金属材料论文范文

金属材料论文篇1

40多年以前，科学家们就认识到实际材料中的无序结构是不容忽视的。许多新发现的物理效应，诸如某些相转变、量子尺寸效应和有关的传输现象等，只出现在含有缺陷的有序固体中。事实上，如果多晶体中晶体区的特征尺度（晶粒或晶畴直径或薄膜厚度）达到某种特征长度时（如电子波长、平均自由程、共格长度、相关长度等），材料的性能将不仅依赖于晶格原子的交互作用，也受其维数、尺度的减小和高密度缺陷控制。有鉴于此，HGleitCr认为，如果能够合成出晶粒尺寸在纳米量级的多晶体，即主要由非共格界面构成的材料[例如，由50％（invol．）的非共植晶界和50％（invol．）的晶体构成］，其结构将与普通多晶体（晶粒大于lmm）或玻璃（有序度小于2nm）明显不同，称之为"纳米晶体材料"（nanocrystallinematerials）。后来，人们又将晶体区域或其它特征长度在纳米量级范围（小于100nn）的材料广义定义为"纳米材料"或"纳米结构材料"（nanostructuredmaterials）。由于其独特的微结构和奇异性能，纳米材料引起了科学界的极大关注，成为世界范围内的研究热点，其领域涉及物理、化学、生物、微电子等诸多学科。目前，广义的纳米材料的主要包括：

l）清洁或涂层表面的金属、半导体或聚合物薄膜；2）人造超晶格和量子讲结构；功半结晶聚合物和聚合物混和物；4）纳米晶体和纳米玻璃材料；5）金属键、共价键或分子组元构成的纳米复合材料。

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

在过去十多年里，尽管纳米材料的研究已经取得了显著进展，但许多重要问题仍有待探索和解决。诸如，如何获得清洁、无孔隙、大尺寸的块体纳米材料，以真实地反映纳米材料的本征结构与性能？如何开发新的制备技术与工艺，实现高品质、低成本、多品种的纳米材料产业化？纳米材料的奇异性能是如何依赖于微观结构（晶粒尺寸与形貌、晶界等缺陷的性质、合金化等）的？反之，如何利用微观结构的设计与控制，发展具有新颖性能的纳米材料，以拓宽纳米材料的应用领域？某些传统材料的局域纳米化能否为其注入新的生命力？如何实现纳米材料的功能与结构一体化？如何使纳米材料在必要的后续处理或使用过程中保持结构与性能的稳定性？等等。这些基本问题是进一步深入研究纳米材料及其实用化的关键，也是纳米材料研究被称为"高风险与高回报并存"的原因。

我国系统开展纳米材料的科学研究始于80年代末，经过近十年的努力，已经做出了一批高水平、有国际影响的工作。整体水平和实力紧步美、日、德等主要西方国家之后，受到国际学术界的高度重视。然而，在激烈的国际竞争形势下，急需以现有工作为基础，以若干学科为突破目标，集中人力、物力、财力的投入，使我国在这一领域的研究水平上一个新台阶。

金属材料论文篇2

我校金属材料专业是卓越工程师教育培养计划的试点专业。对于金属材料专业卓越工程师培养计划，我们进行了初步思考。实施金属材料专业卓越工程师培养计划，在校内培养方面，对有丰富教学经验的各类大学都不是问题。需要研究的是进一步转变思想观念，优化完善卓越工程师的培养模式，完善实践型教学体系，提升教师工程素质，建立长期稳定的校企联合培养机制。

1明确培养目标提升教育品质

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。

二结束语

实施卓越工程师教育培养计划是一项系统性工程，也是高校深化人才培养模式改革的重要契机，它涉及人才培养的各项环节。高校根据自身特点，在明确金属材料专业卓越工程师所需具备素质和能力的基础之上，进一步转变教育理念，不断创新培养模式，认真制定培养方案，努力提升教师的工程素质，建立和深化长期稳定的校企合作方式和培养机制，积极推进金属材料工程专业卓越工程师教育培养计划，为社会、现代企业培养更多的卓越人才。

