NiTi合金(B2,B19’和R相)键合特征与弹性性质的第一性原理研究

张然¹，谢东¹，冷永祥²，景凤娟²，黄楠²

1. 西南交通大学物理科学与技术学院材料先进技术教育部重点实验室2. 西南交通大学材料科学与工程学院

摘 要：运用第一性原理方法计算NiTi合金三种相结构（B2、B19’和R相）的电荷密度、态密度、Mulliken布居、弹性常数,在此基础上探究NiTi合金的键合特征、弹性性质及其内在联系。计算结果表明NiTi合金主要成键类型是金属键,其次还包括共价键和离子键。离子键主要由Ti原子向Ni原子转移少量电荷形成,共价键主要由Ni-3d和Ti-3d的轨道杂化形成,此外B19’和R相中Ni-Ni原子间存在电子云重叠也具有共价键特征。弹性性质计算表明三种相结构的NiTi合金均为延性材料,并具有不同程度的弹性各向异性特征。延性强弱顺序依次为B2>R>B19’,弹性各向异性程度的强弱顺序为B19’>B2>R。材料的延脆性和弹性各向异性主要与合金中共价键、金属键的特征和强度有关。金属键具有无方向性特征,金属键越强材料的延性性能会越强;共价键具有方向性特征,共价键越强,同时金属键越弱,则材料的弹性各向异性的程度会越高。本研究揭示了NiTi合金在B2→R→B19’马氏体相变过程中键合特征和弹性性质的变化情况,对NiTi合金器械的设计和应用具有重要的参考意义。

关键词：NiTi合金;键合特征;弹性性能;第一性原理;