High-entropy alloys (HEAs), and even medium-entropy alloys (MEAs), are an intriguing class of materials in that structure and property relations can be controlled via alloying and chemical disorder over wide ranges in the composition space. Employing density-functional theory combined with the coherent-potential approximation to average over all chemical configurations, we tune free energies between face-centered-cubic (fcc) and hexagonal-close-packed (hcp) phases in Fe$_{x}$Mn$_{80-x}$Co$_{10}$Cr$_{10}$ systems.~Within Fe-Mn-based alloys, we show that the martensitic transformation and chemical short-range order directly correlate with the fcc-hcp energy difference and stacking-fault energies, which are in quantitative agreement with recent experiments on a $x$=40~at.\% polycrystalline HEA/MEA. Our predictions are further confirmed by single-crystal measurements on a$x$=40at.\% using transmission-electron microscopy, selective-area diffraction, and electron-backscattered-diffraction mapping. The results herein offer an understanding of transformation-induced/twinning-induced plasticity (TRIP/TWIP) in this class of HEAs and a design guide for controlling the physics behind the TRIP effect at the electronic level.
Ferromagnetic interactions and martensitic transformation in Fe doped Ni-Mn-In shape memory alloys
采用差示扫描量热法、磁化强度、电阻率、X射线衍射(XRD)和EXAFS研究了Fe掺杂的Ni-Mn-In磁性记忆合金的结构、磁性和马氏体性能。虽然Ni $_{2}$ Mn In $_{1-x}$ Fe $_{x}$($0 \le x \le 0.6$)合金是铁磁性的和非马氏体的,但是Ni $_{2}$ Mn $_{1.5} $ In $_{1-y}$ Fe $_{y}$和Ni $_{2}$ Mn $ _{1.6} $ In $_{1-y}$ Fe $_{y}$中的马氏体转变温度在较高Fe浓度急剧降低之前对于较低Fe浓度($y \le 0.05$)增加。XRD分析揭示了在室温下Ni $_{2}$ Mn In $_{1-x}$ Fe $_{x}$中存在立方和四方结构相,四方相含量随着Fe掺杂而增加。尽管这些Fe掺杂合金中Mn和Ni周围的局部结构与马氏体富锰Ni-Mn-In合金相似,但铁磁相互作用的存在和Fe诱导的结构无序会影响Mn-Ni-Mn反铁磁相互作用,从而抑制这些Fe掺杂合金中的马氏体转变。
Effect of the temperature and magnetic field induced martensitic transformation in bulk Fe$_{45}$Mn$_{26}$Ga$_{29}$ alloy on its electronic structure and physical properties
研究了温度和磁场诱发马氏体相变(MT)对Fe $_{45.2}$ Mn $_{25.9}$ Ga $_{28.9}$ Heusler合金电子结构和某些物理性质的影响。{根据DSC、磁性和输运测量的实验结果,在没有外部磁场的情况下,在194 $\leq T \leq$-328 K温度范围内发生直接和反向马氏体相变,滞后高达$ΔT \approx$ 100 K,定义为$ΔT$ = $A_{f,s}$ - $M_{s,f}$,其中$A_{f,s}$和$M_{s,f}$是直接和反向马氏体相变的临界温度。$μ_{0}H$ = 5 T的外部磁场导致MT温度的高温偏移。} MT从母奥氏体L_2PDMATHABMV相转变为马氏体四方畸变L_2PDMATHABMV相(即,e.到L1 $_{0}$)引起合金电子结构的显著变化、合金磁化强度的急剧增加、合金电阻率的降低以及电阻率温度系数的符号从负到正的反转。同时,实验确定的光学性质的Fe $_{45.6}$ Mn $_{25.9}$ Ga $_{28.9}$ Heusler合金在奥氏体和马氏体状态下看起来相当相似,在微观性质上有明显的不同,这可以从第一原理计算得出结论。实验观察到的合金的物理性能的变化进行了讨论的奥氏体和马氏体相的电子结构。
Magnetic interactions in the Martensitic phase of Mn rich Ni-Mn-In shape memory alloys
研究了Mn $_{2}$ Ni $_{(1+x)}$ In $_{(1-x)}$($x$ = 0.5,0.6,0.7)和Mn $_{(2-y)}$ Ni $_{(1.6+y)}$ In $_{0.4}$($y$ =-0.08,-0.04,0.04,0.08)记忆合金的磁性能。发现这些合金马氏体相中的磁相互作用与Ni、$_2$、Mn、$_{(1+x)}$、In、$_{(1-x)}$型合金中的磁相互作用非常相似。Ni对In的掺杂不仅诱导Mn $_2$ NiIn型合金中的马氏体不稳定性,而且由于占位无序而影响磁性。过量的Ni优先占据X位,迫使Mn到X $_2$ YZ Heusler组分的Z位,导致从铁磁基态到由铁磁Mn(Y)- Mn(Y)和反铁磁Mn(Y)-Mn(Z)相互作用主导的状态的转变。在零场冷却条件下,交换偏置效应的观测表明,磁基态的这些变化和原始磁化曲线位于磁滞回线之外。
Effect of site occupancy disorder on Martensitic properties of Mn$_{2}$NiIn type alloys: x-ray absorption fine structure study