金属材料论文篇3

具体而言，邀请国内外在金属材料领域具有很深造诣的理论与实践工作者来我校讲学、联合指导毕业设计、合作开展科学研究、联合申报科研项目等；学校利用职称评聘等政策杠杆，积极开展“工程实践”，鼓励专业教师到企业进行工程锻炼；借助“百名教授进百企”、“百名博士进百企”等活动，让广大高层次教师接触工程、了解工程、熟悉工程的同时，开展技术创新和社会服务。其次，可以根据每位专业教师的科研情况，安排数量不等的学生参与到专业教师的科研项目中，学生在协助教师开展试验、整理数据的过程中，获得来自专业教师在理论与实践上的指导，并将获得的科研数据申报专利、软件著作权、科研奖项等，或申报科研项目（如各级大学生创新项目）、参加科技竞赛等；实践证明，这种科研活动充分锻炼了学生的独立科研能力、专业知识应用能力和协调沟通能力。第三，加强产学研用结合，形成优势互补的产学研联合体，实现学校教育与企业需求的自然过渡。具体而言，针对企业在生产中遇到的技术问题可以以横向项目的形式开展合作，给学生提供接触并解决与本专业有关的实际问题的机会，在项目实施过程中指导教师可通过让学生完成各项具体任务、参与关键问题的攻关等方式，实现理论教学与社会实践的互动。

2毕业设计选题

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。

4创新训练计划

增强大学生的创新能力，已经成为21世纪实现伟大中国梦的时代要求，顺势而生的大学生创新训练计划为广大青年学生提供了平台。在部级大学生创新训练计划的引领下，已经形成国家、省和高校三级大学生创新训练计划实施体系。为了充分发挥大学生创新训练计划的宗旨，首先是要加大宣传力度、拓展宣传渠道，通过海报、横幅、校广播、班会等形式在校园内广泛宣传，让广大师生了解大学生创新训练计划的具体内容、实施方式等基本情况；其次是积极鼓励同学与自己感兴趣的研究方向的指导教师联系，在老师的指导下查阅资料、分析构思具体研究内容，形成项目申报书；然后进入项目的具体实施阶段，学生参与项目初期的“三分钟热度”基本已经消耗殆尽，遇到困难时会心浮气躁甚至产生放弃的想法，此时指导教师应在精神上给予学生支持和鼓励，并因势利导培养学生坚强的毅力和百折不饶的决心。此外，大多数学生在学习上习惯了被动接受，在项目实施过程中，缺少自己的观点和对新知识、新领进行探索的能力，不能主动的发现问题、研究问题、解决问题，而是被动的听从老师的安排，在这种情况下，指导老师要身体力行的引导学生如何发现问题、解决问题，逐渐挖掘大学生潜在的创新能力，进而点燃大学生的创新热情。

金属材料论文篇4

金属层状复合材料是由多层金属复合而成的，其通过将多层金属板经过叠压而形成，相对于颗粒增强复合材料，层状复合材料的制造工艺相对简单，同时能够达到工业应用的要求，随着科技的进步，金属层状复合材料已经由原来的双层发展到现今的多层金属材料复合，同时在制造的过程中，对于不同层板之间层板组分的合理选择以及选用相应的加工工艺，能够生产出符合工业特性要求的金属层状复合材料。通过使用金属层状复合材料能够有效地减少对于贵金属材料的使用，以较少的材料投入达到改善材料特性的目的，对于降低生产成本以及减少资源的浪费有着非常重要的意义。

