金属材料论文篇1

虽然二组分系统的气—液平衡相图依据组分在液态的互溶情况各有其特点，但液态完全互溶系统构成了这部分内容的学习基础[4]。对于这种相图，我们除了让学生掌握相图中各相区的组成、相态和杠杆规则外，还注重让学生学习气相线和液相线的绘制方法和细节信息。其绘制过程如图3所示，先配制不同比例的二组分混合物，再升高温度测试混合物的熔点，通过描点—连线得到相图。从而培养学生设计实验绘制相图读取相图细节信息的全面能力。通过学习绘制相图，可使学生对相图的全部信息有较深刻的认识、理解及较好的运用。为了便于学生掌握此类相图及其应用，在教学中我们通过物相点随温度的变化的实例，讲解其液相与气相及组成在该过程的演变情况。重点分析了第一个气泡点产生的压力、组成及最后一滴混合液消失的压力、组成，以及其逆过程这一难点。并将相图理论与工业精馏装置联系起来，激发学生对该部分内容的学习兴趣。

3具有转变温度的二组分固态部分互溶、液态完全互溶的液固平衡相图

具有转变温度的二组分固态部分互溶、液态完全互溶的液固平衡相图，是学生学习中最难掌握的内容。我们通过讲解物相点的降温过程的物相变化和步冷曲线的绘制，并借助动画展示具体过程，使该部分内容更加形象和生动，便于理解和掌握。同时，提高了学生的学习兴趣和动手能力。

4相图在金属材料中的应用

4.1在金属材料设计中的应用在工业生产和科研实践涉及到的金属材料通常为多组分的平衡系统，所以其相图更为复杂。为了得到材料的拟服役性能，需要对材料进行设计和加工。相图在材料设计中起着至关重要的作用，例如，在设计奥氏体不锈钢时，为了得到单一奥氏体组织，需扩大相图中奥氏体区，使其在冷却过程中不发生γ-Feα-Fe的转变。根据相图，改变系统的组成，增加稳定奥氏体元素，如Ni、C等是最常用的方法。当然，为了系统的平衡，其他元素也需做相应的改变。应用相图时，为了提高设计组织的准确性，需要考虑平衡相图与实际相图的差别。

4.2在金属材料加工中的应用在金属材料的热加工过程中，随着加工温度的不同，其物相也发生相应的变化。可通过控制轧制参数和冷却过程，改变材料的相变温度和组织类型，得到高性能的金属材料。例如，在钢铁生产中，热轧钢板控制轧制与控制冷却(TMCP)工艺，通过加大压下量增加累积位错，为相变过程提供更多的高能量相变形核点，以得到细小晶粒组织，提高钢的强韧性。通过控制冷却速率，可改变相变后的组织形态，在650℃以上发生相变得到珠光体和铁素体组织，在450~600℃区间主要得到贝氏体组织的钢材，在更低温度下发生相变得到马氏体组织，不同的组织赋予材料的不同的性能[5]。4.3在金属热处理中的应用相图不仅在金属材料的设计和加工中具有指导下作用，而且在材料的热处理过程中也具有重要的应用价值。例如，在金属材料的退火、淬火和正火中具有重要作用。淬火过程主要是控制冷却速率，使相变温度发生在较低温度区，得到低温转变组织。正火温度需在γ-Fe相区，需要根据相图和化学成分判断其奥氏体化温度，从而确定正火的加热温度。严格的说，确定热处理的升温速率和降温速率也需要参考相应的相图。通过相图在金属材料领域的应用的介绍，学生对本专业和学习物理化学的重要性均有了清晰的认识，他们的学习积极性也显著提高。

金属材料论文篇2

经过最近十多年的研究与探索，现已在纳米材料制备方法、结构表征、物理和化学性能、实用化等方面取得显著进展，研究成果日新月异，研究范围不断拓宽。本文主要从材料科学与工程的角度，介绍与评述纳米金属材料的某些研究进展。

2纳米材料的制备与合成

材料的纳米结构化可以通过多种制备途径来实现。这些方法可大致归类为"两步过程"和"一步过程"。"两步过程"是将预先制备的孤立纳米颗粒因结成块体材料。制备纳米颗粒的方法包括物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）、微波等离子体、低压火焰燃烧、电化学沉积、溶胶一凝胶过程、溶液的热分解和沉淀等，其中，PVD法以"惰性气体冷凝法"最具代表性。"一步过程"则是将外部能量引入或作用于母体材料，使其产生相或结构转变，直接制备出块体纳米材料。诸如，非晶材料晶化、快速凝固、高能机械球磨、严重塑性形变、滑动磨损、高能粒子辐照和火花蚀刻等。目前，关于制备科学的研究主要集中于两个方面：l）纳米粉末制备技术、理论机制和模型。目的是改进纳米材料的品质和产量；2）纳米粉末的固结技术。以获得密度和微结构可控的块体材料或表面覆层。

3纳米材料的奇异性能

1）原子的扩散行为

原子扩散行为影响材料的许多性能，诸如蠕变、超塑性、电性能和烧结性等。纳米晶Co的自扩散系数比Cu的体扩散系数大14～16个量级，比Cu的晶界自扩散系数大3个量级。Wurshum等最近的工作表明：Fe在纳米晶N中的扩散系数远低于早期报道的结果。纳米晶Pd的界面扩散数据类似于普通的晶界扩散，这很可能是由于纳米粒子固结成的块状试样中的残留疏松的影响。他们还报道了Fe在非晶FeSiBNbCu（Finemete）晶化形成的复相纳米合金（由Fe3Si纳米金属间化合物和晶间的非晶相构成）中的扩散要比在非晶合金中快10～14倍，这是由于存在过剩的热平衡空位。Fe在Fe-Si纳米晶中的扩散由空位调节控制。

2）力学性能

目前，关于纳米材料的力学性能研究，包括硬度、断裂韧性、压缩和拉伸的应力一应变行为、应变速率敏感性、疲劳和蠕变等已经相当广泛。所研究的材料涉及不同方法制备的纯金属、合金、金属间化合物、复合材料和陶瓷。研究纳米材料本征力学性能的关键是获得内部没有（或很少）孔隙、杂质或裂纹的块状试样。由于试样内有各种缺陷，早期的许多研究结果已被最近取得的结果所否定。样品制备技术的日臻成熟与发展，使人们对纳米材料本征力学性能的认识不断深入。许多纳米纯金属的室温硬度比相应的粗晶高2～7倍。随着晶粒的减小，硬度增加的现象几乎是不同方法制备的样品的一致表现。早期的研究认为，纳米金属的弹性模量明显低于相应的粗晶材料。例如，纳米晶Pd的杨氏和剪切模量大约是相应全密度粗晶的70％。然而，最近的研究发现，这完全是样品中的缺陷造成的，纳米晶Pd和Cu的弹性常数与相应粗晶大致相同，屈服强度是退火粗晶的10～15倍。晶粒小子50nm的Cu韧性很低，总延伸率仅1％～4％，晶粒尺寸为110nm的Cu延伸率大于8％。从粗晶到15urn，Cu的硬度测量值满足HallPetch关系；小于15nm后，硬度随晶粒尺寸的变化趋于平缓，虽然硬度值很高，但仍比由粗晶数据技HallPetch关系外推或由硬度值转换的估计值低很多。不过，纳米晶Cu的压缩屈服强度与由粗晶数据的HallPetCh关系外推值和测量硬度的值（Hv／3）非常吻合，高密度纳米晶Cu牙DPd的压缩屈服强度可达到1GPa量级。

尽管按照常规力学性能与晶粒尺寸关系外推，纳米材料应该既具有高强度，又有较高韧性。但迄今为止，得到的纳米金属材料的韧性都很低。晶粒小于25nm时，其断裂应变仅为＜5％，远低于相应粗晶材料。主要原因是纳米晶体材料中存在各类缺陷、微观应力及界面状态等。用适当工艺制备的无缺陷、无微观应力的纳米晶体Cu，其拉伸应变量可高达30％，说明纳米金属材料的韧性可以大幅度提高。纳米材料的塑性变形机理研究有待深入。

纳米晶金属间化合物的硬度测试值表明，随着晶粒的减小，在初始阶段（类似于纯金属盼情况）发生硬化，进一步减小晶粒，硬化的斜率减缓或者发生软化。由硬化转变为软化的行为是相当复杂的，但这些现象与样品的制备方法无关。材料的热处理和晶粒尺寸的变化可能导致微观结构和成份的变化，如晶界、致密性、相变、应力等，都可能影响晶粒尺寸与硬度的关系。

研究纳米晶金属间化合物的主要动机是探索改进金属间化合物的室温韧性的可能性。Bohn等首先提出纳米晶金属化合物几种潜在的优越性。其中包括提高强度和韧性。Haubold及合作者研究了IGC法制备的NiAl的力学性能，但仅限于单一样品在不同温度退火后的硬度测量。Smith通过球磨NiAl得到晶粒尺寸从微米级至纳米级的样品，进行了"微型盘弯曲试验"，观察到含碳量低的材料略表现出韧性，而含碳多的材料没有韧性。最近Choudry等用"双向盘弯曲试验"研究了纳米晶NiAl，发现晶粒小于10nm时，屈服强度高干粗晶NiAl，且在室温下有韧性，对形变的贡献主要源于由扩散控制的晶界滑移。室温压缩实验显示由球磨粉末固结成的纳米晶Fe-28Al-2Cr具有良好的塑性（真应变大于1．4），且屈服强度高（是粗晶的1O倍）。测量TiAl（平均晶粒尺寸约10nm）的压缩蠕变（高温下测量硬度随着恒载荷加载时间的变化）表明，在起始的快速蠕变之后，第二阶段蠕变非常缓慢，这意味着发生了扩散控制的形变过程。低温时（低于扩散蠕变开始温度），纳米晶的硬度变化很小。观察到的硬度随着温度升高而下降，原因之一是压头载荷使样品进一步致密化，而主要是因为材料流变加快。Mishra等报道，在750～950°C，10-5～10-3s-1的应变速率范围，纳米晶Ti-47．5Al-3Cr（g-TiAl）合金的形变应力指数约为6，说明其形变机制为攀移位错控制。

值得注意的是，最近报道了用分子动力学计算机模拟研究纳米材料的致密化过程和形变。纳米Cu丝的模拟结果表明，高密度晶界对力学行为和塑性变形过程中的晶界迁移有显著影响。纳米晶（3～5nm）Ni在低温高载荷塑性变形的模拟结果显示，其塑性变形机制主是界面的粘滞流动、晶界运动和晶界旋转，不发生开裂和位错发散，这与粗晶材料是截然不同的。

3）纳米晶金属的磁性

早期的研究发现。纳米晶Fe的饱和磁化强度试比普通块材a-Fe约低40％。Wagner等用小角中子散射（SANS）实验证实纳米晶Fe由铁磁性的晶粒和非铁磁性（或弱铁磁性）的界面区域构成，界面区域体积约占一半。纳米晶Fe的磁交互作用不仅限于单个晶粒，而且可以扩展越过界面，使数百个晶粒磁化排列。Daroezi等证实球磨形成的纳米晶Fe和Ni的饱和磁化强度与晶粒尺寸（50mm～7nm）无关，但纳米晶的饱和磁化曲线形状不同于微米晶材料。随着晶粒减小，矫顽力显著增加。Schaefer等报道，纳米晶Ni中界面原子的磁拒降低至0.34mB／原子（块状Ni为0．6mB／原子），界面组份的居里温度（545K）比块状晶体Ni的（630K）低。最近的研究还发现，制备时残留在纳米晶Ni中的内应力对磁性的影响很大，纳米晶Ni的饱和磁化强度与粗晶Ni基本相同。

Yoshizawa等报道了快淬的FeCuNbSiB非晶在初生晶化后，软磁性能良好，可与被莫合金和最好的Co基调合金相媲美，且饱和磁化强度很高（Bs约为1．3T）。其典型成份为Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9称为"Finemet"。性能最佳的结构为a-Fe（Si）相（12～20nm）镶嵌在剩余的非晶格基体上。软磁性能好的原因之一被认为是铁磁交互作用。单个晶粒的局部磁晶体各向异性被有效地降低。其二是晶化处理后，形成富Si的a-Fe相，他和磁致伸缩系数ls下降到2′10-6。继Finemet之后，90年代初又发展了新一族纳米晶软磁合金Fe-Zr-（Cu）-B-(Si)系列（称为''''Nanoperm"）。退火后，这类合金形成的bcc相晶粒尺寸为10～20nm，饱和磁化强度可达1．5～1．7T，磁导率达到48000（lkHz）。铁芯损耗低，例如，Fe86Zr7B6Cu1合金的铁芯损耗为66mW·g-1（在1T，50Hz条件下），比目前做变压器铁芯的Fe78Si9B13非晶合金和bccFe-3．5％Si合金小45％和95％，实用前景非常诱人。

