МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА В ПЛАСТИЧЕСКИ ДЕФОРМИРОВАННОМ НИКЕЛЬ-ТИТАНОВОМ СПЛАВЕ : научное издание | Научно-инновационный портал СФУ

МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА В ПЛАСТИЧЕСКИ ДЕФОРМИРОВАННОМ НИКЕЛЬ-ТИТАНОВОМ СПЛАВЕ : научное издание

Перевод названия: MAGNETIC PROPERTIES OF PLASTICALLY DEFORMED NICKEL-TITANIUM ALLOY

Тип публикации: статья из журнала

Год издания: 2017

Ключевые слова: сплавы Ni-Ti, ферромагнитные свойства, кластеры в линзовидных кристаллах, икосаэдр, пентагональная симметрия, плотности спин-поляризованных электронных состояний, titanium nickel alloy, Ferromagnetic properties, lenticular crystal cluster, icosahedron, pentagonal symmetry, spin-polarized electron density of states

Аннотация: Сплавы системы Ni-Ti интенсивно изучаются в течение последних десятилетий. Уникальные свойства сплава позволили использовать его в качестве конструкционного материала для создания приборов и устройств в различных областях науки и техники, в том числе машиностроении, аэрокосмической сфере, приборостроении. Показано, что после деформации сплав Ni51Ti49 приобретает ферромагнитные свойства. Согласно равновесной фазовой диаграмме, сплавы Ni-Ti при содержании Ti выше 10 ат. % не являются ферромагнитными. Известно, что за счет понижения симметрии кристаллической фазы с кубической решеткой возможно возникновение намагниченности. Исследованы магнитные свойства и структура деформированных образцов Ni51Ti49 с помощью методов электронной микроскопии и дифракции рентгеновских лучей. В образцах Ni51Ti49 после пластической деформации найдены линзовидные кристаллы, содержащие изгибные контуры с высокой концентрацией внутренних напряжений. Изгибные экстинкционные контуры указывают на искажение кристаллической решетки, поскольку кривизна кристаллической решетки возникает при больших смещениях атомов. В результате таких смещений в сплаве могут быть сформированы икосаэдрические кластеры со структурой Франка-Каспера. Икосаэдр - это двенадцативершинник, который обозначается как ФК-12. Кроме того, кристалл может быть сформирован в других структурах Франка-Каспера, например ФК-16, который представляет собой шестнадцативершинник с атомом, расположенным в центре кластера. Расшифровка картины дифракции электронов и рентгеновских лучей показала, что в сплаве Ni-Ti могут сосуществовать фазы Ti2Ni и Ni4Ti3. Для объяснения возможности появления намагниченности в образцах сплава Ni-Ti делался расчет плотности спин-поляризованных состояний электронов для кластеров Ni10Ti6 (ФК-16) и Ni7Ti5 (ФК-12) сплава Ni51Ti49. Расчет выполнялся методом рассеянных волн. Показано, что полная плотность электронов никеля быстрее стремится к нулю, чем плотность титана. Показано, что спиновая плотность никеля становится отрицательной на расстоянии порядка r = 3,25-6,7 а. е., а титана - при r 4,5 а. е. Такие значения r соответствуют межатомным расстояниям в кластерах, которые могут сильно изменяться при деформации. Как следствие, это может приводить к эффектам как ферромагнитизма, так и антиферромагнитизма при установлении магнитного порядка в кластерах, в зависимости от величины межатомных расстояний. Расчетные спектры показывают высокую плотность состояний вблизи уровня Ферми, что является характерной особенностью ферромагнитных металлов. Расчеты показали, что исследуемые кластеры восприимчивы к деформации, а также обладают магнитным моментом (у неискаженного кластера средний магнитный момент на атом кластера ФК-12 составляет около 1,0 ?B, а для ФК-16 он составляет около 0,3 ?B). Однако общий средний магнитный момент равен нулю из-за отсутствия предпочтительного направления (хаотическое распределение кластеров) для сплава. В случае же, когда атомы кластера смещены (искаженный кластер), спины атомов ( и ?) не компенсируют друг друга, вследствие чего у искаженного кластера появляется магнитный момент больший, чем у неискаженного кластера, соответственно 1,6 и 0,8 mB на один атом для ФК-12 и ФК-16. Ni-Ti alloy has been intensively studied over the past decades. The unique properties of the alloy have allowed using