2金属层状复合材料的生产工艺

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。

5结束语

金属层状复合材料是工业生产中的一种材料，其克服了单一金属材料在特性方面的不足，文章主要对金属层状复合材料的生产工艺及其生产技术进行了一定的展望。

金属材料论文篇5

关键词　金属；空蚀；表面涂镀技术；涂层

中图分类号TB303 文献标识码A 文章编号　1674-6708（2013）83-0062-02

0　引言

随着现代工业社会发展步伐的不断加速，各行各业的生产活动都在不断的加速进行，特别是工业制造业和航天行业，在发展的同时对金属材料也提出了更高的要求，传统的金属材料无论是在金属材料的强度、重量、稳定性和韧性方面都无法满足现代工业的要求。为了使各种金属材料之间的优点进行一个有效的互补，人们用两种或者两种以上的金属材料进行一个有效的组合，生产出来了复合材料，复合材料能够有效的防止其表面发生空蚀，使用前景非常的广阔。

一些大型机械的关键部位的金属构件容易受到空蚀的影响，时间长了会对整个机械的正常使用产生较大的影响。在构件发生空蚀故障的时候维修起来不方便，因为对大型机械的关键构件进行抗空蚀处理已经成为了一项重要的课题。

本文首先对金属材料表面产生空蚀的原理进行了分析，然后对其进行了深入的研究，并对金属表面抗空蚀涂层的制备方法进行了详细的描述。

1　空蚀概述

空蚀是指在高速多相流条件下，液体介质中局部压力变化致使空泡形成和溃灭，在高速液体中含有空泡，使磨损腐蚀十分严重，材料连续受到高压、高速微射流冲击作用而使得金属的表面产生了破坏，其中最为常见的一种空蚀是空泡腐蚀。

金属液体介质中的空泡的形成是因为液体的温度或者湍流的变化而引起的，一旦这两个方面的因素发生了变化，金属液体的压力就会发生一定的变化，使得空泡得以产生，空泡内含有一定的水汽，但水汽存在的时间非常的短暂，当气泡发生破灭的时候就会产生非常大的压力冲击波，压力冲击波最大可以达到4　000atm，这样一来就会使得金属表面的保护膜发生一定的破坏，从而引起金属塑性的变化，使得金属粒子发生一定的撕裂，表现在金属的表面就是金属的表面出现了破口，发生的腐蚀，在同一点上又形成新空泡，又非常快速的发生了破裂，这个形成和破裂的过程不断反复的进行，结果金属表面生成致密而深的孔，外表很粗糙。金属空蚀经常发生在泵叶轮和水力透平机等设备上，空蚀的发生严重影响了这些设备的使用寿命和使用的质量。

根据目前现有的研究表明，对金属表面进行空蚀破坏的原因按照类型的不同，可以概括为几个不同的部分，这几个不同的部分分别是热作用、机械作用、腐蚀作用和它们之间的联合作用，金属材料经常会受到所工作环境的外界因素的影响。从设备生产和使用的角度出发，在生产相关的设备的时候，要防止金属材料受到空蚀的破坏，在满足金属材料生产的设备的运行和结构的条件前提之下，设备要尽量采用能够抗空蚀的复合材料来进行设计和生产。

2　金属材料表面抗空蚀涂层的设计

目前对金属材料抗空蚀的处理，通常是可以在金属材料的表面镀上一个涂层，这个金属涂层采用特殊的材料，金属材料有了这个涂层的保护可以在很大的程度上保护金属材料免受空蚀的影响。

对金属材料的表面镀上一个特殊的防空蚀涂层主要从两个方面来入手进行：

1）从开发复合型的金属材料来入手

加强科学研究，利用最新的科技研究成果开发出来新的复合材料。到目前为止，已经开发出来了具备抗空蚀的金属材料，但由于开发这种金属材料的成本巨大，所以一般开发出来的金属构件仅仅用于大型机械的主要关键部位的零件。

2）从金属材料的表面来入手

利用现代工艺对一些工程部件的表面镀上涂层，这个涂层需要采用特殊的材质，并利用最新的工艺技术镀上去，这样可以给金属材料提供一个表面的保护，这样可以防止关键部位发生空蚀。