4）催化及贮氢性能

在催化剂材料中，反应的活性位置可以是表面上的团簇原子，或是表面上吸附的另一种物质。这些位置与表面结构、晶格缺陷和晶体的边角密切相关。由于纳米晶材料可以提供大量催化活性位置，因此很适宜作催化材料。事实上，早在术语"纳米材料"出现前几十年，已经出现许多纳米结构的催化材料，典型的如Rh／Al2O3、Pt／C之类金属纳米颗粒弥散在情性物质上的催化剂。已在石油化工、精细化工合成、汽车排气许多场合应用。

Sakas等报道了纳米晶5％（inmass）Li-MgO（平均直径5．2nm，比表面面积750m2·g-1）的催化活性。它对甲烷向高级烃转化的催化效果很好，催化激活温度比普通Li浸渗的MgO至少低200°C，尽管略有烧结发生，纳米材料的平均活性也比普通材料高3．3倍。

Ying及合作者利用惰性气氛冷凝法制成高度非化学当量的CeO2-x纳米晶体，作为CO还原SO2、CO氧化和CH4氧化的反应催化剂表现出很高的活性。活化温度低于超细的化学当量CeO2基材料。例如，选择性还原SO2为S的反应，可在500°C实现100％转换，而由化学沉淀得到的超细CeO2粉末，活化温度高达600°C。掺杂Cu的Cu-CeO2-x纳米复合材料可以使SO2的反应温度降低到420°C。另外，CeO2-x纳米晶在SO2还原反应中没有活性滞后，且具有超常的抗CO2毒化能力。还能使CO完全转化为CO2的氧化反应在低于100°C时进行，这对冷起动的汽车排气控制非常有利。值得注意的是这样的催化剂仅由较便宜的金属构成，毋须添加资金属元素。

FeTi和Mg2Ni是贮氢材料的重要候选合金。其缺点是吸氢很慢，必须进行活化处理，即多次地进行吸氢----脱氢过程。Zaluski等最近报道，用球磨Mg和Ni粉末可直接形成化学当量的Mg2Ni，晶粒平均尺寸为20～30nm，吸氢性能比普通多晶材料好得多。普通多晶Mg2Ni的吸氢只能在高温下进行（如果氢压力小于20Pa，温度必须高于250°C），低温吸氢则需要长时间和高的氢压力，例如200°C、120bar(lbar＝0．1Mpa)，2天。纳米晶Mg2Ni在200°C以下，即可吸氢，毋须活化处理。300°C第一次氢化循环后，含氢可达～3.4％（inmass）。在以后的循环过程中，吸氢比普通多晶材料快4倍。纳米晶FeTi的吸氢活化性能明显优于普通多晶材料。普通多晶FeTi的活化过程是：在真空中加热到400～450℃，随后在约7Pa的H2中退火、冷却至室温再暴露于压力较高（35～65Pa）的氢中，激活过程需重复几次。而球磨形成的纳米晶FeTi只需在400℃真空中退火0.5h，便足以完成全部的氢吸收循环。纳米晶FeTi合金由纳米晶粒和高度无序的晶界区域（约占材料的20％～30％）构成。4纳米材料应用示例

目前纳米材料主要用于下列方面：

l）高硬度、耐磨WC-Co纳米复合材料

纳米结构的WC-Co已经用作保护涂层和切削工具。这是因为纳米结构的WC-Co在硬度、耐磨性和韧性等方面明显优于普通的粗晶材料。其中，力学性能提高约一个量级，还可能进一步提高。高能球磨或者化学合成WC-Co纳米合金已经工业化。化学合成包括三个主要步骤：起始溶液的制备与混和；喷雾干燥形成化学性均匀的原粉末；再经流床热化学转化成为纳米晶WC-Co粉末。喷雾干燥和流床转化已经用来批量生产金属碳化物粉末。WC-Co粉末可在真空或氢气氛下液相烧结成块体材料。VC或Cr3C2等碳化物相的掺杂，可以抑制烧结过程中的晶粒长大。

2)纳米结构软磁材料

Finemet族合金已经由日本的HitachiSpecialMetals，德国的VacuumschmelzeGmbH和法国的Imply等公司推向市场，已制造销售许多用途特殊的小型铁芯产品。日本的AlpsElectricCo．一直在开发Nanoperm族合金，该公司与用户合作，不断扩展纳米晶Fe-Zr-B合金的应用领域。

3)电沉积纳米晶Ni

电沉积薄膜具有典型的柱状晶结构，但可以用脉冲电流将其破碎。精心地控制温度、pH值和镀池的成份，电沉积的Ni晶粒尺寸可达10nm。但它在350K时就发生反常的晶粒长大，添加溶质并使其偏析在晶界上，以使之产生溶质拖拽和Zener粒子打轧效应，可实现结构的稳定。例如，添加千分之几的磷、流或金属元素足以使纳米结构稳定至600K。电沉积涂层脉良好的控制晶粒尺寸分布，表现为Hall－Petch强化行为、纯Ni的耐蚀性好。这些性能以及可直接涂履的工艺特点，使管材的内涂覆，尤其是修复核蒸汽发电机非常方便。这种技术已经作为EectrosleeveTM工艺商业化。在这项应用中，微合金化的涂层晶粒尺寸约为100nm，材料的拉伸强度约为锻造Ni的两倍，延伸率为15％。晶间开裂抗力大为改善。

4）Al基纳米复合材料

Al基纳米复合材料以其超高强度（可达到1.6GPa）为人们所关注。其结构特点是在非晶基体上弥散分布着纳米尺度的a-Al粒子，合金元素包括稀土（如Y、Ce）和过渡族金属（如Fe、Ni）。通常必须用快速凝固技术（直接淬火或由初始非晶态通火）获得纳米复合结构。但这只能得到条带或雾化粉末。纳米复合材料的力学行为与晶化后的非晶合金相类似，即室温下超常的高屈服应力和加工软化（导致拉神状态下的塑性不稳定性）。这类纳米材料（或非晶）可以固结成块材。例如，在略低于非晶合金的晶化温度下温挤。加工过程中也可以完全转变为晶体，晶粒尺寸明显大干部份非晶的纳米复合材料。典型的Al基体的晶粒尺寸为100～200nm，镶嵌在基体上的金属间化合物粒子直径约50nm。强度为0.8～1GPa，拉伸韧性得到改善。另外，这种材料具有很好的强度与模量的结合以及疲劳强度。温挤Al基纳米复合材料已经商业化，注册为GigasTM。雾化的粉末可以固结成棒材，并加工成小尺寸高强度部件。类似的固结材料在高温下表现出很好的超塑：在1s-1的高应变速率下，延伸率大于500％。

金属材料论文篇3

经过最近十多年的研究与探索，现已在纳米材料制备方法、结构表征、物理和化学性能、实用化等方面取得显著进展，研究成果日新月异，研究范围不断拓宽。本文主要从材料科学与工程的角度，介绍与评述纳米金属材料的某些研究进展。

2纳米材料的制备与合成

材料的纳米结构化可以通过多种制备途径来实现。这些方法可大致归类为"两步过程"和"一步过程"。"两步过程"是将预先制备的孤立纳米颗粒因结成块体材料。制备纳米颗粒的方法包括物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）、微波等离子体、低压火焰燃烧、电化学沉积、溶胶一凝胶过程、溶液的热分解和沉淀等，其中，PVD法以"惰性气体冷凝法"最具代表性。"一步过程"则是将外部能量引入或作用于母体材料，使其产生相或结构转变，直接制备出块体纳米材料。诸如，非晶材料晶化、快速凝固、高能机械球磨、严重塑性形变、滑动磨损、高能粒子辐照和火花蚀刻等。目前，关于制备科学的研究主要集中于两个方面：l）纳米粉末制备技术、理论机制和模型。目的是改进纳米材料的品质和产量；2）纳米粉末的固结技术。以获得密度和微结构可控的块体材料或表面覆层。

3纳米材料的奇异性能

1）原子的扩散行为

原子扩散行为影响材料的许多性能，诸如蠕变、超塑性、电性能和烧结性等。纳米晶Co的自扩散系数比Cu的体扩散系数大14～16个量级，比Cu的晶界自扩散系数大3个量级。Wurshum等最近的工作表明：Fe在纳米晶N中的扩散系数远低于早期报道的结果。纳米晶Pd的界面扩散数据类似于普通的晶界扩散，这很可能是由于纳米粒子固结成的块状试样中的残留疏松的影响。他们还报道了Fe在非晶FeSiBNbCu（Finemete）晶化形成的复相纳米合金（由Fe3Si纳米金属间化合物和晶间的非晶相构成）中的扩散要比在非晶合金中快10～14倍，这是由于存在过剩的热平衡空位。Fe在Fe-Si纳米晶中的扩散由空位调节控制。

2）力学性能

目前，关于纳米材料的力学性能研究，包括硬度、断裂韧性、压缩和拉伸的应力一应变行为、应变速率敏感性、疲劳和蠕变等已经相当广泛。所研究的材料涉及不同方法制备的纯金属、合金、金属间化合物、复合材料和陶瓷。研究纳米材料本征力学性能的关键是获得内部没有（或很少）孔隙、杂质或裂纹的块状试样。由于试样内有各种缺陷，早期的许多研究结果已被最近取得的结果所否定。样品制备技术的日臻成熟与发展，使人们对纳米材料本征力学性能的认识不断深入。

许多纳米纯金属的室温硬度比相应的粗晶高2～7倍。随着晶粒的减小，硬度增加的现象几乎是不同方法制备的样品的一致表现。早期的研究认为，纳米金属的弹性模量明显低于相应的粗晶材料。例如，纳米晶Pd的杨氏和剪切模量大约是相应全密度粗晶的70％。然而，最近的研究发现，这完全是样品中的缺陷造成的，纳米晶Pd和Cu的弹性常数与相应粗晶大致相同，屈服强度是退火粗晶的10～15倍。晶粒小子50nm的Cu韧性很低，总延伸率仅1％～4％，晶粒尺寸为110nm的Cu延伸率大于8％。从粗晶到15urn，Cu的硬度测量值满足HallPetch关系；小于15nm后，硬度随晶粒尺寸的变化趋于平缓，虽然硬度值很高，但仍比由粗晶数据技HallPetch关系外推或由硬度值转换的估计值低很多。不过，纳米晶Cu的压缩屈服强度与由粗晶数据的HallPetCh关系外推值和测量硬度的值（Hv／3）非常吻合，高密度纳米晶Cu牙DPd的压缩屈服强度可达到1GPa量级。

尽管按照常规力学性能与晶粒尺寸关系外推，纳米材料应该既具有高强度，又有较高韧性。但迄今为止，得到的纳米金属材料的韧性都很低。晶粒小于25nm时，其断裂应变仅为＜5％，远低于相应粗晶材料。主要原因是纳米晶体材料中存在各类缺陷、微观应力及界面状态等。用适当工艺制备的无缺陷、无微观应力的纳米晶体Cu，其拉伸应变量可高达30％，说明纳米金属材料的韧性可以大幅度提高。纳米材料的塑性变形机理研究有待深入。

纳米晶金属间化合物的硬度测试值表明，随着晶粒的减小，在初始阶段（类似于纯金属盼情况）发生硬化，进一步减小晶粒，硬化的斜率减缓或者发生软化。由硬化转变为软化的行为是相当复杂的，但这些现象与样品的制备方法无关。材料的热处理和晶粒尺寸的变化可能导致微观结构和成份的变化，如晶界、致密性、相变、应力等，都可能影响晶粒尺寸与硬度的关系。

