金属材料论文例1

1.1.1中国科学技术大学教授倪向贵等众多科学家对纳米铜丝、纳米镍丝、等进行了拉伸过程的模拟实验,重点放在纳米结构与能量应力变化的模拟研究上面,以及表面效应如何影响单晶纳米材料的整体力学和原子运动的各种行为,根据反复的实践和精确的计算，终于研究出了纳米材料的破坏失效原理.这一实验同时也表明通过建立模拟模型和有效的计算方法能非常有效地模拟纳米金属材料在微观方面的变化过程.

1.1.2梁海弋等一批科学家利用EAM原子势函数的相关原理模拟研究了纳米铜丝的拉伸性能.结果表明，截面的变化对直接影响纳米丝拉伸性能.这是由于表面原子松散,纳米丝的表面张应力等综合因素造成的.而且拉伸强度会随着纳米丝截面减小而提高，同时会推迟屈服和增加初始拉伸模量的软化程度.

1.2二维的研究历程在纳米薄膜的制备研究过程中,得出了很多薄膜生长现象,人们需要对其从理论计算上进行科学的解释.日本的Huang等一批科学家对Au原子在MgO表面（100）点缺陷处的团簇生长进行了模拟实验,同时也进行了Au原子扩散聚集对成膜的模拟研究;通过研究得出，原子的几何形状会随着扩散力的不同以及能量的不同而发生变化.我国知名科学家张庆瑜在分子动力学研究的基础上建立了气相沉积原子动力学模型,同时采用MonteCarlo方法对Au外延薄膜的初期生长过程也进行了模拟研究,指出了薄膜外延生长会随基体温度的变化而发生怎样的变化.刘祖黎等一批科学家采用MonteCarlo模型探索出了Pt/Pt（Ⅲ）薄膜生长初始阶段岛的形貌与基底温度之间的具体关系.模型中充分考虑了吸附原子扩散、原子沉积与蒸发等过程,与过去的模型不同的是采用Morse势来计算粒子之间的相互作用,并详细充分考虑了临近和次临近原子所产生的影响.研究结果表明,岛的形貌随基底温度的升高,从一个分形生长到凝聚生长的变化全过程.通过进一步的深入研究表明,岛的形貌和基底形貌两者之间的关系会随着基底温度的升高发生显著的变化,而基底温度低时,岛的形状与基底形貌没有任何关联.

2目前计算机模拟研究需要解决的问题

一般来说，纳米金属材料的计算模拟方法所采用的大多都是原子级模拟技术,它是将纳米金属材料作为数量较多的单个金属原子的集合体,并且将每个金属原子当作彼此独立的研究单元来进行模拟实验,然后通过统计力学和经典力学对其进行规律性的描述,并预测纳米金属材料的微观结构以及功能.但是由于纳米金属材料自身结构非常复杂，以及它对周围环境无法得到迅速的反应,所以目前还无法运用相关的模拟技术来得到理想的答案.本人建议可以从以下方面进行努力：

2.1选定模拟算法在进行纳米金属材料分子动力学的模拟实验中,应当是对包括金属、氧化物、金属氧化物等一系列的多原子体系实验.因为原子间的作用是一个多体效应,在这个效应当中所有的粒子会全部聚集到一起,是无法采用解析的方法进行求解的.这时我们可以选用有限差分方法来进行求解,目前运用的最多的包括：蛙跳法、预测-校正算法和Verlet算法三种类型.值得注意的是，虽然目前的计算机技术发展迅速,但是纯粹依赖提高单个CPU的计算速度根本就不能满足越来越繁琐的计算需要,鉴于此，我们可以考虑进行并行化进行计算，这样会更加有效.