2.1　表面渗氮处理技术

金属表面渗氮处理技术是目前的一个比较新的金属抗空蚀处理技术，其基本原理是利用渗氮处理技术在金属表面参入一种氮化物，这种氮化物覆盖在金属材料的表面，可以使金属材料通过氮化物从而隔绝与外界的接触。

目前对金属表面渗氮处理技术的研究进展的比较顺利，已经有了多种比较成熟的处理技术，包括等离子体渗氮、离子渗氮以及激光气相渗氮技术等。

2.2　激光表面改性技术

激光表面改性技术是一种比较常见的抗空蚀技术，其基本原理是利用激光的热作用来使得覆盖在金属材料表面的合金粉末或者一些金属的薄片融化，从而在金属材料的表面形成一种覆盖，覆盖之后可以迅速的凝固并形成一种合金层，这个合金层可以很好的保护金属材料免受外界空蚀的影响。

金属材料在经过了激光表面改性技术之后，可以使金属材料表面覆盖物金属颗粒的性质发生变化，这使得外界的空蚀环境无法影响金属材料本身，起到一个绝缘的作用。

2.3　热喷涂技术

热喷涂技术是近年来的一种热门的技术，其原理是利用热能量将金属材料加热到一种融化和半融化的状态，金属材料达到这个状态的时候可以利用热喷雾技术使得金属材料雾化，这个时候可以将需要进行抗空蚀处理的金属材料放入到雾化箱内进行雾化处理。

进过热喷涂技术处理后的金属材料其表面覆盖了一层金属涂层，可以保护金属材料免受空气或者水汽空蚀的影响。

3　结论

本文对金属材料表面抗空蚀涂层进行了深入的研究，对金属材料空蚀原理及其影响的因素进行了综合的分析。课题提出并讨论了目前研究中存在的科学问题及未来抗空蚀涂层的研究方向。

参考文献

[1]刘成龙，林英英，王玥霁，黄伟九.金属材料表面抗空蚀涂层的研究进展.材料导报，2011-01-10.

[2]黄继汤著.空化与空蚀的原理及应用[M].清华大学出版社，1991.

[3]Krella　A，Czyzniewski　A.Caviatation　erosion　resistance　ofCr-N　coating　deposited　on　austenitic　stainless　steel　at　varioustemperatures.Wear，2009.

[4]Krella　A，Czyzniewski　A.Influence　of　the　substrate　hard-ness　on　the　cavitation　erosion　resistance　of　TiN　coating.Wear，2007.

金属材料论文篇6

关键词：金属复合材料；膨胀系数；NiTi合金

1 细观力学方法

NiTi-Al 金属基复合材料中NiTi合金纤维和Al基体为机械结合，机械结合是依靠Al基体和NiTi纤维之间摩擦力而完成，因此具有这类结合类型的金属基复合材料的力学性能差。若承受垂直于纤维方向的载荷，NiTi/Al界面很容易松开而导致金属基复合材料失效。因此，NiTi/Al界面的性质决定了NiTi-Al 金属基复合材料材料只能承受沿纤维方向的载荷。下文将讨论的是NiTi-Al 金属基复合材料的轴向弹性模量、泊松比、抗拉刚度、屈服强度、膨胀系数等热机械性能的计算分析方法。

特征单元：特征单元是一种几何单元，使得复合材料的力学场变量（包括应力、应变、刚度、强度等）相对这种几何单元而言是连续的。在特征体元上建立直角坐标系（x1，x2，x3），x1沿着纤维的轴线方向称为单向复合材料的径向，x2和x3则位于和纤维垂直的平面内，称为单向复合材料的横向。用V’代表特征体元的体积，特征体元内纤维和基体的体积分别用Vf'和Vm'表示。特征体元内求任意的应力和应变分量均是点坐标的函数，相对特征体元取平均值后的应力分量为：