研究纳米晶金属间化合物的主要动机是探索改进金属间化合物的室温韧性的可能性。Bohn等首先提出纳米晶金属化合物几种潜在的优越性。其中包括提高强度和韧性。Haubold及合作者研究了IGC法制备的NiAl的力学性能，但仅限于单一样品在不同温度退火后的硬度测量。Smith通过球磨NiAl得到晶粒尺寸从微米级至纳米级的样品，进行了"微型盘弯曲试验"，观察到含碳量低的材料略表现出韧性，而含碳多的材料没有韧性。最近Choudry等用"双向盘弯曲试验"研究了纳米晶NiAl，发现晶粒小于10nm时，屈服强度高干粗晶NiAl，且在室温下有韧性，对形变的贡献主要源于由扩散控制的晶界滑移。室温压缩实验显示由球磨粉末固结成的纳米晶Fe-28Al-2Cr具有良好的塑性（真应变大于1．4），且屈服强度高（是粗晶的1O倍）。测量TiAl（平均晶粒尺寸约10nm）的压缩蠕变（高温下测量硬度随着恒载荷加载时间的变化）表明，在起始的快速蠕变之后，第二阶段蠕变非常缓慢，这意味着发生了扩散控制的形变过程。低温时（低于扩散蠕变开始温度），纳米晶的硬度变化很小。观察到的硬度随着温度升高而下降，原因之一是压头载荷使样品进一步致密化，而主要是因为材料流变加快。Mishra等报道，在750～950°C，10-5～10-3s-1的应变速率范围，纳米晶Ti-47．5Al-3Cr（g-TiAl）合金的形变应力指数约为6，说明其形变机制为攀移位错控制。

值得注意的是，最近报道了用分子动力学计算机模拟研究纳米材料的致密化过程和形变。纳米Cu丝的模拟结果表明，高密度晶界对力学行为和塑性变形过程中的晶界迁移有显著影响。纳米晶（3～5nm）Ni在低温高载荷塑性变形的模拟结果显示，其塑性变形机制主是界面的粘滞流动、晶界运动和晶界旋转，不发生开裂和位错发散，这与粗晶材料是截然不同的。

3）纳米晶金属的磁性

早期的研究发现。纳米晶Fe的饱和磁化强度试比普通块材a-Fe约低40％。Wagner等用小角中子散射（SANS）实验证实纳米晶Fe由铁磁性的晶粒和非铁磁性（或弱铁磁性）的界面区域构成，界面区域体积约占一半。纳米晶Fe的磁交互作用不仅限于单个晶粒，而且可以扩展越过界面，使数百个晶粒磁化排列。

Daroezi等证实球磨形成的纳米晶Fe和Ni的饱和磁化强度与晶粒尺寸（50mm～7nm）无关，但纳米晶的饱和磁化曲线形状不同于微米晶材料。随着晶粒减小，矫顽力显著增加。Schaefer等报道，纳米晶Ni中界面原子的磁拒降低至0.34mB／原子（块状Ni为0．6mB／原子），界面组份的居里温度（545K）比块状晶体Ni的（630K）低。最近的研究还发现，制备时残留在纳米晶Ni中的内应力对磁性的影响很大，纳米晶Ni的饱和磁化强度与粗晶Ni基本相同。

Yoshizawa等报道了快淬的FeCuNbSiB非晶在初生晶化后，软磁性能良好，可与被莫合金和最好的Co基调合金相媲美，且饱和磁化强度很高（Bs约为1．3T）。其典型成份为Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9称为"Finemet"。性能最佳的结构为a-Fe（Si）相（12～20nm）镶嵌在剩余的非晶格基体上。软磁性能好的原因之一被认为是铁磁交互作用。单个晶粒的局部磁晶体各向异性被有效地降低。其二是晶化处理后，形成富Si的a-Fe相，他和磁致伸缩系数ls下降到2′10-6。继Finemet之后，90年代初又发展了新一族纳米晶软磁合金Fe-Zr-（Cu）-B-(Si)系列（称为''''Nanoperm"）。退火后，这类合金形成的bcc相晶粒尺寸为10～20nm，饱和磁化强度可达1．5～1．7T，磁导率达到48000（lkHz）。铁芯损耗低，例如，Fe86Zr7B6Cu1合金的铁芯损耗为66mW·g-1（在1T，50Hz条件下），比目前做变压器铁芯的Fe78Si9B13非晶合金和bccFe-3．5％Si合金小45％和95％，实用前景非常诱人。

4）催化及贮氢性能

在催化剂材料中，反应的活性位置可以是表面上的团簇原子，或是表面上吸附的另一种物质。这些位置与表面结构、晶格缺陷和晶体的边角密切相关。由于纳米晶材料可以提供大量催化活性位置，因此很适宜作催化材料。事实上，早在术语"纳米材料"出现前几十年，已经出现许多纳米结构的催化材料，典型的如Rh／Al2O3、Pt／C之类金属纳米颗粒弥散在情性物质上的催化剂。已在石油化工、精细化工合成、汽车排气许多场合应用。

Sakas等报道了纳米晶5％（inmass）Li-MgO（平均直径5．2nm，比表面面积750m2·g-1）的催化活性。它对甲烷向高级烃转化的催化效果很好，催化激活温度比普通Li浸渗的MgO至少低200°C，尽管略有烧结发生，纳米材料的平均活性也比普通材料高3．3倍。

Ying及合作者利用惰性气氛冷凝法制成高度非化学当量的CeO2-x纳米晶体，作为CO还原SO2、CO氧化和CH4氧化的反应催化剂表现出很高的活性。活化温度低于超细的化学当量CeO2基材料。例如，选择性还原SO2为S的反应，可在500°C实现100％转换，而由化学沉淀得到的超细CeO2粉末，活化温度高达600°C。掺杂Cu的Cu-CeO2-x纳米复合材料可以使SO2的反应温度降低到420°C。另外，CeO2-x纳米晶在SO2还原反应中没有活性滞后，且具有超常的抗CO2毒化能力。还能使CO完全转化为CO2的氧化反应在低于100°C时进行，这对冷起动的汽车排气控制非常有利。值得注意的是这样的催化剂仅由较便宜的金属构成，毋须添加资金属元素。

FeTi和Mg2Ni是贮氢材料的重要候选合金。其缺点是吸氢很慢，必须进行活化处理，即多次地进行吸氢----脱氢过程。Zaluski等最近报道，用球磨Mg和Ni粉末可直接形成化学当量的Mg2Ni，晶粒平均尺寸为20～30nm，吸氢性能比普通多晶材料好得多。普通多晶Mg2Ni的吸氢只能在高温下进行（如果氢压力小于20Pa，温度必须高于250°C），低温吸氢则需要长时间和高的氢压力，例如200°C、120bar(lbar＝0．1Mpa)，2天。纳米晶Mg2Ni在200°C以下，即可吸氢，毋须活化处理。300°C第一次氢化循环后，含氢可达～3.4％（inmass）。在以后的循环过程中，吸氢比普通多晶材料快4倍。纳米晶FeTi的吸氢活化性能明显优于普通多晶材料。普通多晶FeTi的活化过程是：在真空中加热到400～450℃，随后在约7Pa的H2中退火、冷却至室温再暴露于压力较高（35～65Pa）的氢中，激活过程需重复几次。而球磨形成的纳米晶FeTi只需在400℃真空中退火0.5h，便足以完成全部的氢吸收循环。纳米晶FeTi合金由纳米晶粒和高度无序的晶界区域（约占材料的20％～30％）构成。

4纳米材料应用示例

目前纳米材料主要用于下列方面：

l）高硬度、耐磨WC-Co纳米复合材料

纳米结构的WC-Co已经用作保护涂层和切削工具。这是因为纳米结构的WC-Co在硬度、耐磨性和韧性等方面明显优于普通的粗晶材料。其中，力学性能提高约一个量级，还可能进一步提高。高能球磨或者化学合成WC-Co纳米合金已经工业化。化学合成包括三个主要步骤：起始溶液的制备与混和；喷雾干燥形成化学性均匀的原粉末；再经流床热化学转化成为纳米晶WC-Co粉末。喷雾干燥和流床转化已经用来批量生产金属碳化物粉末。WC-Co粉末可在真空或氢气氛下液相烧结成块体材料。VC或Cr3C2等碳化物相的掺杂，可以抑制烧结过程中的晶粒长大。

2)纳米结构软磁材料

Finemet族合金已经由日本的HitachiSpecialMetals，德国的VacuumschmelzeGmbH和法国的Imply等公司推向市场，已制造销售许多用途特殊的小型铁芯产品。日本的AlpsElectricCo．一直在开发Nanoperm族合金，该公司与用户合作，不断扩展纳米晶Fe-Zr-B合金的应用领域。

3)电沉积纳米晶Ni

电沉积薄膜具有典型的柱状晶结构，但可以用脉冲电流将其破碎。精心地控制温度、pH值和镀池的成份，电沉积的Ni晶粒尺寸可达10nm。但它在350K时就发生反常的晶粒长大，添加溶质并使其偏析在晶界上，以使之产生溶质拖拽和Zener粒子打轧效应，可实现结构的稳定。例如，添加千分之几的磷、流或金属元素足以使纳米结构稳定至600K。电沉积涂层脉良好的控制晶粒尺寸分布，表现为Hall－Petch强化行为、纯Ni的耐蚀性好。这些性能以及可直接涂履的工艺特点，使管材的内涂覆，尤其是修复核蒸汽发电机非常方便。这种技术已经作为EectrosleeveTM工艺商业化。在这项应用中，微合金化的涂层晶粒尺寸约为100nm，材料的拉伸强度约为锻造Ni的两倍，延伸率为15％。晶间开裂抗力大为改善。

4）Al基纳米复合材料

Al基纳米复合材料以其超高强度（可达到1.6GPa）为人们所关注。其结构特点是在非晶基体上弥散分布着纳米尺度的a-Al粒子，合金元素包括稀土（如Y、Ce）和过渡族金属（如Fe、Ni）。通常必须用快速凝固技术（直接淬火或由初始非晶态通火）获得纳米复合结构。但这只能得到条带或雾化粉末。纳米复合材料的力学行为与晶化后的非晶合金相类似，即室温下超常的高屈服应力和加工软化（导致拉神状态下的塑性不稳定性）。这类纳米材料（或非晶）可以固结成块材。例如，在略低于非晶合金的晶化温度下温挤。加工过程中也可以完全转变为晶体，晶粒尺寸明显大干部份非晶的纳米复合材料。典型的Al基体的晶粒尺寸为100～200nm，镶嵌在基体上的金属间化合物粒子直径约50nm。强度为0.8～1GPa，拉伸韧性得到改善。另外，这种材料具有很好的强度与模量的结合以及疲劳强度。温挤Al基纳米复合材料已经商业化，注册为GigasTM。雾化的粉末可以固结成棒材，并加工成小尺寸高强度部件。类似的固结材料在高温下表现出很好的超塑：在1s-1的高应变速率下，延伸率大于500％。

5结语

金属材料论文篇4

1．2专业实习

无机非金属材料工程专业实习包括教学实习和生产实习两个环节，实习均安排在企业进行。教学实习以现场参观、集中讲解和简单操作的形式完成，通过实习使学生获得对无机非金属材料工程工厂生产的感性认识，加深理解所学的理论知识，逐步提升学生分析问题、解决问题和动手实践的能力，并让学生对生产过程有全面的了解，生产实习安排在专业课程教学之后，采用集中学习、分散跟岗的模式，为避免学生在进入实习基地对专业课与实习内容产生脱节感，在学生进行实习之前，将安排学生自主查阅相关教材和资料，使学生在实习之前对所实习的工厂基地有一个全面的了解，这样有利于学生认真对待实习、重视实习。通过系统的专业实习后，学生能够熟悉无机非金属材料工程的各个生产环节，从原料准备到生产、运输与管理的全过程，了解先进的生产技术与装备，为今后的学习、工作及科研打下坚定的实践基础。学院要选择一个好的实习基地，要求实习基地配备经验丰富的指导老师，为学生提供实践、教学、科研场所以及设备，并且给学生可以参加实践的机会，力争通过生产一线的工程训练，提高学生的工程实践能力。另外，对于学生的考核不应该一味追求实习结束后撰写实习报告，可以采取灵活的手段进行考核，比如以现场提问，答辩的形式，结合实习报告的形式来完成。

1．3毕业设计(论文)