2.2要充分考虑粒子间的相互作用微观粒子的运动本来是需要使用量子力学来进行描述的,但纳米金属材料的结构与性能往往会涉及到大量微观粒子而且还是多体作用,因此用量子力学第一性原理来对粒子间相互作用求解并非易事,而绝大多数模拟认为粒子的运动遵循牛顿力学规律,因此可以考虑采用半经验的原子间相互作用势来对粒子间的作用进行描述.一般来讲，势函数是否可靠决定了一个分子动力学模拟能否成功.原子或者离子间的相互作用势越复杂、拟合性质越多就越与实际的相互作用接近,不过越复杂的相互作用同时也会加大计算量和模拟量,因此在构建或使用原子间相互作用势的过程中,应根据所要研究的问题的具体情况,选择既能反映相互作用的本质,又可以在计算上切实可行的相互作用势.

2.3处理和分析模拟结果找到一种合适的分析模拟结果的方法对于计算机模拟来说是至关重要的.通常情况下，模拟的轨迹文件只包含了各个粒子的位置、速度和力的相关信息,因此一定要对这些信息进行有效的处理以后才能得到想要的物理量.而计算机模拟走向应用的关键之处在于，找到合适的方法处理结果,将宏观现象与微观轨迹进行有机联系.模拟结果的处理无疑会是一个非常复杂的过程,其重点问题是要从MD模拟的轨迹文件中讲可与实验直接比较的统计量提取出来.除此之外,轨迹中的坐标信息对于分析结构体系信息也十分重要,而这却是非常耗时的工作过程.

金属材料论文例2

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

金属材料论文例3

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

金属材料论文例4

国外已有不少报道有关口腔修复的病人发生对某些金属过敏的病例，特别是以镍过敏的病例数最多［1～5］，因此，在众多的牙用金属材料中确定过敏原，避免使用含有过敏原的金属材料是非常重要的。作者使用斑贴试验的方法，选择常用的7种金属材料做变应原，对243例进行了检测，报告如下。

材料和方法

7种变应原是由北京医科大学怡达技术装备厂生产的1%氯化钴、1%硝酸钛、2%硫酸银、2.5%氯化镍、2%氯化铜、2%氯化铬、1%氯化钯，用基质凡士林做对照。选择243例自愿受试者(其中男102例，女141例)作为试验对象，将上述物质置于斑试器上，用酒精清洁受试者背部脊柱两侧皮肤，待酒精挥发后，用不致敏的胶布将斑试器固定，轻轻按压排除空气使之贴紧，保持48小时，告诉受试者不要擦洗弄湿该部位，除非很痒或疼痛，不可过早去除斑试器。

结果

测试部位皮肤出现红斑、浸润、丘疹、水疱者判为阳性，无反映者为阴性，结果见附表。7种金属中镍的阳性率最高，男性为3.9%，女性为9.2%，经统计学分析，P＜0.05，有显著性差异。钴、银、铜、钯的阳性率男女间无明显差异。

附表243例皮肤斑贴试验阳性结果及阳性率

性别人数镍钴银铜钯铬钛

男1024

3

2

1

2

00

阳性率%3.922.941.950.981.9500

女14113113300

阳性率%9.220.710.712.122.1200

讨论

一些特定牙科材料可引起延迟性过敏反应［6］，其机制是口腔内溶出的金属离子与粘膜蛋白结合而致敏，再次接触同样金属时，就会发生过敏反应。但口腔粘膜与皮肤相比，由于唾液的稀释，消化及冲洗作用，引发过敏及炎性反应较少。口腔粘膜的过敏表现为粘膜的炎性水肿、短暂性水疱，水疱破后形成糜烂及溃疡面。Hildebrand等总结了已发表的139例对牙科充填体发生过敏的病例，其中99例表现为局部龈炎和口炎，33例病人发生全身及远处症状。Suzuki对275例斑贴试验有阳性反应的病人口内充填体进行检测，其中有161例病人查到变应原，有高度变应原性的5个元素是汞、镍、锡、钴、铬［7］。

皮肤斑贴试验是一种很好的确定不同金属敏感性的方法，在口腔治疗后产生金属过敏，不论病人是口内或非相关的身体其它部位出现症状，均应通过皮肤斑贴试验检查是否有变应原性牙科材料的存在。确定含何种抗原金属后采用抗原脱敏疗法，或去除该修复体并注意今后不再使用抗原金属材料，在日常生活中也不接触抗原金属。

作者单位：王尊一（100081北京医科大学口腔医学院）

胡晓阳（100081北京医科大学口腔医学院）

宋昕（100081北京医科大学口腔医学院）

侯金梅（山东医科大学口腔医院）

参考文献

1，BurrowsD.Hypersensitivitytomercury,nickelandchromiuminrelationtodentalmaterials.IntDentJ,1986,36:30.