（1）

式中：V'f-NiTi纤维在特征体元内体积分数；V'm―Al在特征体元内体积分数。

对第i个应变分量取平均，得到：

（2）

物体的体积或长度随温度升高而增大的现象称为热膨胀。假设物体原来长度为L0，温度升高ΔT后，长度增加了ΔL，则：

（3）

式中：？琢L-线膨胀系数，表征物体受热时长度增大能力。

下文采用细观力学的方法，结合弹性力学理论并假设界面呈完美结合状态来研究NiTi-Al 金属基复合材料 纤维轴向的膨胀系数。假设金属基复合材料纤维方向膨胀系数为？琢，Al基体的线膨胀系数为？琢m，纤维的膨胀系数为？琢f，温度上升？驻T，基体和纤维的热变形相等，等于金属基复合材料的轴向应变。则有：

基体中的热应力平衡：

由上面推导可见金属基复合材料的膨胀系数与NiTi合金和Al基体的膨胀系数及体积分数有关，下文将进行实验验证。

2 NiTi-Al复合材料单向膨胀系数实验测量

膨胀测试仪为湘潭湘仪仪器有限公司生产的PCY-G系列膨胀测试仪器，系统测量误差在±0.1-0.05%之内，膨胀值测试分辨率为1μm，升温速度0-100℃/min 可调。

将样品尺寸制成长50±1mm，宽度为6.5±0.1mm。共有四个样品，从1号到4号NiTi合金的体积分数分别为0、2.07%、3.12%和4.56%。

3 实验测试结果与讨论

图1为膨胀系数测试仪测得的线膨胀系数随温度的变化曲线，随着温度的升高，膨胀系数渐渐趋近于一个稳定值。从图中可知，NiTi-Al复合材料的单向膨胀系数随着NiTi体积分数的增加而减小。NiTi合金的初始预应变为4.5%，由于NiTi合金的形状记忆效应，当NiTi合金受热时，初始预应变将回复至零，但是由于Al基体的约束，NiTi合金内部将产生较大的回复力，这部分回复力通过NiTi/Al界面传递给Al基体，阻碍Al基体随温度的升高而膨胀，这样从整体来看，NiTi-Al复合材料的膨胀系数比纯铝材料的膨胀系数要小。

图1 线膨胀系数测试

表1列出了不同体积分数NiTi-Al复合材料在100℃的单向膨胀系数实验测试值与理论值。表1为100℃时不同NiTi合金体积分数NiTi-Al复合材料膨胀系数理论值和实验值对比图，从图中可知，理论预测值与实验值对比很相近，在NiTi体积分数为4.56%时，理论值与实验值对比最大误差为6.14%，这也从侧面证明了用细观力学的方法分析NiTi-Al复合材料的热-力学性能是较为准确的。

表1 100℃时NiTi-Al膨胀系数实验与理论值对比

金属材料论文篇7

关键词：金属材料组织；使用性能；工艺性能；关系

金属材料一般是指纯金属和具有金属特征的合金材料。金属材料大致可以分为黑色金属和有色金属，黑色金属主要就是指钢铁产品，众所周知这也是目前我国工业化生产过程中最普遍和重要的金属材料。相比黑色金属，有色金属在我国因其含量较少且加工难度相对而言比较大，使用范围就有所局限，所以它只会用于特殊零件的生产。金属材料种类众多，性能各异，由此看来，在机械加工的过程中要根据实际需要选择合适的金属材料和加工工艺，就需要我们尽可能多地掌握金属材料的组织和性能及两者之间的关系。