毕业设计目的在于训练学生运用所学基础理论和工艺知识独立地解决有关无机非金属材料工程工厂设计中的工程技术问题。通过毕业设计把所学的理论知识和实际技能有机地结合起来，并应用于工程设计，进一步提高分析问题和解决问题的能力及运算和绘图能力，同时，要学会利用文献资料、查阅图表、手册等方法，初步掌握无机非金属材料工程工艺设计的基本原理、方法、步骤和编制设计文件的基本能力。毕业设计(论文)是学生在校学习期间一个重要的实践性教学环节，利用无机非金属材料专业加入“卓越计划”的契机，选派相关教师到合作企业中锻炼，加强教师的工程素养。建立一支“双师型”指导队伍，联合指导学生的毕业设计(论文)。学生在选题时，一方面结合学院对卓越计划的培养目标，另一方面结合学生在现场实习时所遇到的问题，共同为学生制定毕业设计(论文)题目，让学生能够“真刀真枪”完成毕业设计(论文)，提高学生研发和工程设计的能力。

2加强实践教学基地建设

校外实习基地是高校开展实践教学的重要场所，学院积极与相关企业联系，开展实习基地建设，根据企业规模和学生就业意图，经过广泛调研，无机非金属材料工程专业分别在淮南、淮北、蚌埠、南京，湖南等地二十多个单位建立了长期的实践教学基地，可以满足学生开展创新实践教学的需要。实践对于学生来说是非常重要的一个环节，学生在第7学期开始熟悉所在企业的工艺流程，做到所学理论知识与实践的相结合，到第8学期实行企业同老师双师型指导教学，可以聘请企业技术人员进行现场讲解，座谈，加深学生对实际生产与所学理论知识的融合，齐全的实践教学基地和产学研基地为无机非金属材料工程专业人才培养质量提供了支持和保障。

3加强教师队伍建设

无机非金属工程专业现有教师大部分是博士，硕士，参加工作就直接从事教学，现场经验不足，工程实践能力欠缺，为了使卓越计划的成功实施，需要加强无机非金属材料工程专业教师队伍的建设:一是加强对现有教师工程能力的培养，鼓励部分教师到企业工程岗位工作学习1～2年，丰富青年教师的工程实践背景;二是直接从企业聘请具有丰富工程实践经验的工程技术人员担任兼职教师，为学生在企业学习提供全面指导，让其承担专业课程教学，指导毕业设计等任务或担任本科生、研究生的联合导师。着力建设一支具有一定工程经历的高水平专、兼职教师队伍，强化师资队伍的教育素质和技能培训，提高教师的工程实践能力，加强和完善教学团队的教师队伍力量，使工程型教师达到专任教师总数的90%以上，形成专业水平高、实践能力强的教学团队。

4鼓励学生积极参与教师科研项目

将教师的科研课题与实践教学相结合，鼓励学生参与到教师的研究课题里，目的是提高学生的动手能力和对本专业的兴趣，学院鼓励学生以卓越计划为依托，尽早与导师联系，尽早走入实验室，自主进行研究。在学生进入实验室时，摒弃以往教师是实验的设计者，学生是实施者的角色，让学生积极查找文献、制定技术方案、研究探讨、方案实施、优化方案和撰写总结报告，这样就使学生在实验过程中把握学习主动性，加深对知识的理解，扩大学生的知识面，提高学生的科研创新能力和实践动手能力。

5加强实践教学管理

制定实践教学计划和实践教学标准，同时加大监督、管理、检查力度，合理制定各层次的管理规章制度，并建立和完善各层次的管理目标责任制，加强实训教学的考核管理，制定合理的实训教学考核办法，如教学制度的执行情况，实验教学内容的安排及完成情况。将实验设备的维护管理都融入到教学管理体制中，将教师实践教学的积极性充分调动起来，形成一个良好的实践教学机制，让实践教学真正落到实处。学生校内的实践课程考核主要由作业、出勤、考试、实验等几部分组成，根据课程的性质不同，还可以加入项目设计及测验等形式;对于企业实践环节的考核，将由学院和实习基地共同完成，但主要评定由实习基地的导师根据学生参加工程训练的情况给出。具体考核方法:单独对每个培训环节进行考核，在现场由每个实训导师按照实习基地的标准对学生进行考核，考核方式可采取提问答辩、现场操作等，学生的实习成绩由学生在该实习基地的实际表现给出。

金属材料论文篇5

2建构应用型人才培养体系

首先，建立一支教学水平高、技术能力硬、思想素质好的师资队伍，形成应用型学科的专兼职教学建设。“兵熊熊一个，将熊熊一窝”，一位高水平的教师给学生带来的好处是其他方面无法比拟的。教师不但要具有渊博的理论知识，更应该在实践教学上给学生正确的指导，从一开始就避免学生走入操作的误区。同时，学校可以与相关大型企业建立起互动关系，建立教学激励机制，鼓励教师与一线工作者多多交流，培养教师的创新能力；聘用基层工作经验丰富的技术骨干在学校担任客座讲师，让企业的技术人员向其讲解各个生产线的优缺点，保证本专业学生能够迅速掌握一线工作中的先进技术和经验，以帮助其迅速掌握学习中的要领，从而适应工作的需要。其次，积极开展与当地的企业相互合作，建立一批质量较高、相对稳定的校外技术实训基地；将校外实训基地建立在当地的相关企业内部，充分利用生产技术骨干和先进的生产设备；同时利用学校的实验室，“材料制备技术”、“工程测试技术”、“材料表征技术”三大课程实验及“专业综合实验”为建设重点，充分利用校内外的教学资源，把实验室打造成技术培训和理论知识结合的基地以满足应用型人才的培养工作。最后，要革新学生考核体系，开展校内证书认证制度过去的一卷考核体系已经不适应当前学习的需要，考生在考试前简单突击一下就能随意应付过去，为了让学生从深入理论研究，可以开展论文考察等形式，高屋建瓴的从应用的角度掌握理论的知识。目前，专业证书代表了各专业的等级水平，也得到了社会的承认。学校可顺应潮流构建校内证书认证制度，建立奖励机制，将职业资格证书引入人才培养机制，以鼓励学生多多考取专业资格证书，强化基础专业的理解，拓展相关知识的学习。

金属材料论文篇6

卓越工程师培养计划是我国强国战略的重要举措，旨在造就一批综合能力过硬的高质量工程技术人才，它提出了一种新的教育品质概念，即高等院校的人才培养应当遵从社会发展需求和适应经济发展要求的双重标准，这不仅包含了对理论知识的应用和创新，还明确了人才培养应以综合素质和创新能力的全面拓展为核心。这就意味着高等学府对人才的培养应具备适应与时俱进的时代需求和高品质的工程技术发展要求的培养理念和课程体系。高质量工程技术人才不仅要求对工程技术有全方位深层次的掌握，还需通过正确的价值理性的引导，人文社会科学及企业管理精神的长期熏陶，懂得工程技术在社会和国家发展中的价值和意义。然而，目前的教育体系缺乏对学生进行从事工程工作意义的教育，很多工科学生并不明确工程工作的意义及其相应的社会责任，同时由于社会对工程和工学的认知度的欠缺与偏差，导致出现了一种现象——目前硕士研究生培养过程中，仅就学生生源方面，工学硕士明显优于专业学位硕士，甚至出现了工学硕士落榜的考生可以转向专业学位学习的第二选择。在20世纪70年代末至80年代初，大学生的理想职业是“不当工程师也要当技术员”。而且很多院校过去也常常以被命名为“工程师的摇篮”而自豪，但是在21世纪飞速发展的今天，这样的提法已从我们的生活中消失。目前的统计数据显示，现在大学生的理想职业一般为公务员、管理者、金融会计师等一些不具有工程意义的职业。对此我们不禁要发问：卓越工程师培养计划下的本科毕业生，会按照原本的设想，一部分继续全日制工程硕士的学习，另一部分转而攻读工学硕士吗？是不是学术研究型大学“卓越计划”的本科毕业生主要进入工学硕士阶段，从事科学研究；而一般本科院校的毕业生则进入全日制工程硕士的学习？当然，不管答案如何，都要求我们要实践好金属材料专业的三阶段(本科、硕士、博士)培养，这需要社会、学校、教师和学生多方面、多角度，及时有效地转变思想观念，更新教育理念，才能真正提高教育品质。

2创新工程教育培养模式

工程教育培养模式，常规的是变革课程体系、教材内容、教学方式，强化实践环节等。而工程教育的创新模式，例如“校企合作，顶岗实习”“学分互认”也在积极推动高等工程教育培养模式的全面改革发展。针对本科卓越工程师培养计划，常见的按学年分为“2+2”“3+1”“5+1.5”等。高校应打破学校封闭办学的传统模式，积极促进通过校企合作创设工程教育的环境与条件。我校金属材料专业本科卓越工程师计划采用“3+1”培养模式，即3年的校内学习，1年的企业学习，校内学习和企业学习相互交叉。在3年的校内学习时间内，穿插各类实验教学、实践教学以及认识实习，提升学生的实践能力；同时，学生也可根据自己的兴趣辅修管理学、经济学、自动化等第二学位专业。在1年的企业学习中，部分学生采用顶岗实习的方式，另一部分学生直接参与企业的项目研究。

3改革和完善实践教学体系

实践教学的目的是巩固理论知识和加深对理论知识认识，对培养具有创新意识的高等工程教育人才必不可少。我校金属材料专业本科“3+1”教学模式下，将实践教学与理论教学分离，将实践教学作为一个单独的部分，改变原来的将专业、基础课程以教师传授的方法给学生的这种传统教学方式。把培养学生能力作为主要目的，以通过精炼理论知识和工程训练作为辅助依托，学生解决实际问题的能力作为检验标准。与理论教学相得益彰又各自独立的实践教学体系。实践课程的学时有效性不同于理论教学，优化实践教学的教学模式，将工程人才的培养由课堂延伸到课外。同时，学校开设创新性实验和开放性实验，学生可自由选择。此外，课外科技活动和学科竞赛的奖励机制也可以调动学生学习的主观能动性，培养他们的学习兴趣和创造性思维能力。

4大力提升高校教师的工程素养

跟20世纪末期相比，现在的市场竞争更加激烈，高校的教师参加到工程实践中的次数和地位也在下降，这就使得高校教师更难把教学和工程设计都处理好。现在很多刚进入高校的青年教师大多都是没有或者很少有在企业实际的工作经验。结合生产实际和参加到工程的机会也在本科高年级的教学中正在减少，在本科的毕业设计中更是如此。因此，国内很多高校教师的工程实践能力和实践经验不足的现象突显。结合我校实际，可以从以下几个方面进行来提升教师的工程素质，从而满足卓越工程师教育培养的计划要求。

4.1教学相长结合

我校的实际情况，在研究和教学实践中发现，培养工程素质和工程实践能力的养成两个同等重要的因素是教师和学生。通过教师在研中学、学中教；学生在学中练、在练中学，实现教师和学生的共同进步。

4.2产学研紧密结合

学校搭建产学研一体化平台，使用该平台可以连贯地培养青年教师的工程素质，也可以提供给学生一个新的工程实践机会。

4.3合理高效的利用

社会资源创办校企联合教学模式，整合高效利用社会办学的资源优势，发挥出社会办学的力量。通过上面2种方式可以使教学紧密的结合行业发展的前沿，而且可以为教师工程素质和能力的培养提供必要的支持。

4.4加强教师队伍建设

要打造一支整体素质和技术能力都优秀的师资队伍，学校不仅要大力引进具有工程实践背景的高层次工程技术人才，还要建立一种长效机制，使得工科类专业教师有接受与社会发展接轨的工程实践锻炼的机会，并鼓励青年教师积极参与工程实践。学校还可以出台相关政策，以资助和鼓励青年教师到企业中进修学习。在岗位评聘、职称晋升等方面将工程素质考核纳入指标体系也是一种提升教师在工程教学方面素质的好方法。高水平工程教师师资队伍不但要有校内专职教师，还要有企业兼职教师，只有既鼓励有工作经验和科研水平的工程师到学校兼职任教，又鼓励专职教师到企业中兼职，才能使二者充分结合和交流，达到知识技能互补和彼此相互学习的目的。

