化学长程有序对MgSc合金马氏体相变的调控机制及形状记忆效应研究

本文通过密度泛函理论(DFT)计算，系统研究了化学长程有序(CLO)对MgSc合金马氏体相变(MT)的影响。研究发现B2有序结构显著稳定奥氏体相并提高相变能垒，晶体轨道哈密顿布居(COHP)分析揭示Mg-S键增强是关键机制。研究为开发新型轻质形状记忆合金(LWSMA)提供了理论依据。

　　

Highlight

化学有序化显著影响马氏体相变(MT)，特别是在高Sc浓度(>20.5 at.%)的MgSc合金中。强烈的化学有序倾向导致局部或长程有序不可避免。通过分析有序化前后的能量关系和声子谱，揭示了Mg_100-xSc_x合金热致相变消失的原因：高Sc浓度下体心立方(bcc)相呈现动态稳定性，而化学有序化产生热力学稳定效应，双重作用抑制了马氏体相变。

Minimum energy path of martensitic transformation

表1展示了两种方法计算的不同化学构型MgSc合金总能量（均相对于各浓度B₂相）。尽管不同计算代码存在差异，但基态能量关系保持一致。EMTO计算结果表明，马氏体相能量始终低于无序bcc奥氏体，但B₂有序化逆转了这一能量关系。声子谱计算显示，有序化使bcc相动力学稳定，而高Sc浓度进一步强化这种稳定效应。

Conclusions

化学长程有序(CLO)通过双重机制抑制MgSc合金马氏体相变：1)热力学上，B₂有序结构提高奥氏体稳定性；2)动力学上，高Sc浓度增强bcc晶格振动稳定性。研究指出保持无序bcc奥氏体是实现该类合金形状记忆效应的关键，为轻质形状记忆合金设计提供了重要理论指导。