1 金属材料组织与使用性能之间的关系

使用性能，顾名思义就是金属材料在应用过程中所展现出来的性能，主要包含力学性能、物理性能和化学性能，使用性能直接决定了金属材料的应用环境和使用寿命。

1.1 金属材料组织与力学性能之间的关系

力学性能是金属材料在承受外来载荷时所体现出来的性能。就拿最常接触的铁碳合金来说它有5种基本组织，分别为铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体和莱氏体。铁素体强度和硬度低，塑性和韧性好；奥氏体塑性好，适合压力加工，强度和硬度比较高；渗碳体是铁和碳所组成的金属化合物，硬度高、脆性大；珠光体是铁素体和渗碳体组成的其力学性能介于两者之间；莱氏体是奥氏体和渗碳体组成的，其硬度高、塑性差。可见不同的材料组织在性能上会有明显差异，碳含量低，它的强度和硬度就低，可是其塑性和韧性却相反。随着碳含量的增加，材料组织中珠光体的量变多，也就使得钢的强度和硬度增加，当然塑性和韧性就会有所降低。总的来说，不论是通过上述方法还是采用冷拉拔或热处理等方法改变金属材料的组织，都会使得原材料展现出与之前完全不同的性能。

1.2 金属材料组织与物理性能之间的关系

不同的金属材料是有其使用范围的，它会在不同的条件下表现出不同的物理性能，比如钢在1538。C时会由固体状态向液体状态转变。导热性是金属材料重要的物理性能，金属材料导热性比非金属好，金属中导热性最好的莫过于银，但在实际生产中我们会选择性价比更高的铜或铝来做原材料。导热性好的金属其散热性能自然也好，比如冰箱的散热片就会选择用这类金属材料制造。金属材料制品很多时候会使用于强度比较大、温度比较高的场所，但是大家都知道金属材料具有热胀冷缩特性，即其受热体积变大，遇冷收缩，对于精密仪器，选择热膨胀性比较小的金属材料很有必要。例如铁碳合金中的奥氏体组织含碳量低，但是加入镍后再进行固溶处理从而得到单相组织，其耐热性就会大幅度提高。

1.3 金属材料组织与化学性能之间的关系

金属材料的化学性能就是其在化学作用下表现出来的性能，耐腐蚀性和抗氧化性是在选择金属材料时常常需要考虑的问题。常说的钢铁生锈，其实质就是腐蚀现象，为了提高金属材料的抗氧化性，一般会在钢中加入适量的铬、铅等元素在金属材料表面生成一层致密的氧化膜来阻止其被氧化。对于改善金属材料的耐腐蚀性也有一定的措施，比如提高基电极的电位，尽可能使合金在常温下呈现单相组织状态。

2 金属材料组织与工艺性能之间的关系

所谓金属材料的工艺性能就是金属原料在加工过程中对不同加工温度或环境所表现出来的性能，文章针对其铸造、锻压、焊接、热处理和切削加工性能与金属材料组织之间的关系进行介绍。

2.1 金属材料组织与铸造性能之间的关系

金属铸造就是把熔融金属填充到铸型中冷却并凝固，从而得到所需尺寸的铸件的过程。合金的铸造性能就表示的是合金铸造成型获得优质铸件的难易程度，这一性能常用流动性和收缩量来衡量，纯金属材料和共晶合金的流动性比较好，易形成缩孔。一般来说金属材料冷却并凝固后组织是否均匀对金属材料铸造性能的影响很大，如果内部组织不均匀就会导致铸件的性能存在较大差异，不仅导致铸件质量差，甚至还会存在安全隐患。

2.2 金属材料组织与锻压性能之间的关系

锻压就是通过对原材料施加外力，改善金属组织，进而提高其力学性能的过程。金属材料的锻造性能主要用来衡量加工工艺的好坏，一般用塑性和变形抗力来权衡这一性能，即塑性越好，变形抗力越小，金属材料可锻性越好。金属材料组织对这一性能也有一定影响，总的来说，固溶体的可锻性好，晶粒细小且均匀的组织可锻性好，碳化物的可锻性差。因此，纯金属比合金锻压性能好，对于铁碳合金，含碳量越低，锻压性能也就越好。