5积极探讨校企合作方式

卓越工程师计划的实施必须重视校企合作，紧密依托行业。建立校企合作关系，是培养卓越工程师的有效途径。然而，长期以来国内的大部分企业都不愿意接纳未毕业大学生的实习，把在校大学生实习看成是企业负担，并且有很多企业把大学生实习的时间期限规定为1年，这都是培养卓越工程师计划的难点。同时，在校大学生在公司进行实习时，实习期间所需的实习费、安全保险费、交通费等各种费用都需要学校支付，这对于学校是很难承受的高额费用，会导致实习质量“缩水”。目前，在校大学生在企业实习中基本以参观实习为主，学生安全被学校和企业放在了第一位，在有限的实习期间内，对大学生的培养基本难以实现。针对该问题，希望国家明确要求企业担负起培养卓越工程师的校外责任，更希望国家实施政策鼓励企业的这种行为，促使企业积极主动建立校企合作关系，参与人才培养，将培养金属材料专业卓越工程师变成企业的经营政策。事实上，开展培养卓越工程师计划，建立校企合作关系，是一项学校和企业双赢的战略。首先，高等院校的发展，尤其是实施培养卓越工程师计划离不开相关企业的深度参与。其次，企业的发展离不开高等院校培养出的各种专业型人才。我校材料学院已与很多企业(如东北轻合金有限公司、东安发动机有限公司等)共同建立了长期稳定的工程硕士培养关系，已经帮助这些公司培养了众多工程技术骨干和管理人才。最后，校企合作关系的建立，能使高校与企业达到彼此生存共赢的目的。高校与企业之间是“你中有我、我中有你”的关系，合则两利，所以应该促使高校与企业之间建立更深层次的合作，即高校应该在企业建立生产实习基地，根据高校和企业的真实情况，建立各种等级的学生工作站，利用企业在生产、科研中遇到的实际问题和企业所能提供的实际技术、工作和科研环境，给高校本科生和硕士、博士研究生提供相应的研究课题。企业在给高校提供实习设备、场地、工作站的同时，高校学生也能给企业带来一定的经济利润，并且出站的毕业生也可以留在企业继续工作，使企业人才得到新鲜的血液，达到高校与企业双赢的目的。

金属材料论文篇7

由以上ALD基本反应原理可以看出，典型的ALD反应过程近似是一种置换反应，比如沉积金属氧化物、硫化物和氮化物等，最常见的方法就是金属前驱体与其对应的氢化物（H2O，H2S和NH3）反应，金属前驱体与这些反应助剂交换它们的配体，从而获得相应的化合物。对于沉积纯金属而言，需要的则是还原金属态，移除与金属原子连接的配合基。因此，探究金属前驱体及相应反应助剂的选择、金属前驱体在已沉积表面的吸附情况、反应初始循环的化学过程等，了解和掌握原子层沉积金属的反应生长原理，就变得十分关键。而在ALD生长过程中引入原位表征与监控方法，无疑是一种有效的手段，可收集获取与表面化学反应、生长速度、化学价态和光学特性等相关的重要信息。目前原位探测手段主要包括：傅里叶变换红外光谱仪（Fouriertransforminfraredspec－troscopy，FTIR），能够实时观测每个半反应后的表面基团，为具体的表面吸附及化学反应提供有力的证据；石英晶振仪（quartzcrystalmicroba－lance，QCM），可分析每个脉冲结束后表面的质量变化，吸附时质量的增加，副产物移除时质量的减少，还能一定程度地反映出化学反应中热量变化情况；四极质谱仪（quadrupolemassspectroscopy，QMS），能够探测脉冲过程中反应腔内的物质组成，分析反应产物及反应进行状态。另外还可配备原位光电子能谱仪，对生长过程中表面的化学组成和价态进行表征，原位椭偏仪对沉积薄膜厚度和光学特性进行测量。下面结合原位监控手段，就ALD沉积贵金属、过渡金属和活泼金属的反应机理和特点分别进行介绍。

2．1贵金属在ALD生长中，贵金属一般是利用贵金属有机化合物和氧气进行反应生成。因为与形成化合物相比，以铂为代表的贵金属更容易生成稳定的金属单质。氧气作为其中一个反应物将增强这种趋势，金属前驱体的有机配体被氧化，两个半反应过程中均有燃烧产物CO2和H2O放出，使ALD生长贵金属的反应就像是氧气燃烧掉了金属的烃基，故命名为燃烧反应。这类贵金属的反应主要发生在常用于非均相催化的第八族贵金属中，其机理目前已经有较为详尽和确切的研究［9］，图3［9］显示了ALD沉积金属铂和铱过程中原位QCM和QMS监测的结果。使用的金属有机前驱体分别是甲基环戊二烯三甲基铂和乙酰丙酮铱。图3（a）和（d）为QCM随铂／氧／铂／氧的脉冲变化而探测到的厚度变化，图中Δm0表示铂前驱体吸附在衬底表面后带来的厚度增长，Δm1表示经氧气脉冲反应，该循环沉积铂或铱的净增长厚度。图3（b）和（e）为QMS探测到质荷比为15的物质，即CH3的信号强度，其脉冲信号分别对应铂源和铱源脉冲。图3（c）和（f）为QMS探测到质荷比为44的物质，即CO2的信号强度，其脉冲信号对应氧气脉冲。CH3与CO2是ALD过程中最主要的两种含碳气态副产物。图3中t为时间，d为沉积厚度。铂前驱体脉冲时QMS观测到CH4，说明铂前驱体发生配位基互换，吸附到羟基等衬底活性氧表面。同时QCM显示出铂前驱体脉冲时质量增加，氧气脉冲时则略微减小，综合考虑到没有探测出CO，只有CO2，CH4和H2O三种气相产物，可以认为发生的是完全燃烧反应。铂前驱体脉冲和氧气脉冲过程中都有CO2和H2O放出，这是因为氧气脉冲后有部分氧气残留吸附在浅层表面，从而在下一个金属前驱体脉冲时直接氧化少量有机配体，大部分有机配体留至再下一个氧气脉冲通入时燃烧掉。贵金属非常抗氧化，但分子氧可以在它们表面可逆吸附和解离，铱、铂和钌尤其如此，使氧化、燃烧其配体可以高效进行。由此，贵金属ALD过程中自终止半反应，并非是由于表面羟基给配体加上了氢，而是在表面铂等金属催化下，配体发生了脱氢［10］。式（3）中，铂前驱体配体置换吸附在表面，部分配体与表面吸附氧发生燃烧反应；式（4）中，氧气脉冲烧掉剩余配体，在铂表面又留下含氧基，包含催化和表面化学的作用，以此形成循环反应。图3（d）［9］是ALD沉积铱反应中原位监测结果，可以看出其生长过程与铂非常近似。在其他一些研究中，钌和铑的ALD沉积也被证实与此反应机制相符。值得注意的是，氧化物表面ALD沉积贵金属总是会有一个较长的成核孕育期，因为金属与氧化物表面是不浸润的，多相催化的相关研究已经指出，金属在氧化物表面倾向于形成团簇［14］。而成核孕育期因为要移除键合在氧化物表面的金属配体有一定困难，加之氧化物表面的贵金属原子有发生扩散和聚集的倾向，从而形成分立的金属颗粒。因此沉积贵金属的初期总是先形成分散的金属岛，然后再逐渐长大，金属颗粒彼此连接形成连续薄膜［11］。图4［15］为ALD沉积Pt不同反应循环次数影响Pt纳米晶形成的透射电镜TEM照片，非常形象地展示了这个过程。影响成核的因素十分复杂，成核情况与衬底表面亲水性、电负性、表面组成和粗糙度都有一定关联。其中，所沉积的金属与衬底的润湿性是非常关键的因素，因此，衬底表面的基团种类十分重要。如衬底基团的亲水性会给ALD带来活性反应位，因此表面亲水性的羟基越多，成核越快。在浸润性好、成核快的衬底上，金属膜层才更容易长薄长均匀［16］。在不同的应用中，对金属成核还是成膜的要求会有所不同，如金属纳米晶存储器中，就希望获得高密度均匀分布的金属纳米晶。因此，实际ALD生长应用中，还需要结合具体需要进行分析调控。

2．2过渡金属不同于抗氧化的贵金属，ALD沉积其他金属都需要选择合适的还原剂。常见的还原剂如氢气、氨气及其等离子体，都已被用于ALD沉积过渡金属的反应中。目前ALD生长过渡金属的反应机制，主要分为三类：氢还原反应、氧化物还原和氟硅烷消去反应。由于铜互连在微电子工业中的重要性，因此最初在ALD中利用氢还原反应生长的金属是铜，铜很难黏附在SiO2表面，由于在其上成核密度较低，导致膜层表面粗糙度较大，均方根RMS值为6nm。若先行ALD沉积其他金属籽晶层钴、铬和钌等，铜膜粗糙度就会有明显改善，在ALD生长的钴膜上，铜膜的RMS值减少到2nm，晶粒粒径也会明显变小［17］。另外高温制备微电子器件时，铜还会扩散到SiO2或Si衬底内，因此在铜和Si之间需要一个超薄的阻挡层，热稳定性好又具有高黏附力，厚度还应小于5nm。ALD沉积的金属薄膜钌和钨可作为铜互连的扩散阻挡层。金属铜理想情况应该在100℃以下沉积，低温限制了表面迁移率，使金属原子在膜层很薄时最大限度减少晶核团聚成岛状的趋势，膜层长厚时就更为平整光滑。但由于许多铜前驱体活性较低，通常都需用200℃以上的高温沉积或需用等离子体源来增强反应活性［18］。目前ALD沉积铜的前驱体和还原剂种类很多，生长条件也各不相同。以［Cu（sBu－amd）］2的脒基配体与硅衬底的反应为例，由红外光谱探测分析可知，铜前驱体通入后，配体受热激发与表面羟基发生加氢反应，桥接结构置换为单配位基Si－Cu－O键结构。随后氢气脉冲通入还原，铜失去了脒基配体，同时有一部分硅氧键恢复，意味着铜原子得以扩散并聚集成为结晶的纳米颗粒。因为铜与硅氧衬底的键断裂，从而部分恢复了原始表面的反应位，使配位基置换反应得以继续进行。然而检测也发现有明显的CuO和COOH残留，CuO可能来自沉积后非原位探测造成的空气氧化或者是Cu与COOH的键合，说明即使在氢气作用下发生了还原反应，仍没能完全还原全部配体［19］。除此之外，沉积铜还可以采用其他还原剂，比如铜前驱体先与甲酸反应生成二价铜甲酸盐，再由联氨还原成铜，此反应能在120℃的低温下沉积，生长窗口为100～160℃，得到的膜层纯度高、电阻率低，表面粗糙度仅为3．5nm［20］。该沉积过程中铜符合ALD自限制生长模式，存在一个ALD工作窗口，如图5［20］所示。图5中，vGPC为每个循环的生长速率，tp为脉冲时间，θ为温度。ALD沉积铜还有其他的间接方法，即先沉积金属氧化物或氮化物，再通入还原剂将其还原为金属态。前面提到铜很难吸附在微电子相关特定结构的任何表面，采用这样先氧化的办法，还可以改善表面吸附性。异丙醇、福尔马林、氢气和甲酸等都可以充当还原剂，文献［］中还提到这种方法降低了膜层的粗糙度。同样采用先氧化后还原方法ALD沉积的金属还有镍。在ALD沉积金属氧化物的过程中，有机金属前驱体与表面的氧化物或金属—OH基团发生反应。如可以利用乙酰丙酮镍和臭氧反应得到氧化镍膜层，再用氢气还原得到金属镍膜［24］。但是也有研究指出，这样还原得到的Ni结构略微有所缺陷，膜层内有小孔。如果直接沉积金属镍，一般的还原条件均难以满足，需要的沉积温度较高，沉积速度也非常缓慢。氢还原反应适用的金属还包括过渡金属钴。一般来说，对于金属前驱体，亲水的羟基终端比疏水的氢终端活性更高，前驱体更易发生吸附，也就更适合做ALD初始反应的表面。但钴的常用前驱体tBu－AllylCo（CO）3的表现却完全相反，它在—OH终端的SiO2表面完全没有吸附，而对—H终端的Si衬底则表现出强烈的活性。这里，Co前驱体不是在吸附到—H终端Si衬底表面的同时就失去一个配体，它首先桥接在Si—H之间形成Si—Co键，再被这个表面氢除掉一个丙烯基，如图6［19］所示。羟基终端不能形成这样的机制，所以该前驱体与Si衬底氢终端吸附结合的活性反而更强，这一机制也保证了钴膜的高纯度［25］。另外一些关于前驱体修饰的研究，还注意到中性配位体的益处。羰基就可作为中性配位体，连的羰基越多，金属可用的电子密度越小，金属－羰基键就越弱，可以增强前驱体的挥发性。羰基配体的最典型的实例就是八羰基二钴前驱体，用氨等离子体还原，制备金属钴。这类利用氨等离子体还原的反应机理目前还不是很清楚，但是通过观察反应副产物，表明ALD沉积这些过渡金属时，氨解反应具有一定的作用。除此之外，还有一类还原反应是利用主族元素氢化物作还原剂，这类氟硅烷消去反应的过程通常是σ键置换、氧化加成／还原消除反应，适用于金属钨和钼的ALD沉积。用硅烷或者硼烷还原金属氟化物，能得到标准的半反应式沉积［26］。但是钨和钼两种元素在具体的反应上还是有所不同，乙硅烷输入时钼质量有所损失而钨有所增长，较高温度下钼的沉积速度会相应增加，这可以认为是由前驱体的热分解所致。此外，如果温度过高或硅烷曝光过多将可能导致硅烷嵌入Si—H键出现Si的CVD反应，而且此类反应的机理对其他金属元素不能通用，比如钽若用此种反应就会形成硅化物薄膜。