2，JonesTK,HansenCA,SingerML,etal.Dentalimplicationsofnickelsensitivity.JProsthetDent,1986,56:507.

金属材料论文例5

2影响因素

腐蚀疲劳涉及力学、化学、材料学等多个学科，科研工作者通过研究发现影响腐蚀疲劳的因素主要有力学因素、环境因素以及材料因素。力学因素包括应力大小、应力比、频率、应力幅和波形等；环境因素包括环境类型、酸性和温度等；材料因素包括材料成分、机械性能、组织形态、加工工艺和杂质分布等。

2.1力学因素研究表明交变载荷对腐蚀疲劳裂纹扩展的影响主要表现在：（1）使疲劳裂纹反复张开和闭合，增强了裂纹尖端与腐蚀的介质交换；（2）改变裂纹尖端的应变速率（3）造成累积疲劳损伤[12]。在力学影响因素中，交变载荷的应力比R和频率f对腐蚀疲劳裂纹扩展的影响非常重要：增加R和降低f都会加快腐蚀疲劳裂纹扩展速率。R不仅会影响腐蚀疲劳裂纹扩展速率，还会影响腐蚀疲劳的门槛值，一般情况下随R的增大，门槛值会减小[11,12]。另外，波形也会对腐蚀疲劳裂纹萌生和扩展产生显著的影响，而在常规疲劳过程中，波形对疲劳性能影响很小。腐蚀速率也会随着应力的增大而加快，即随着交变应力的平均值和振幅的增大而加快。

2.2环境因素在腐蚀环境中，理论上讲即使应力再低，只要加载次数足够大，金属材料也会发生破坏。这主要表现在腐蚀介质降低了材料的疲劳极限。一般升高温度会加快裂纹扩展速率，但是若温度上升引起材料严重孔蚀，产生许多浅裂纹源，从而降低了应力集中，反而提高材料的耐腐蚀疲劳性能。随着介质的酸性增加，溶液的腐蚀性增强，金属材料的临界应力强度因子降低，加快了腐蚀疲劳破坏，从而降低腐蚀疲劳寿命。腐蚀产物对裂纹扩展速率的影响包括两个方面：一是腐蚀产物能够减少腐蚀介质向裂纹尖端的转移，对电流可以起到屏蔽作用，从而减缓裂纹扩展；二是腐蚀产物在裂纹尖端会形成腐蚀电偶，从而加速腐蚀电化学过程。

2.3材料因素材料特性对腐蚀裂纹扩展速率影响至关重要，不同的材料耐腐蚀性不同，直接影响耐腐蚀疲劳性能。当材料含有杂质时，会产生应力集中，加快点蚀的发生从而增大腐蚀疲劳破坏。材料特性也决定着腐蚀疲劳门槛值的大小来影响裂纹扩展速率。不同晶相组织的电位差异会导致腐蚀疲劳端口裂纹开裂，且呈折线状，裂纹之间相互连接、交叉、分叉呈现出多裂纹特征。