为了了解Mn $_{2}$ Ni $_{1+x}$ In $_{1-x}$和Ni $_2$ Mn $_{1+x}$ In $_{1-x}$合金在马氏体和磁性方面的相似性,我们对Mn $_{2}$ Ni $_{1.5}$ In $_{0.5}$合金中Mn和Ni的局域结构进行了\textit{ab-initio}计算。结果表明,在Mn $_{2}$ Ni $_{1+x}$ In $_{1-x}$合金中,Mn原子很可能占据X $_2$ YZ Heusler结构的X、Y和Z三个晶位,而Ni原子优先占据X晶位。Mn原子的这种占位无序是除了由于Mn和In原子之间的尺寸差异而导致的局部结构无序之外的,该局部结构无序也存在于Ni $_2$ Mn $_{1+x}$ In $_{1-x}$合金中。此外,在Mn $_{2-y}$ Ni $_{1.6+y}$在$_{0.4}$($-0.08 \le y \le 0.08$)的Mn和Ni K边缘的计算与实验XAFS的比较表明马氏体相变和Mn原子占据Z位点之间有很强的联系。
Jerky elasticity: Avalanches and the martensitic transition in Cu74.08Al23.13Be2.79 shape-memory alloy
通过动态力学分析仪测量观察到记忆合金Cu 74.08 Al 23.13 Be 2.79单晶的急动弹性。急动出现在弹性响应函数的耗散尖峰,并与奥氏体和马氏体相之间的转变过程中雪崩的形成有关。雪崩的统计数据遵循雪崩临界性P(E)与E-E成比例的预测,其中P(E)是发现能量为E的雪崩的概率。这一结果再现,在实验的不确定性,以前的研究结果声发射技术。
Determination of the vibrational contribution to the entropy change at the martensitic transformation in Ni-Mn-Sn metamagnetic shape memory alloys: A combined approach of time-of-flight neutron spectroscopy and ab-initio calculations
Tunability of martensitic behavior through coherent nanoprecipitates and other nanostructures
分子动力学模拟结果表明,共格析出相对Ni $_{63}$ Al $_{37}$合金的马氏体相变有显著影响。由非马氏体Ni $_{50}$ Al $_{50}$组成的沉淀物改变了支配相变的自由能景观,并导致热滞后的显著降低,而相变应变的代价非常小,并且改变了相变温度。重要的是,本文表明,自由能景观工程是可能的纳米结构可能通过标准的冶金加工路线。探讨了纳米沉淀体系中原子级成核和转化机制,并与外延纳米层压材料和纳米线进行了比较。模拟揭示了三种不同的制度的转变机制和马氏体纳米结构的非马氏体相的体积分数的函数。自由能景观工程是普遍适用的,并可能有助于设计新的记忆合金与新的性能,如在室温下操作的轻质合金。
Stabilization of Martensite and Austenite Phases and Realization of Two-way Martensitic Transition in Co-Ni-Ga Ferromagnetic Shape Memory Alloy Nanoparticles
How to enable bulk-like martensitic transformation in epitaxial films
本研究致力于不同的衬底和缓冲层材料的影响,在溅射沉积外延形状记忆Heusler合金的马氏体相变。为此,磁热Heusler合金Ni-Co-Mn-Al \cite{Teichert2015b}在MgO(001)、MgAl $_{2}$ O $_{4}$(001)和MgO(001)/V衬底上生长,这些衬底表现出与$-1.2\%$和$3.6\%$之间的Ni-Co-Mn-Al的晶格失配。由温度依赖的X射线衍射测量结果表明,形状记忆Heusler膜的最佳缓冲层不是具有最小晶格失配的缓冲层,而是具有最小杨氏模量和适度失配的缓冲层,因为弹性缓冲层可以在Heusler层的马氏体相变期间变形。此外,适度的晶格失配引起的外延应变不会显着改变马氏体相变温度。
Finely Tunable Thermal Expansion of NiTi by Stress-Induced Martensitic Transformation and Thermomechanical Training
Korea Advanced Institute of Science and Technology(韩国科学技术院);Massachusetts Institute of Technology(麻省理工学院);Korea University(高丽大学);Inha University(仁荷大学);University of Stuttgart(斯图加特大学)
A critical discussion of calculated modulated structures, Fermi surface nesting and phonon softening in magnetic shape memory alloys Ni$_2$Mn(Ga, Ge, Al) and Co$_2$Mn(Ga, Ge)
Magnetostructural Transformation and Magnetoresponsive Properties of MnNiGe1-xSnx Alloys
采用X射线衍射(XRD)、差热分析(DTA)和磁化强度测量方法研究了MnNiGe 1-xSnx(0 \leq x \leq 0.200)合金的马氏体相变和磁相变。结果表明,随着Sn替代量的增加,MnNiGe_(1-x)Sn_x的马氏体相变温度从460 K降低到100 K,马氏体中AFM螺旋结构转变为反平行AFM结构。在此基础上,获得了显著的磁场诱导PM/spiral-AFM和FM/AFM磁结构转变以及较大的正、负磁热效应。Mn Ni Ge_(1-x)Sn_x合金的磁响应效应因Sn的替代而增强。提出了MnNiGe_(1-x)Snx合金的结构和磁性相图。
History dependent nucleation and growth of the martensitic phase in a magnetic shape memory alloy Ni$_{45}$Co$_{5}$Mn$_{38}$Sn$_{12}$
通过磁化强度随时间的演化,研究了记忆合金Ni $_{45}$ Co $_{5}$ Mn $_{38}$ Sn $_{12}$体系中通过磁场(H)和T空间中不同路径产生的亚稳共存相的低温(T)动力学。结果表明,这些共存相组成的一部分动力学逮捕奥氏体相和低T平衡马氏体相的剩余部分进行缓慢的弛豫低磁化(马氏体)状态,但在相同的T和H有非常不同的热磁历史依赖率。我们发现,当马氏体相的形核是在低得多的温度下通过类玻璃态的去阻止而不是相应的一级相变(在高得多的温度下通过过冷)开始时,长时间弛豫速率与非平衡相分数成比例,但对温度的依赖性很弱。这是解释的基础上的H-T路径依赖的核的临界半径的大小和随后的增长的平衡相通过运动的界面。