2．3活泼金属正电性金属包括铝、钛、铁、银和钽等。以银为例，由于它的化合物都是＋1价，只有一个配合基键合的金属离子很难发生吸附，所以需要一些电中性的加合物配位基，通过它们的置换，辅助金属阳离子吸附到衬底。不过这种配位基的键合往往很弱，ALD成功沉积银的报告中使用的银前驱体是（hfac）Ag（1，5－COD）［29］，其中COD即为上述辅助银离子吸附的中性配体。当COD被置换，实验观察到吸附在衬底的银有足够的表面迁移率和寿命，能在随后的高纯氮气清洗的步骤时沿衬底表面扩散并成核。在下一步丙醇的脉冲过程中，由于醇类的催化氧化析氢作用，多余的hfac配体得以移除，从而得到沉积的金属银。图8［30］是ALD在沟槽结构衬底上沉积银薄膜的扫描电镜照片，这里使用的前驱体是Ag（O2CtBu）（PEt3）［30］。然而文献［31］中也指出，由此得到的膜层生长速度缓慢，薄膜质量不甚理想，没有一般金属薄膜有光泽，看起来偏暗，同时电阻率也很高。其他的如铝，三甲基铝在200℃下自然分解的产物应该是Al4C3，这时如果提供氢气气氛，或者借助等离子体、光子等提供额外的能量，理论上有可能形成金属铝。然而目前的研究工作还非常粗略，而且反应要求沉积气氛压力低、还原气体纯度高，才能保证Al在沉积过程中不被氧化。这些活泼金属具有广阔应用前景，这不仅是由于其优异的导电性能，还在于其有可能在铜互连中用于黏附层和阻挡层，更是由于近来倍受关注的银表面等离激元的性质。但它们都较难还原或难与碳氮氧结合成较强的化学键，其常见的前驱体在热ALD中需要的生长温度太高，一般适用的衬底和结构都不足以承受如此高温，所以基本都需要使用氢等离子体以降低反应活化能。但是即便如此，利用等离子体沉积得到的活泼金属膜层一般都很薄，并且一旦暴露于空气中就极易氧化，一般需要原位沉积保护层防止氧化，所以总体来说获得的活泼金属薄膜的金属性都不强。目前ALD反应沉积活泼金属，只有少量沉积成功的报告和一些很初步的工艺探索，实验结果大多还不尽如人意，因此，其ALD沉积反应路径和机理尚有待于继续开拓和探究。

3原子层沉积金属面临的挑战

在上述已经成功沉积的金属中，最好的镍、钴膜层和仅有的锰、钛薄膜都是利用PEALD沉积的，可见PEALD在沉积金属薄膜中的重要地位。但是，PEALD对微电子器件的制备并非完美无缺，等离子体的高活性可能对某些应用所需的特殊衬底造成损伤，又因为等离子体极易在表面复合，从而不宜沉积高深宽比的衬底。总而言之，ALD沉积过渡金属普遍面临的难题是用来还原金属前驱体的反应物的还原性不够强。之前提到的主族元素氢化物是比较有潜力的反应机制，如硼烷中B—H键能够将氢转移到金属原子上，生成过渡金属氢化物，而这些氢化物大多不稳定。另一种可能的途径是寻找一些电子输运能力强的反应物，如二茂钴Co（C5H5）2，升华温度很低且有足够的电化学势来还原一些过渡金属离子。若要付诸实践，这些方法还需进一步检验，保证副产物都是气态且不会有其他杂质沉积［31］。除上述金属之外，金也是很重要的金属，不仅在于它的高导电率，还在于其特殊的催化和光学性质。而金的沉积对ALD技术来说，目前还是个挑战。与银相同，金的化合物也都是＋1价，金配合物的热稳定性都不高。现在也有各种激活方法，比如激光活化、离子体增强、电子或离子束辅助等，但至今为止，还没有一种反应模式能够成功应用于ALD沉积金属金中。至于其他碱金属、碱土金属和稀土金属，其沉积难度更是有过之而无不及。但这些元素的应用需求也很有限，局限在有机发光二极管和锂电池中。而元素周期表右侧那些主族金属，目前也尚未见ALD沉积的报道。从电负性和还原性的角度来看，这些主族金属与第四周期的过渡金属相似，应该比那些活泼金属容易沉积。对ALD来说，沉积尽管同样富于挑战，但也并非不可能，还需要更深入与广泛的研究来丰富ALD沉积金属的种类。表1总结了目前为止ALD沉积金属的主要种类与反应类型，并附列了代表性文献。

金属材料论文篇8

在这幅作品中，铅质的澡盆起了象征作用，使画面除了在气氛上的沉重和晦暗之外，更加具有了隐喻的精神面貌。神话一直作为基弗作品中的重要题材表现，1982年的《维兰德之歌》又是一幅以综合材料来变现神话的绘画作品。画面中上方是一个铅质的翅膀，与如烧焦的广阔麦地背景形成了对比。这里的铅质翅膀除了在画面中是一个视觉效果之外，它更是一个视觉符号。翅膀的来自于希腊神话中的伊卡洛斯的故事。讲述了伊卡洛斯及儿子被困在克里特王国的岛上，当他们用羽毛和蜡制成的翅膀逃离时，飞的离太阳太近，而使蜡融化，伊卡洛斯坠入到海中的悲剧故事。而基弗运用铅来表现翅膀，所表现出来的沉重和艰涩的质感，使其画面和翅膀这个符号更增加了悲剧的色彩。

《黑色王冠》是基弗2005年创作的作品。文字也是他画面中艺术语言的一部分，而这幅作品中的文字就是取自德国诗人保罗•策兰的《九月的王冠》这首诗。而在增加文字的同时，金属材料铅还是再次的出现在了画面的最前方。在荒芜的雪地上，铅质的椅子上固定着棕色的枯枝，并且与空中如雪花般的文字相结合，形成了鲜明的对比。而文字本身的意义也与画中的元素和氛围相结合，使作品充满的了深刻的意义。绘画在空间上作为一种二维平面的艺术形式，而基弗在绘画中频繁的运用到了各种物质材料或者金属材料，使绘画拥有了强烈的物质感。

这些金属材料或与主题相结合，或作为画面的符号，都使绘画呈现出了不同以往的视觉样貌。基弗以同样的题材还创作了很多装置作品。这些装置作品也与他的绘画作品所表现的主题和所要表达的思想有着某种的内在联系。而金属材料也始终贯穿在他的装置作品中。从1987年开始，基弗开始运用金属铅制作书籍装置。尺寸由小到大，铅质的书页也经过了氧化和腐蚀的处理，呈现出了斑痕和不同的灰暗的色彩层次。1989年完成的大型装置《两河流域——女祭司》，就是由200本铅质的书籍组成。它们如废墟一般被堆放在钢质的书架上。书架中间由玻璃板隔开，铅质的书籍中还夹了许多铜丝。整个装置作品由于金属的腐蚀效果而显现出了十分久远的历史感。作为铅质书的延伸，又与他早期的翅膀符号相结合，在1992年开始，他又创作了《带翅膀的书》这一装置作品。作品依然是由铅质书组成，又加入了金属锡和钢。铅质书的两边生出了巨大的两个铅质翅膀，同样的斑驳的质感，而翅膀又显得十分沉重，却只被一根细的金属棍支起。铅质的翅膀此时已成为基弗作品中一个重要的象征符号。

基弗的作品，破败的自然和支离破碎的场景，使人们可以感受到一种人类文明的悲剧命运。但基弗想要表现的并不只是是衰败，正如他自己所说的：“我没有表现绝望。我对精神的净化总是充满了希冀，我的作品是精神的、理性的。我想在一个完整的环境中表现出心灵与环境的契合。”在他的绘画和装置作品中反复用到了铅金属及其他的金属材料。也许正是金属材料本身的属性具有沉重、受到环境影响而伤痕累累、颜色灰暗和细微敏感的变化这些特质正与他所想表达的艺术思想的内在有着深深的契合和相互联系的关系。金属材料在他的作品中有着强烈的物质性，并具有丰富的象征意义。他的作品正是人类深层心灵活动的体现。他将平凡粗陋的金属材料置于他深邃、忧郁又悲壮的作品中，赋予了他们庄重的意义和无限神秘的想象，是在艺术作品中将材料转换到思想领域的成功体现。

作者：徐萌李俊峰单位：齐齐哈尔大学美术与艺术设计学院

金属材料论文篇9

毕业设计是本科教学过程的最后一个环节，旨在训练学生综合应用所学的各种理论知识和技能，分析问题和解决问题的能力。虽然毕业设计环节众多，但选题环节是毕业设计成败的关键。根据我校金属材料工程专业的行业背景，毕业设计选题应遵循专业性、可行性、实用性、新颖性、自主性和科学性[3]。（1）专业性：选题必须符合金属材料工程专业的培养要求，训练学生解决实际问题的能力；（2）可行性：仪器设备等相关条件能够满足毕业设计要求，工作量适中，确保学生按时完成毕业设计；（3）实用性：以工程实践和博士、教授进企业等活动为载体，通过与企业联合选题的方式，提升学生的工程实践、工程设计和工程创新能力；（4）新颖性：避免选题的重复性或过于陈旧；（5）自主性：学生可以根据自己择业意向或主观意愿在教师指导下自拟题目，也可通过参与教师的科研项目或大学生创新计划等自主选题；（6）科学性：选题有一定的研究价值，教师可根据自己的科研项目拟定题目。

3导师制度建设

导师制度是适应教育管理的新形势、新变化、新要求情况下应运而生的，作为一种教育模式，主要通过一名导师负责几名学生，来加强学生与导师间的联系，使导师在思想、学习上、生活、心理、就业等方面全方位引导学生，同时也密切了师生之间教学与科研的交流合作。特别是在学习上，凭借自身多年的教育教学经验，导师可根据每个学生的兴趣或择业意向指导学生量身定制修业方案。此外，学生修业过程中，导师通过面谈、网络聊天、同事间交流等方式了解学生的学习情况，并及时进行引导。鼓励学生参与课内外科技活动和知识竞赛，同时对毕业设计选题、报考研究生、就业等进行指导。有意识地培养学生的自学能力、实践能力和创新精神，促进学生知识、能力、组织的全面提升。为此，在入学伊始就为金属材料工程专业的每位学生配备了导师。

金属材料论文篇10

2.1现场腐蚀产物分析图1为A变电站服役13a接地网镀锌扁钢的腐蚀产物的XRD分析结果。由图1锈层X射线衍射可以看到，红壤中服役13a的接地网镀锌扁钢材料锌层已经完全腐蚀，腐蚀产物中铁的不同氧化物为主要腐蚀产物成分，腐蚀产物主要。主要是黏附在腐蚀产物中的土壤成分。图2为镀锌扁钢锈层微观形貌图，该接地扁钢腐蚀产物有4层，从外到内依次为图中标出来的a、b、c、d。对4处腐蚀产物进行能谱分析，所对应的能谱图见图3。从各腐蚀层的能谱分析结果可以看到：a层腐蚀产物以铁的氧化物为主，但夹杂了一些SiO2之类的土壤成分；紧挨着的b腐蚀层则以铁的氧化物为主，比较干净；c腐蚀层能谱中出现了S；而d腐蚀层不仅出现了S，还出现了Cl。Cl-是土壤腐蚀性最强的一种阴离子[5,6]，Cl-能够破坏接地材料的钝态膜，加速接地材料腐蚀的阳极极化过程，并能穿透金属腐蚀层，生成可溶性产物Fe2(OH)3Cl，从而加速接地材料的腐蚀[7]。c层能谱中S的存在说明了SO42-参与了阴极反应，这可能与硫酸还原菌的存在有关[8]。