3寿命预测

目前，对于腐蚀疲劳裂纹扩展寿命的预测方法研究比较多，在工程中应用最广泛的方法依然是1963年由Paris提出的疲劳裂纹扩展公式，也就是著名的Paris公式，它建立了应力强度因子和疲劳裂纹扩展速率之间的关系，是当今工程应用上预测疲劳裂纹扩展寿命理论的基础。式中，a是裂纹长度，单位为mm；N是应力循环次数，单位为cycle；da/dN是裂纹扩展速率，单位为mm/cycle；C、n是与材料-环境相关的常数，ΔK是应力强度因子幅，单位为MPam，计算式为。式中Kmax、Kmin分别是裂纹处应力强度因子的最大值和最小值Δσ是裂纹处应力幅值。Wei[13]认为腐蚀环境和交变载荷对裂纹扩展过程是相互独立的作用，因此提出了叠加模型。在K>KISCC的情况下，腐蚀疲劳裂纹扩展速率为机械疲劳裂纹扩展速率和应力腐蚀裂纹扩展速率的叠加。Austen[15]认为虽然机械疲劳和应力腐蚀同时对腐蚀疲劳裂纹扩展起到作用，但二者并非叠加关系，而是由发展较快的一个过程来表示腐蚀疲劳裂纹扩展过程，也就是过程竞争模型。式中，Bcf是与环境、材料相关的常数，ΔKthcf是腐蚀疲劳的门槛值。之所以腐蚀疲劳裂纹扩展速率模型能够适用腐蚀疲劳环境下，主要是(da)/dNcf与裂尖ΔK相关，另外可将空气看成一种较弱的腐蚀介质。

金属材料论文例6

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。

金属材料论文例7

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）25-0271-02

本科毕业论文是完成本科教学计划，实现本科培养目标的重要阶段，是人才培养不可缺少的重要环节[1]。与其他专业相比，无机非金属材料专业具有如下特点：①工作量大。该专业的学生通常选题为陶瓷粉体、混凝土、纳米材料等方向，而上述材料的制备需要进行系统的实验方能获得较为理想的结果。在制得产物后，需要借助分析仪器进一步对材料的物相、形貌等进行一系列的表征，方能确认实验产物。有时还需继续研究产物的性能；②结果具有不确定性。虽然依据已有文献，可大致推断出生成产物，但在实验时往往采用新的方法或者对原有的工艺进行改进，因此实验过程是全新的，只有通过分析仪器的检测方能最终确定实验产物的实际组成及形貌，故而经常会出现实验结果与预期不尽相同的情形，需要补做实验或对数据进行深入的理论分析。无机非金属材料专业的毕业论文是完全依赖实验结果而成文的，实验结果的好坏直接决定毕业论文的质量。因此，在选题后如何开展毕业论文的实验、制得产物后如何进一步对其进行检测与表征、获得实验数据后如何进行毕业论文的撰写，是无机非金属材料专业的本科生需要重点学习和掌握的，也是指导教师需要重点把握和指导的内容。本文从高校无机非金属材料专业本科毕业论文指导的三个方面：毕业论文实验、数据分析、论文撰写分别作以介绍，并对无机非金属材料专业毕业论文撰写中常见的问题进行分析。

一、毕业论文实验

由于选题决定了整个毕业论文的方向和内容，在进行选题时，需要指导教师提供一个大致的研究方向与课题，让学生下载相关文献阅读，在短时间内对课题的可行性、可操作性进行评估，并依据自身的水平判断自己能否胜任。有的课题在设计之初就是探索性的实验，需要学生的积极配合与主动参与。如果是一个前沿性的课题，可参考的文献比较少，学生觉得开展实验有困难，则对其完成论文将是一项不小的考验和挑战。因此，需要指导教师与学生共同探讨，确立一个合适选题[2]。在对课题进行充分调研的基础上，使学生了解课题的意义与价值，熟悉国内外研究进展情况，详细掌握本课题材料的常用制备方法或者本制备方法制备过哪些材料。通过前期调研，制定符合学生和实验室情况的实验方案，并严格按照进度计划开展实验。在实验时，要求每个学生必须准备一个实验记录本，详细记录每次实验的日期、试剂及用量、使用仪器条件、实验过程、反应现象、产率等数据，以备实验结果出现问题或需要重复结果时有依据可查。应指导学生规范操作，比如使用易挥发、腐蚀性强、有毒物质必须带防护手套，并在通风橱内进行，中途不许离岗等等。只有在规范的操作下，才能得到正确的实验结果。任何一个步骤的疏漏，都会导致结果的偏差。例如，在纳米材料的制备过程中，通常应该使用去离子水和无水乙醇分别洗涤3次，而有个学生为了节省时间只用去离子水和无水乙醇各洗一次，当制备完样品进行检测的时候，发现反应原料残余的离子没有洗净，影响了产物的纯度，导致该学生耗费了更多的时间来补做实验，重新检测。不仅耽误了实验进度，浪费了实验试剂，同时也增加了检测费用。这一方面是由于学生态度不够认真，操作不规范导致的，另一方面也督促指导教师，需要随时把握学生实验进度，在关键的操作环节予以指导和点拨，这样才能保证前期实验结果准确，实验按照设定的计划完成。