2.3 金属材料组织与焊接性能之间的关系

金属材料的焊接性能就是被焊金属在特定的焊接条件下获得优质焊接接头的难易程度。对于碳钢的焊接，低碳钢焊接性能好，中碳钢焊接性能有所下降，高碳钢焊接性能差，为此一般都会避免使用高碳钢作为焊接结构件。不同组织的铁碳合金因其含碳量有所差异，其焊接性也不尽相同：奥氏体碳含量低，焊接性能好；而热影响区的铁素体晶粒易过热粗化；马氏体焊后淬硬倾向大，易出现冷裂纹；珠光体焊接性较差。

2.4 金属材料组织与切削加工性能之间的关系

切削加工性能用来表征切削加工金属材料的难易程度。从表象来看，切削性能与材料硬度有关，但实际上金属材料的切削加工性能与组织状态联系更为密切。如果硬度较高，加工困难，但光洁度好；如果硬度过低，粘刀严重，光洁度就差，其实这就是钢的组织产生的影响。在实际工业生产过程中常用热处理的方法改变金属材料的组织和力学性能进而改善金属材料的切削加工性能，比如低碳钢先进行正火处理或冷拔处理可以提高硬度；中碳钢先进性退火处理可提升切削加工性能；高碳钢先进行球化退火可降低硬度。

3 结束语

金属材料与人类生产和日常生活息息相关，金属材料种类众多，根据其性能应用场合也不尽相同，不同的金属原材料也有与之相对应和匹配的加工工艺，以次来得到优质的金属材料产品。金属材料应用广泛，应用环境不同，对金属材料的性能也就提出了不同的要求，这就需要充分考虑金属材料的使用范围和利用相关工艺改变金属材料组织进而提高性能的手段。文章所介绍的内容虽然对于研究金属材料组织和性能的关系进行了阐述，但是要想更加完善，还需要相关人员不断深入研究。

参考文献

[1]李德恒.浅谈金属材料的组织与性能的关系[J].中国科技财富，2010（24）.

[2]商录朋.谈金属材料组织对性能的影响[J].科技信息，2009（31）.

金属材料论文篇8

关键词：无机非金属材料；实验室开放；教学研究；综合性实验

无机非金属材料专业主要培养具备无机非金属材料特别是建筑材料科学与工程方面的知识，能够从事该领域的科学研究、技术开发、工艺和设备设计、建筑施工、监理、技术及经营管理等方面的高级工程技术人才。学生通过系统学习及专业训练，掌握该领域的基础理论、专业知识和基本技能，研究无机非金属材料及其复合材料的组成、结构与性能之间的关系，探索无机非金属材料的制备、加工工艺技术及性能测试评价。笔者结合无机非金属专业的特点和毕业生的就业方向，探讨和研究无机非金属材料专业的专业课实验教学，从调整课程设置、修改教学内容、改进考核方法、加大实验室的开放力度等几个方面进行了探讨性研究，提出了改革方案，为无机非金属材料工程专业实验教学改革提供了理论依据。

一、专业实验课的设置及实验内容

在20世纪90年代，高等学校的课程设置和教学内容都进行了改进，无机非金属材料专业经过调整后，把原有的胶凝材料、水泥工艺学、混凝土工艺学等专业课程的实验课的内容，统一调整为无机材料测试技术专业课的实验内容，由于无机材料测试技术课程实验学时较少，删除了现在无机行业使用较少的材料实验内容，如，石灰的消解温度、产浆量；石膏的性质、细度的比表面测定方法等实验内容，增加了一些新型材料的实验内容，这样能使学生及时掌握无机材料科学发展的方向，也增强了学生适应社会的能力。但是新型材料的发展，离不开基础材料，基础材料在无机材料的发展中起着重要作用，新材料及复合材料的实验也是在基础材料实验的基础上有所发展的，拼命地追求新材料的实验内容，忽略了基础实验和传统的实验内容，使得无机非金属材料专业学生在完成本科毕业论文阶段明显感觉到实验动手能力不足，在毕业后的工作中，表现出缺乏基础实验技能的训练。所以，基础材料的实验教学在实验课教学中尤为重要，专业实验课的实验内容更应重视基础材料的内容。

