Магнитные свойства в пластически деформированном никель-титановом сплаве

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 μB, а для ФК-16 он составляет около 0,3 μB). 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.