二、数据分析

对于无机非金属材料专业来说，通常需要借助于X-射线衍射、差热―热重分析、红外光谱、扫描电镜、透射电镜等检测手段对材料进行表征。其中，前三种检测手段的数据通常是以“.CSV”格式提供的，需要使用Origin软件绘图；后两种检测手段的数据通常是以照片形式提供的，但有时由于技术原因导致照片不够清晰等，需要掌握photoshop软件的相关应用。在性能检测后，大部分实验数据都是以图表的形式体现在毕业论文中的，需要教会学生使用相应的操作软件。下面分别对各软件涉及数据处理的使用要点作以简单介绍。

1.Origin使用要点。Origin的使用教程有很多，可让学生自行下载学习。在毕业论文撰写的过程中，需要向学生强调图片格式的问题，例如做出的图片如何插入文档等。在Origin绘图后，通常会出现一个只有左侧坐标轴和下部坐标轴的图形，坐标轴刻度向轴外。大多数学生在将图插入文档时往往忽略了这一点，没有注意到图形没有四周的边框和刻度问题，直接将图片粘贴到文档里，导致图形格式不够规范。因此，需要在Origin中将坐标轴设置好。

2.HighScore使用要点。在X-射线衍射检测后，指导教师可让学生使用Origin绘出产物的谱图，并与参考文献中理论产物的数据进行比较。如果无杂峰出现，且衍射峰出峰位置、相对强度与参考文献均一致可直接认定产物；如果是未知产物，只知道物质中所含的元素，通常使用“HighScore”软件进行物相匹配，获得产物的晶相结构。在出现的一系列与产物衍射峰相匹配的卡片中，选择与理论产物最为接近的即可。若为混合物，则应逐个点击出现的卡片进行对比分析，确定衍射峰的归属。

3.Photoshop使用要点。使用扫描电镜、透射电镜检测样品后，当噪点较多或者是对焦不准确使照片不够清晰，对比度较差时，可使用Photoshop对照片进行简单处理。首先，打开图片后，选择工具栏上的“滤镜”―“杂色”―“蒙尘与划痕”（一般选默认值即可）―“好”；其次，选择工具栏上的“图像”―“调整”―“曲线”―按住曲线中间黑点进行调节，至满意为止―“好”。此外，还可用Photoshop将图片加上标尺等。

三、论文撰写

1.绪论。绪论部分需要查阅大量的参考文献，指导教师需向学生强调应查找最新的、与课题紧密相关的中文及外文文献，包括专著、资料等，查阅的资料要有学术性、前沿性、理论性。直接查阅的文献不应少于10篇，在撰写绪论部分时要紧扣论文题目，注意行文逻辑顺序，通常按如下层次撰写：①引言：介绍研究内容及其作用（意义）有何价值及应用；②国内外研究进展：该项工作（或者该项方法等）目前在国内、国外的研究进展情况，存在哪些不足或在哪些地方尚需改进；③本课题阐述：介绍该项工作目前在哪些领域进行了应用，或该方法目前已应用在哪些材料制备中；④本文的研究目的与内容。

2.材料与方法。在本科生的毕业论文中，通常可将材料与方法单列一章，详细介绍本实验使用的试剂、仪器及样品制备及检测方法。若论文研究内容较多，在制备不同条件下样品时，使用的仪器与试剂有较大变化，需要各列成章，则“材料与方法”内容可放入各章中分别介绍即可。