二、专业实验实行独立设课，引导学生重视实验课

高等学校的学生存在一个普遍的现象，重视理论课和考试课，忽视考查课和实验课。这种现象是中国应试教育模式的延伸，在这种教育模式下，学生习惯了考试，不适应考核与考查。只有把实验课与专业课分开，独立设置成一门课程，进行单独考核，单独计入学分，才能引起学生足够的重视，从而提高学生的专业技能。

在建筑领域对无机非金属材料的研究越来越广，各种新材料、复合材料大量更新。实验内容和实验工作量越来越大，在原来的基础上增加实验内容远远满足不了实验课的需求，所以无机材料专业的专业实验课应独立设课。课程时间设置成一段时间（一周或两周），课程应分三个阶段，第一阶段：学生必修实验内容（基础实验）；第二阶段：教师布置实验内容（综合性、设计性实验内容）；第三阶段：学生自主设计实验内容。通过这三个阶段的学习，学生能够把本科阶段的专业课以及专业基础课的内容贯穿起来，形成一个系统的知识链。

三、加大实验室的开放力度，培养学生的动手能力

要满足实验课独立设课的要求，实验室必须进行全面的开放，满足学生的实验需求。

在学生实验集中阶段，首先选一些验证性实验内容，并同时开放所有的实验室，学生可随时选做必修实验内容的任意一个，但是在规定时间内必须完成所有的必修内容。在这一阶段，要求学生熟悉必修试验项目涉及的实验仪器、原理、操作方法及国家的相关技术规程，掌握必修实验材料的技术性质。通过这一阶段的实践，使学生掌握基础材料的实验方法和评定方法，培养学生的动手能力。在第一阶段结束后，提交实验报告，教师布置下一阶段实验任务，这一过程也是必修内容，教师给定几个综合性试验或者设计性试验题目，学生分组选择后进行实验方案的设计，经教师同意后进行试验并写出实验报告。这一过程提高了学生的实验方案设计能力。最后，由学生根据自己的兴趣爱好提出实验题目、设计实验内容，经教师同意认可后，自行进行试验并提交报告。

学生经过这样一个过程后，使理论知识和实践技能有了衔接，同时也是对各门专业课知识的一个系统的总结，不但提高了理论水平，而且提高了学生的动手能力。

四、注重学科交叉渗透，开设综合性实验，提高学生的专业素质

无机非金属材料学涉及多学科领域，所以在专业实验教学过程中，应注重学科知识的交叉渗透。利用综合性试验项目，把许多相关的学科知识进行融合，使学生掌握相关知识，把理论与实践进行衔接。

在国家开展本科教学水平评估以来，学校为了提高本科教学质量，要求本科毕业设计题目是一人一题，不允许出现雷同论文。本科毕业设计时间持续一个学期，由教师命题，学生自主选择，然后根据自己的论文题目，设计实验方案。由于论文命题都是结合教师的科研内容和研究方向定的，所以实验内容除无机材料学外，还包括有机化学、无机化学、声、光、电、力学等多学科的方方面面。这时大多数学生显得很盲目。使学生在专业试验阶段掌握这些相关的实验内容，开设综合性试验、设计性试验就显得尤为重要。综合性、设计性试验能使学生对所学知识和感兴趣的知识进行整合和改进，在实验过程中掌握实践技能，培养学生的专业素质。

专业实验课改革和实践是一项长期的工作，它涉及相关学科的方方面面，是一项系统而艰巨的任务，必须寻求各方面的支持和帮助。无机非金属材料工程专业的毕业生分布在科研、生产、检测等不同领域，要使毕业生都能在自己的岗位上熟练地发挥自己的特长，充分发挥自己的潜能，是我们教学研究要达到的目的。为了达到这一目的，就要不断进行教学研究，探索无机非金属专业的教学改革和建设，培养学生理论联系实际的能力，增强分析问题、解决问题的能力，开发学生的潜在能力，把学生培养成实用型人才。

参考文献：

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