2.2室内电化学实验A站的土壤理化性质测试结果如表1中所示，图4为镀锌Q235在不同浓度Cl-与SO42-下的腐蚀电流曲线图，腐蚀电流随Cl-与SO42-的变化规律基本一致，都是先增大后减小。随着Cl-与SO42-浓度的增大，土壤的电导率增加导致了金属腐蚀速率增加，该过程为电阻控制过程。但土壤电导率增加有限，当Cl-与SO42-浓度继续增大时，土壤与镀锌Q235界面之间形成的腐蚀产物影响了离子的扩散[10]，因此无论是Cl-还是SO42-，镀锌Q235碳钢的腐蚀电流都出现了小幅下降。但是，Cl-能够吸附在氧化膜上，与氧化膜中的阳离子结合形成可溶性氯化物[11]，酸性的红壤环境更有利于氯化物的溶解，SO42-离子则没有这种作用，因而其腐蚀电流下降的比Cl-更为迅速。从图4中还可以看到，当SO42-含量高于0.01%时，镀锌钢腐蚀电流基本维持在200µA左右，在SO42-含量为0.25%时达到最大值250µA；当Cl-含量达到0.5%时，腐蚀电流增加到最大值254µA；当继续增大Cl-含量时，腐蚀电流基本上维持在200µA左右。在腐蚀电流峰值附近，1份SO42-与2份Cl-对土壤腐蚀性具有基本等效的贡献。

2.3室内腐蚀加速实验结果5座变电站接地网层土壤理化性能测定结果如表1所示。

2.3.1腐蚀速率分析由图5镀锌Q235在该地区5座变电站土壤中的腐蚀速率图可以看到，随着腐蚀时间的增加，镀锌Q235在5座变电站土壤中的腐蚀速率均呈现先增大后减小最终略有增大并趋于稳定的规律。腐蚀初期以局部腐蚀开始，由于点蚀的增多使得腐蚀速率增加。当镀锌层受腐蚀后露出碳钢基时，碳钢基体与镀锌层就会构成微电池[12]，形成类似于牺牲阳极的阴极保护形式，起到保护碳钢基体的效果，基体的腐蚀速率较小。随着镀锌层的逐渐腐蚀，这种保护效果逐渐变弱，碳钢基体逐渐受到腐蚀，腐蚀速率增大，在红壤介质中，碳钢处于类似于酸性溶液体系的环境，其腐蚀速率较为平缓。

2.3.2腐蚀产物分析图6a~e为镀锌Q235在该地区5座变电站土壤中加速腐蚀65d后的腐蚀形貌图，图7为镀锌Q235在A座变电站土壤中加速腐蚀65d后腐蚀产物的X射线衍射图。由图6可知，镀锌Q235试片在5座变电站红壤中均发生了较为严重的腐蚀，部分试片表面黏附有土壤，与现场开挖情况较为一致。图7镀锌Q235在A变电站红壤中的XRD分析结果表明，镀锌Q235碳钢在A座变电站红壤中的腐蚀产物主要是ZnO、Fe2O3、FeOOH。该腐蚀产物中检测到ZnO，而现场开挖接地扁钢腐蚀产物检测不到锌的氧化物，这可能与接地网镀锌扁钢服役时间较久导致镀锌层已经完全腐蚀掉有关。图8给出了5个站现场开挖腐蚀数据与室内加速腐蚀数据的相关性趋势，其中现场腐蚀速率理论计算得到。结果表明，室内模拟加速腐蚀实验加速比平均达到6.4，在不改变土壤腐蚀介质情况下，该实验具有较好的加速效果，即65d的加速腐蚀即可达到现场埋设1a以上的腐蚀效果。此外，相关性分析发现，二者的相关性系数达到0.88，表明该加速腐蚀实验具有与现场较好的相关性。

金属材料论文篇11

本科生毕业论文是高校本科培养计划的重要组成部分，是实现人才培养目标的综合性、实践性教学环节，是学生从学校走向社会、走上工作岗位，实现教学与科研、社会实践相关联的重要结合点，是学生综合运用所学基础理论、专业知识和基本技能进行科学研究工作的集中训练，是学生实践能力、创新能力、分析解决实际工程问题能力在毕业离校前的一次全面培养和提升。毕业论文质量是衡量教学水平的重要指标，也是学生毕业与学位资格认证的重要依据。因此，做好毕业论文工作对提高学生的全面素质和高等教育教学质量具有重要的意义[1]。

为了提高毕业论文的质量，国内很多高校做了相应的研究和探索[2-6]。然而，随着高校招生人数的进一步扩大，教学资源和教师数量受到限制，学生就业压力不断加大，毕业论文的质量受到诸多因素的影响，存在着质量滑坡的趋势。如何针对目前的状况，找出问题的根源进行改进和完善，切实提高毕业论文和本科毕业生的培养质量，成为目前亟待解决的问题。本文以无机非金属材料工程专业为例，系统分析本科毕业论文存在的主要问题，提出有针对性的改进措施，以期对该专业及相关学科的发展有所启示。

一、毕业论文中存在的主要问题

南京工业大学无机非金属材料工程专业是由原无机非金属材料、硅酸盐工程两个专业合并而来，该专业覆盖面宽，优势和特色明显，是材料学院的主导学科，在江苏省处于领先地位，在国内具有较高的知名度。近几年的高校扩招虽然使得专业得到快速发展，但是毕业生的大幅度增长，也给毕业论文的指导和管理工作带来了一系列困难，论文质量严重下降，主要表现在如下几个方面。

1.文献检索和观点提炼能力弱，文献查阅不充分。虽然大多数学生对电脑比较熟悉，但是却不善于利用互联网和专业数据库检索与所开展课题相关的中外文文献资料。在撰写开题报告、文献综述等材料过程中，文献查阅不充分，收集的资料比较凌乱，文献阅读少，对文献的观点缺乏提炼。

2.实验方案不合理，工作量不饱满。指导教师在下达毕业论文任务书时，一般都会安排较为饱满的研究内容。学生在实验开展过程中，由于对课题研究背景和意义的理解不够准确，对研究的主要内容和问题不能有效归纳，实验方案设计欠合理，总会对实验工作量进行“打折”。此外，由于实验时间得不到有效保证，往往会导致毕业论文工作量不饱满。

3.分析和解决问题能力不够。毕业论文的实验过程不可能一帆风顺，遇到问题时，学生往往不知道如何分析问题，更谈不上去寻找方法解决问题。在论文撰写时，普遍存在对实验结果和数据分析不够充分的问题，将实验所得数据简单地进行罗列和基本描述，缺乏从材料制备工艺、微观结构和性能之间关系进行讨论和分析的能力。

4.抄袭现象比较严重。本科生在毕业论文的写作过程中，特别是文献综述、实验方法与过程等章节，普遍存在着抄袭、拼凑的现象。近几年学生毕业论文的初稿基本上都是从相近的几篇文献中整段成篇直接粘贴拼凑起来的，甚至连对复制过程中产生的格式错码或者乱码都没进行检查修改。

5.论文撰写不规范。从内容上看，有的论文中文摘要没有包括研究背景及意义、研究方法和手段、主要结果和结论等内容，英文摘要的语态、词态、主谓搭配和专业术语等错误较多，英文摘要和中文摘要不一致;有的论文表述口语化，结构松散、不完整，逻辑性差、缺乏条理，文章的前后没有合理地组织联系起来。从格式上看，毕业论文中常出现很多不规范的表达，主要体现在文字排版、图、表和参考文献等方面。有的论文中还有不少的错别字。

二、毕业论文质量问题产生的原因

（一）学生自身的原因

近几年随着毕业生的就业压力越来越大，使得学生花在各种宣讲会和招聘会上的时间逐渐增加，选择考研的学生也越来越多。南京工业大学无机非金属材料工程专业毕业论文安排在第七学期的16～20周和第8学期的4～16周，共计18周。而研究生入学考试时间是第七学期末，人才市场的各种招聘会也在此时逐渐进入旺季，考研学生利用第七学期的最后五周进行复习冲刺，求职的学生把主要精力放在解决就业问题上;到了第八学期，考研复试、公务员考试和企业的面试又占去大量时间，因此学生花在毕业论文上的时间得不到有效保证。工科毕业论文多属科学研究型或技术应用型，必须进行大量实验，摸索研究，充分论证，若课题实验时间过短，毕业论文的质量自然不高。

大学四年，各门考试都会有不及格的学生，而唯独毕业论文通过率几乎是100%。因此，一部分学生就会出现这种思想：毕业论文的成绩不影响工作单位的选择;只要我考上研究生、找到工作了，学院就不会不让我通过毕业论文答辩。有些学生认真开展毕业论文，但积极性、主动性较差，缺乏创新思维、创新精神和严谨的科研态度，为毕业而做毕业论文，达不到毕业论文的真正目的;更有些学生对毕业论文重视程度不够，缺乏主动性和积极性，有的采取消极应付的态度，不认真查找和阅读文献，不设计实验，不动脑筋，对课题目的、要求、方法等不熟悉、不理解，对指导老师布置的任务、要求不以为然，临近答辩撰写论文时，匆匆应付、东拼西凑、甚至抄袭等;还有一些用人单位要求已确定工作单位的学生提前上岗，将毕业论文带到企业去完成，而到了企业之后，繁重的工作致使这些学生无暇顾及毕业论文。

（二）指导教师的原因

本科生毕业论文工作安排包括：申报毕业论文题目、下达任务书和外文翻译、学生开题、中期检查和毕业答辩等。教师除了指导学生完成相关研究内容外，还要指导学生撰写文献综述、开题报告、外文翻译以及论文修改，准备各种记录材料。近几年由于高校扩招，本科生规模迅速增长的同时教师队伍却没有得到扩充，分配到每个指导老师的学生大概在4～6名，总体来讲指导教师承担的毕业论文的工作量还是很大的。由于生均实验仪器不足、教师精力有限，因此不可避免地出现了毕业论文过程中遇到问题得不到及时解决等指导不到位的现象，这些都在一定程度上影响了本科毕业论文的质量。

大部分教师本身教学任务繁重，科研压力大;与科研和教学相比，毕业论文工作给指导教师带来的回报低，加上学生开展毕业论文工作的积极性低、态度不端正，很大程度上导致大多数教师不愿意指导本科生毕业论文。教师精力投入不足，缺乏责任心，对学生要求不严，与学生之间没有交流互动，缺乏定期检查和监督;甚至有的老师让研究生来指导本科生，对学生的毕业论文不管不问。

（三）管理制度的原因

学校为保证本科毕业论文的质量，制定了针对本科毕业论文的工作条例和管理办法，但在执行中不够严格、不规范，缺乏对毕业论文全过程的有效监控，缺乏对指导教师真正有效的监督机制和奖惩措施，缺乏对学生毕业论文完成质量客观公正的考核，缺乏不合格毕业论文的淘汰机制，最终使制度趋于形式化，没有起到应有的作用。学校往往因为升学和就业的压力，迫使教师对毕业论文采取过分宽松的政策，暗中降低了对毕业论文的要求，对不符合要求的毕业论文采取迁就的态度，论文成绩评判和答辩过程不严谨，几乎没有不通过答辩的论文。

三、提高本科毕业论文质量的举措

针对本科生毕业论文存在的问题，为了使毕业论文这个重要的教学环节发挥其应有的作用，我们对如何提高毕业论文质量提出了几点对策。

（一）开放选题

改变教师分配毕业论文题目给学生的模式，以系为单位，所有指导教师根据本专业的特点，结合自身科研课题上报题目和任务书，根据指导教师的能力和实验条件严格限制每位指导教师上报课题数量。组织专家对课题研究方向、内容、工作量和实验室条件等进行严格把关，题目不能过大、过深，应符合专业培养目标，与生产实际相联系，最终形成本科生毕业论文课题库。学生根据自身兴趣以及课题难易程度进行自主选题。学生选择自己感兴趣的课题，可以激发自己研究的热情，调动自己的主动性和积极性，能够以积极的心态去完成毕业论文。