3.结果与讨论。此部分为整个毕业论文的核心部分，不仅是对前期实验结果的一个汇总，更能够体现本科生进行数据分析的能力。因此，需要学生考察不同条件下样品的性能进行比较，从而得出最佳条件，并将绘制好的图片放入，对其中的数据进行分析、比对。

4.结论。结论部分往往是提纲挈领的，是对整个实验结果讨论后的升华与凝练。结论部分反映出学生的论文工作是否有意义，对其他实验是否有借鉴作用。

5.摘要。论文的摘要是整个论文画龙点睛的部分，需要重点介绍：课题的意义、实验方法、实验现象、结论。通常摘要部分应该在完成前面几部分内容后最后撰写。在论文撰写过程中应力争做到“三符”：符合格式规范、符合认知顺序、符合严谨行文。

四、毕业论文撰写过程中的常见问题

1.实验记录不清。在刚开始做实验的时候，很多学生能够把实验数据记录得很好，但是随着实验的开展，由于忙于实验操作，往往就遗漏了数据的记录，导致数据记录不详尽。因此，需要指导教师反复向学生强调做好实验记录的重要性，并定期进行检查。

2.格式不够规范。格式规范的毕业论文，不仅能够准确反映论文的真实数据，同时也是学生自身综合素质的体现，很多学生的毕业论文中存在角标不规范、标题格式不正确、参考文献引用混乱等问题，因此，需要引导学生在撰写论文的过程中养成良好的习惯，认真检查每一处错误。

3.理论深度不足。通过专业课程的学习以及毕业论文实验的操作后，大部分本科生没有将各项知识融会贯通的能力，因此，在数据分析时，需要教师加大力度指导，使学生知其然知其所以然，从而加深对课题意义和价值的进一步理解。

总之，在无机非金属材料专业毕业论文撰写的过程中，需要指导教师全程指导、用心指导。高质量的本科毕业论文不仅仅反映了学生的综合能力，也体现了学校的整体教学水平。广大论文指导教师都应重视这项工作，不断积累经验，集思广益，从而推动学校教学水平的进一步提高。

参考文献：

金属材料论文例8

二、实验结果分析

（一）立方FeS2单晶表面条纹形貌观察与分析立方FeS2都是正方形颗粒，与石英伴生。用扫描电镜中配置的能谱仪验证是FeS2，特征谱见图1a，定量结果为Fe33at%，S66at%。图1b为FeS2单晶表面形貌相，可见明显生长台阶，这与材料科学基础课程界面一章介绍的Kossel-Stranski模型[2-5]，也称Terrace–ledge–kink(TLK)mode（坪台-台阶-扭折模型）对应，表明FeS2晶体缓慢生长时表面不是完全晶体学面光滑的，而是要通过热激活形成台阶，再由台阶的侧向生长完成垂直于表面的生长。台阶线近似成45°或90°。

（二）五角十二面体FeS2单晶表面条纹形貌观察与分析黄铁矿晶体形态、表面微形貌研究表明，负晶体是指黄铁矿晶体{210}面上的条纹垂直于{210}和{100}面的交棱方向，并认为这种条纹只出现在那些简单五角十二面体的黄铁矿晶体上。图2所示为五角十二面体（210）面上的正条纹和负条纹形貌。图3为五角十二面体黄铁矿记为A晶体和B晶体的表面形貌条纹。图4为A、B两个黄铁矿的能谱分析结果。对比图2和图3可知以看出，试验时的A、B两个黄铁矿晶粒表面形貌都为正条纹不是负晶体，为普通正条纹黄铁矿。从图4a可知，A晶粒中去除C元素的影响，计算结果为Fe31.47at%，S68.39at%，可知S原子数量是Fe原子数量的2.17倍，接近理论值。同时，检测到A晶粒中含有微量的Si和Ni元素含量大约在0.14at%。从图4b可知，B晶粒中去除O元素的影响，计算得Fe29.35at%，S69.18at%，可知S原子数量是Fe原子数量的2.35倍，接近理论值。同时，检测到B晶粒中含有微量的Si和Ti和Al元素含量大约在1.5at%。综上可知，五角十二面体的黄铁矿一般含有微量元素，即说明形成时溶液的过饱和度相对较大。同时，A晶粒和B晶粒的杂质元素的含量不同，说明成矿时杂质元素的种类不影响黄铁矿晶体的形态。