it as a structural material for the creation of instruments and devices in various fields of science and technology, including mechanical engineering, aerospace, instrumentation. Measuring magnetic hysteresis loop is shown that after the deformation of the alloy having ferromagnetic properties. According to the equilibrium phase diagram, the alloys of Ni-Ti at a Ti content above 10 at. % is non-ferromagnetic. Due to lowering of the crystal phase symmetry with a cubic lattice the magnetization appears. In this work we have investigated the magnetic properties and the structure of deformed Ni51Ti49 samples by electron microscopy and X-ray diffraction methods. In Ni51Ti49 samples after plastic deformation the lenticular crystals containing bending contours with a high concentration of internal stresses were found. Bending contours indicate a large distortion of the crystal lattice. The curvature of the crystal lattice occurs due to the large displacements of the atoms. As a result, it can be formed and icosahedral cluster with the structure of the Frank-Kasper. An icosahedron is a twelve vertex polyhedron, which is denoted by FK-12. Furthermore, the crystal can be formed in other Frank-Kasper structures, e. g., FK-16. FK-16 is a sixteen vertex polyhedron with atom located in the center of the cluster. Indexing paintings electron diffraction and X-ray showed that the alloy phase of the Ni-Ti coexist with the structure Ti2Ni and Ni4Ti3. For explaining the possibility of the appearance of magnetization in Ni-Ti alloy samples spin-polarized electron density of states and magnetic moments Ni10Ti6 clusters (FK-16), Ni7Ti5 (FK-12) alloy Ni51Ti49 for electrons with different spin projections: “up” and “down” was calculated. The calculation by the scattered waves (RF) was performed. The results of calculation can be seen that the total electron density of nickel tends to zero faster than the density of titanium. Also shows that nickel becomes negative spin density in the area of r = 3.25-6.7 a. u. and titanium for r 4.5 a. u. This may result depending on the value of the interatomic distances and to the effects ferromagnetism and antiferromagnetic in order to establish a magnetic clusters. The spectra show a high density of states near the Fermi level that is a characteristic feature of metals, besides there is an increase in the magnetization of the alloy during deformation. The calculations showed that the investigated clusters, not susceptible to deformation, also have a magnetic moment (the average magnetic moment per atom cluster FK-12, is about 1,0 ?B, and for the FK-16 is about 0.3 ?B. Overall, however, the average magnetic moment is zero, due to the absence of a preferred direction (the chaotic distribution of clusters) for the alloy. However, if the cluster is subjected to tension, the compensation of the magnetic moments of clusters occurs in the alloy, since there is allocated for all atoms direction due to deformation. At the same time, the average magnetic moments of the atoms in the cluster for the Deformed increase to 1.6 ?B and 0.8 ?B respectively for the FK-12 and FK-16.

Ссылки на полный текст

Издание

Журнал: Вестник Сибирского государственного аэрокосмического университета им. академика М.Ф. Решетнева

Выпуск журнала: Т. 18, 1

Номера страниц: 211-218

ISSN журнала: 18169724

Место издания: Красноярск

Издатель: Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М.Ф. Решетнева

Авторы

  • Носков Ф.М. (Сибирский федеральный университет)
  • Нявро А.В. (Национальный исследовательский Томский государственный университет)
  • Черепанов В.Н. (Национальный исследовательский Томский государственный университет)
  • Дроздова А.К. (Национальный исследовательский Томский государственный университет)
  • Квеглис Л.И. (Сибирский федеральный университет)

Вхождение в базы данных

Информация о публикациях загружается с сайта службы поддержки публикационной активности СФУ. Сообщите, если заметили неточности.

Вы можете отметить интересные фрагменты текста, которые будут доступны по уникальной ссылке в адресной строке браузера.