（二）提前启动毕业论文

以往毕业论文时间是第七学期末和第八学期，时间集中，且与学生考研和就业相冲突，导致学生顾此失彼，毕业论文时间得不到保证。因此应将毕业论文工作提前至第六学期末，让学生在第六学期暑假就进入实验室开展工作，带着课题在第七学期学习《文献检索》和《专业英语》等课程，通过专门的培训使学生掌握科技论文的写作规范和方法，在培养和提高论文检索、翻译和撰写能力的基础上完成文献综述、开题报告和外文翻译。在第七学期中，学生也可以利用周末和空余时间开展毕业论文相关工作。这样能使学生提前完成一部分毕业论文工作，可以利用第七学期末和第八学期初的时间，安心去准备考研、复试和找工作，从而保证毕业论文的时间。

（三）突出学生主体地位，强调主动性

让学生知道本科毕业论文是其培养计划中最后一个综合性教学环节，是培养工程实践能力、理论研究能力和创新意识的重要途径，是毕业及学位资格认定的重要依据。毕业论文的主体是学生，不是指导教师。在从课题库完成选题以后，学生主动联系指导教师，了解课题的背景、目的、意义和研究内容。让学生自己根据课题要求，撰写文献综述、开题报告，设计实验方案和计划进度，开展实验、分析结果，撰写毕业论文。在学生开展毕业论文过程中，避免对教师产生过度依赖的心理，培养学生在教师的指导下独立进行调研、收集资料、开展必要实验准备工作的能力;教师在指导的过程中，尽量留给学生思考的余地，在学生遇到问题时，教师不急于回答问题，通过启发引导让学生自己找到解决问题的方法。

（四）提高教师指导水平和积极性，加强教师指导

师资队伍是发展高等教育事业、提高教育质量和学术水平、培养高质量人才的关键。无机非金属材料工程专业中青年教师在教师队伍中占有相当大的比重，要通过开展科研活动，参与工程问题研究，提高教师的学术和科研水平、工程实践和指导能力;促使教师理顺教学与科研的关系，明确科研必须建立在教学的基础之上;鼓励教师在从事科研工作的同时，积极参与本科教学工作;鼓励学生的毕业论文与导师的科研相结合、与大学生创新实践相结合。建立指导毕业论文奖惩制度，对于优秀的指导老师，在职称评定、物质和精神上给予奖励，以对其工作进行肯定，充分调动积极性;而对工作缺乏能力、教学不负责的指导教师，取消其本科毕业论文指导资格。

坚持每周例会制度，让每个学生汇报各自的实验进展，保证教师有足够的时间与学生直接见面，促进教师与学生的交流，加强对学生的指导;指导教师可借此掌握学生的整个工作状态、进度情况，指出存在的问题，帮助学生释疑解惑，督促学生抓紧时间开展毕业论文;学生也可以从中加深对课题的了解，学习分析处理实验结果的方法，学会如何分析问题，提出解决问题的方案。

（五）加强毕业论文过程管理

除了进行论文答辩外，在开展毕业论文过程中要对开题报告和中期检查等环节实施全程跟踪。为了促进学生提高毕业论文质量，院系成立了检查组对学生的开题报告和中期工作进展实施集中检查，对论文的研究内容、研究方法、实验手段进行认真论证，避免学生对题目把握不准而偏离主题，或因实验条件不够而中间改题;对学生的工作表现、研究内容完成情况和实验结果等几方面进行重点检查，帮助学生找出问题、解决问题，对工作不符合要求的学生进行教育，在规定期限内督促整改。

学生的毕业论文需要进行，率超过10%就不予答辩，退回修改。答辩资格审查要严格把关，任务没完成、格式不规范的论文不准参加答辩;论文经指导教师和评阅教师盲评审查通过后方可答辩。正式答辩前由指导教师组织进行预答辩;通过预答辩，帮助学生积累答辩经验，同时根据学生的预答辩情况和存在的问题提出建议，从而为学生顺利通过毕业论文答辩奠定良好的基础。严格答辩程序，实行指导教师回避制，按公开、公正、公平原则进行答辩，详细记录答辩内容;从平时工作、中期检查、论文质量与水平、答辩情况等四方面客观地考核、评定学生的毕业论文成绩。严格实行答辩不及格制度，凡是答辩不合格的学生，必须做论文修改，进行第二次答辩。若二次答辩不通过者，当年不予毕业。

四、结语

本科毕业论文在人才培养中具有不可替代的作用，它是培养大学生实践能力、创新能力和创业精神，提升本科教学水平的重要环节。我们要认识搞好毕业论文工作的重要性，抓好毕业论文工作的每一个环节，提高毕业论文的质量，促进学生综合素质与教学质量的提高。

参考文献：

[1]教育部办公厅.教育部办公厅关于加强普通高等学校毕业设计（论文）工作的通知[Z].教高厅[2004]14号，2004，（4）.

[2]王淑梅.本科毕业论文创新性存在问题及对策探讨[J].河北农业大学学报（农林教育版），2013，15（2）：67-69.

[3]张晓磊.本科毕业论文存在的若干问题及其对策[J].长春理工大学学报，2012，7（10）：123-124.

金属材料论文篇12

2.1金属层状复合材料生产中的固－固相复合法

金属层状复合材料中的固－固相复合法是一种在上世纪30年代就发展起来的加工工艺，其主要原理是将两种或多种已经成型的板材通过叠加或者是轧制的方法使其能够形成多层复合的方式，从而使这种复合板材能够达到所需的性能要求。其中，复合板材所采用的轧制方法主要有热轧和冷轧两种，采用轧制的方法生产的复合板材具有生产成本较低、生产迅速以及成本板材的精度较高等优点，通过与现有的钢铁生产工艺及生产装备相结合能够实现大规模的生产，利用轧制法可复合的金属种类很多，但轧制复合往往需要进行表面处理和退火强化处理等工艺，板型控制困难，轧件易边裂，易形成脆性金属化合物，且道次轧制变形量大，需要大功率的轧机。

2.2金属层状复合材料生产中的爆炸复合法

此种方法的主要原理是通过使用炸药作为主要的能源，从而将多种金属材料复合焊接成一体的加工工艺，采用此种加工工艺的优点是生产出来的板材具有很高的产品适应性且保留了复合材料原料的一些特性，同时生产的板材结合界面的结合强度较高，能够使得其在后续的加工过程中保持较为良好的加工特性，同时对于金属层状复合材料的大小以及形状等都具有很强的可调性且对生产设备要求较低，缺点是生产过程中会产生巨大的噪音从而不利于生产的连续进行。

2.3金属层状复合材料生产中的爆炸－轧制复合法

此种方法结合了固-固生产法中的轧制法以及爆炸法中的一些优点，通过使用此种方法可以使得金属层状复合材料板能够生产的尺寸更大、厚度更薄、长度更长以及更细的复合金属材料，从而使得金属材料的性能克服了单一工艺中所存在的一些问题。

2.4金属层状复合材料生产中的扩散焊接法

金属层状复合材料经过多年的发展，已经具有多种生产工艺及加工技术，扩散焊接是一种对在金属层状复合材料的复合加工中常用的技术，其能够进行多同种或不同种材料进行复合。在加热到母材熔点0.5～0.7的温度时，在尽量使母材不出现变形的程度下加压，使母材紧密接触，利用界面出现的原子扩散而实现结合的方法。

2.5金属层状复合材料生产中的液－固相复合法

此种方法的原理是将一种（液相）的金属材料通过多种不同的方式均匀的浇铸在其他一种固态金属材料的表面，并依靠两种金属材料表面之间所产生的一定的反应来使两者之间出现结合，并在液态金属凝固后对其进行压力加工。

2.5.1直接浇铸复合法

直接浇铸复合法的制造工艺如下：首先需要将两块在内侧涂抹有剥离剂的钢板进行相应的叠合，并将两块钢板四周进行焊接后放入盛有金属液的铸模中，待到周围的液态金属凝固后进行一定的轧制，轧制完成后将焊接的钢板四周的焊缝去掉，从而可以得到分离后的两块液固复合板，在进行金属层状复合材料板的生产过程中如果做好对于加工温度的把控可以使得复合材料板具有较高的复合强度。此种方法操作方便、由于无需使用过多的机械设备以及其他附加工艺，因此，其加工成本较低，可以应用从而进行批量化生产，不足之处是由于需要将固态的金属板放置于高温下的液态液中待其凝固，在这一过程中，由于两者金属材料熔点的不同会使得高温的液态金属会对固态金属的表面造成一定程度的熔损，从而会对生产出来的金属层状复合材料板的质量造成一定的影响。双流铸造法又被称为双浇法，其主要是通过使用两种液态金属同时开始进行铸造，其主要利用的是两种合金之间的熔点差，通过将低熔点的合金首先浇注在一种特殊的扁模具中，而后通过将模具内的抽板进行一定的提升，其后再将高熔点的合金浇注在抽板提升后所留下的空位中，从而得到所需要的复合金属材料，使用此种方法需要做好时机的把控，特别是在金属液的浇注速度方面更是需要注意，从而使两层金属界面结合良好且界面稳定是比较严格的。

2.5.2钎焊法

钎焊法的主要原理是通过利用浸润的液态金属相凝固使两种金属焊合一起的技术方法。此种方法的加工工艺简单、操作方便，能够方便、快捷的完成异种金属之间的结合，其缺点是在钎焊结合部位的硬度不高，从而使得复合材料板出现小孔、夹渣、偏析等缺陷。

3金属层状复合材料中的表面工程技术

电镀主要是通过溶液中所含有的金属离子在导电的情况下聚集到电极中的阴极中并均匀的覆盖在阴极的表面使其形成能够与基体牢固相结合的镀覆层的过程。经过多年的发展，电镀已经成为了现今工业生产中的重要组成部分。除了电镀外，在材料表面工程处理中还具有刷镀、化学镀以及热喷涂、化学气相沉积法、物理气相沉积等多种表面处理技术，以上这些技术都各有优缺点，应当根据金属材料表面的特性需要适合的技术。

4金属层状符合材料的发展展望

随着科技的进步以及越来越多的新技术被应用于材料生产工艺中，现今，在金属层状复合材料的生产过程中主要有电磁成型复合、自蔓延高温合成焊接技术、激光熔覆技术、超声波焊接技术以及喷射沉积复合技术等。采用以上这些技术能够使得金属复合材料性能更高以及生产更为简单方便。

金属材料论文篇13

1.3真空热处理技术真空热处理技术利用真空作为金属材料热处理的环境，可以缩短时间，提高效率，减少有毒气体的排放，有明显的节能效果和环保效果。目前，在一些发达国家，真空热处理技术还在不断研究和更新，力求在无氧环境的基础上填充惰性气体作为热处理环境，使热处理效率更高。

1.4超硬涂层技术超硬涂层技术可以提高材料表面硬度，使其更加耐用，提高性能，是目前应用范围较为广泛的热处理技术之一。随着现代金属材料加工技术的不断发展，超硬涂层技术采用电脑进行实时监控，方便该技术更好地应用。

1.5振动时效处理技术振动时效处理技术依靠振动原理稳定金属材料性能，可以有效防止金属材料变形。振动时效处理技术采用计算机设备进行监控，既可以减少生产时间，提高效率，还能够降低成本，节能减耗，克服了传统热处理技术的不足。

2金属材料热处理工艺与技术展望

随着金属材料热处理工艺与技术的不断发展，诞生了许多热处理技术。其中，可控气氛热处理就是较为成熟的热处理技术之一。可控气氛，顾名思义，就是一种可以控制和保护的气氛，是一种保护金属材料的气体介质。可控气氛可以有效保护金属材料的表面性能，使热处理过程更为完善。对于钢制工件而言，可控气氛热处理极为适合，可以给钢材料提供更为妥善的保护。这是因为钢在热处理高温中很容易被氧化，表面破坏较为严重，但可控气氛热处理却能够避免钢被氧化。对于其他金属材料而言，可控气氛热处理同样适用，在尺寸上可以调控，使操作更加灵活。目前，可控气氛热处理的应用较为广泛，但依然有很大的局限性。因此，未来的金属材料热处理工艺和技术需更加普及，才会有更广泛的发展空间。