稳定性和结构特性进行计算讨论。马氏体的相稳定性通过形成能来表示，形成能越低结构越稳定；马氏体相变温度可以通过奥氏体与马氏体两相能量差值进行分析，且能量差越大相变温度越高；相变过程中两相晶格常数之比越接近于1，两相晶格匹配度越高，相变产生的能量损耗越小，则热滞越小。
计算结果表明，Pd在提高合金结构稳定性的同时，改变了合金的马氏体相变路径，使得B19相成为最稳定的马氏体相。随着掺杂浓度增加，两相能量差先略有降低后显著升高，这意味着相变温度在较高浓度下显著升高。并且，Pd使热滞达到最小值。因此，从微观解释了，Pd掺杂能够在较高浓度下掺杂下，使得相变温度显著升高，并且得到热滞最小值的机理在于，Pd改变了合金的马氏体相变路径，使得B19结构在较高掺杂浓度下成为最稳定的马氏体结构。并且B19四方结构与母相BCT结构界面匹配度较好，相变能量损耗较低，得到热滞最小值。
计算结果表明，Cu使得合金的结构稳定下降，并且改变其马氏体相变路径，但是Cu对B19结构的相对稳定性影响不大。随着掺杂浓度升高，两相能量差变化不大，使得相变温度变化不显著。另外，Cu掺杂也能使热滞达到最小值。Cu元素对合金相变温度影响不大的微观原因在于，Cu虽然可以改变合金的马氏体相变路径，但是对B19结构的相对稳定性影响不显著，使得两相能量差变化不大。然而马氏体稳定结构的改变，仍然提高了两相界面匹配度，相变能量损耗降低，使得热滞减小。
计算结果表明，Zr可以提高合金结构稳定性，但是马氏体相变路径并不改变，B19’为稳定的马氏体结构，并且B19’结构稳定性的提高程度高于BCT结构的程度。较高浓度Zr使得两相能量差明显增大，从而相变温度显著升高。另外，Zr增加了相变热滞。该结果的微观机理在于，Zr在较高浓度下显著提高了马氏体B19’结构稳定性，使得两相能量差大幅度增加，从而显著提高了合金的相变温度，但是由于B19’结构为单斜结构，与母相BCT的四方结构晶格匹配度较差，使得其相变能量损耗较大，导致热滞升高。