（三）立方FeS2单晶取向确定图5a、图5b为一颗立方FeS2的立方体颗粒及采用扫描电镜EBSD系统测出的取向的{100}极图，其取向的欧拉角为（147.8，6.1,125.0），转化为密勒指数为（001）[010]，与立方体形貌完全对应，可知立方硫化铁的每个表面都是（100）面。立方结构材料只有在非常缓慢的条件下或<100>方向的生长速度比其它方向慢的多的条件下才长成立方体。

三、讨论

通过查找文献、动手实验、结果分析的系统研究过程，提高了学生科学研究素质与综合实验能力，为以后的研究生科研工作奠定了良好基础，并深化了对材料科学基础中晶体学相关概念与定律的理解。通过对两种FeS2晶体类型与表面形态的对比研究，理解了晶体结构类型与单晶表面形貌的关系；晶体的微观对称性与宏观对称性的关系，晶体表面小面化或刻面的现象与宏观表面的关系；认识了硫化铁单晶在不同内因或外因作用下结晶成不同形貌的现象；掌握了材料分析方法中介绍的主要测试仪器扫描电镜、能谱仪、电子背散射衍射仪，分别可获取材料微观形貌、微区成分、微区晶体结构及取向这3个最基本的材料信息；提高了寻找硫化铁标本、文献检索、样品制备、地质知识及最终的文章撰写能力；体现了材料科学基础课程研究型教学培养理念。

金属材料论文例9

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。

金属材料论文例10

2金属材料焊接中的防治措施

金属材料焊接过程中容易出现各种缺陷，由此导致金属材料质量难以保证，因此，针对金属材料焊接中的缺陷采取相应对策具有重要意义。

2.1防止裂纹的措施严格遵守焊接的相关规定，选择科学合理的焊接程序，做好对焊条的选择工作，酸碱性要分辨清楚，可将焊条放入保温箱中，防止受潮，随焊随取。还要对接口进行认真彻底的清洁，确保没有水分、油污或是锈迹残留。在焊接过程中，多采用小电流，按多层、多焊道执行，有效避免焊缝交界处产生裂纹。同时对焊缝形状系数适当提升，减小焊接的应力。

2.2防止未焊透、未熔合的措施在焊接前，正确选取坡口尺寸和角度，对于焊条直径按照规范标准进行选择。还要恰当的选择电流的大小和焊接的速度。焊接中，适当摆动运条，并且在融合过程中，集中注意力，密切注意两侧情况变化。确保一切过程按照正确的焊接技术，严格按照施工规范执行。

2.3防止夹渣的措施首先要注意焊条，如果选择酸性焊条，就要适当加大电流；如果用的是碱性焊条，就要控制电弧的长度，不能太长，因为电弧过长容易出现夹渣。还要规范确定坡口角度以及使焊接速度保持在可控范围内，不可过快。

2.4加强焊工的技能加强对焊工基本技能的培训，包括在选取所用材料以及施工环境，或是施工过程中所采取的姿势、控制等专业知识，确保在无外力作用下，焊接工作的有序进行，也能进一步减少焊接过程的缺陷。同时加强焊工的自检自控，对于不专业不合格的焊工进行培训，严格把控焊工的素质和技能达标。

2.5其他综合措施还有很多其他的综合措施，例如，密切注意施工环境，气温低于零度时，对于材质采取必要的余热措施、现场建立合理的施工清洁区、定期对于装备进行检查和修补、正确处理钨丝灯的打磨角度以及焊接停留时间、严禁管内有风穿过，将顶端进行堵塞，同时要保障施工环境时常通风，使空气湿度低于90%、以及保持氩气浓度不小于99.99%等措施。