金属材料精选(九篇)

第1篇：金属材料范文

铁有两种化合价+2、+3，在发生置换反应后，铁经常用+2价，而不能用+3价，同时如果溶液中有Fe3+时一般会呈现淡黄色，而有Fe2+时常会呈现浅绿色。

单质铁与稀盐酸、稀硫酸或CuSO4溶液反应生成的都是+2价铁的化合物，简称“亚铁盐”，而不是+3价的铁盐。我们可记住下面的规律：单质铁参加的置换反应生成的是“亚铁盐”。

（2012年盐城中考）某化学实验小组实验结束时，将含有CuSO4、ZnSO4、FeSO4的废液倒在废液缸里，为回收金属和盐，同学们设计了如下实验方案：

请回答：

（1）滤液A和滤液B含有相同的溶质，其名称是__________；固体B的化学式为__________________________。

（2）写出步骤①其中一个反应的化学方程式____________________；步骤④发生反应的化学方程式为____________________。

（3）要检验步骤④中加入的稀硫酸是否足量的方法是_______________________。

（4）若实验过程中的物质损失可以忽略，要计算该废液中硫酸锌的质量分数，必须称量：废液的质量和_______________。

错解：不能正确理解金属活动顺序表和没有看清楚框图中的条件。

剖析：计算硫酸锌的质量分数的时候，需要的数据不清楚而造成错解。

正解分析：Zn排在Cu和Fe的前面，则Zn与CuSO4反应生成Cu和ZnSO4，Zn与FeSO4反应生成Fe和ZnSO4，则滤液A为ZnSO4；磁铁吸引铁粉，则B为Fe，固体C为Zn和Cu的混合物，加入稀H2SO4，Zn和稀H2SO4反应，Cu不与稀H2SO4反应；步骤④的滤渣中加入的稀硫酸，观察是否有气泡产生，判断稀H2SO4是否过量。

天平平衡后再加入物质探究平衡问题，关键要看天平两边的质量增加情况，这个过程常有气体产生，要考虑加入的固体质量减去气体质量才是增加的质量。

（2013年苏州模拟）一定条件下，在托盘天平的左右两盘上各放一只烧杯，均加入质量分数相同、体积相同的稀盐酸，调整天平呈平衡状态。下列实验操作，最终仍能使天平保持平衡的是（）

A.向左、右两烧杯中分别加入5.6 g Fe和1.8 g Al，两种金属完全溶解

B.向左、右两烧杯中分别加入质量相等的Al、Zn，两种金属完全溶解

C.向左、右两烧杯中分别加入相等质量的Fe、CuO，反应后盐酸有剩余

D.向左、右两烧杯中分别加入相等质量的Mg、Al，反应后两种金属均有剩余

错解：A、B、C

剖析：造成错解的原因主要是因为金属和酸反应产生气体或者金属有剩余被忽略而造成错解。

正解：D

正解分析：选项A中，加入两种金属反应都产生氢气，因为金属完全溶解，用金属Fe和Al分别计算氢气的质量为0.2 g和0.2g，则两边质量增加分别是5.6g-0.2g=5.4g和1.8 g-0.2 g=1.6 g，两边质量增加不相等，天平不平衡。选项B加入两种金属全部溶解，计算氢气应该用金属，相等质量的两种金属产生氢气的质量不相等，所以两边增加的质量不相等，天平不平衡。选项C相同质量的两种物质放入后Fe能产生氢气，而CuO不能产生气体，两边质量不相等，天平不平衡。选项D由题意可知两种金属均有剩余，用相同质量的稀盐酸计算出产生氢气的质量，增加的质量相等，天平两边平衡。

金属和酸反应产生氢气的图像，一方面考虑氢气的最终质量，首先明确计算氢气的质量要用金属还是酸来计算，注意分析题意，用完全反应的物质来计算氢气。另一方面开始反应时能体现反应快慢，也就是通过金属的活动性来判断开始的速度快慢。

相等质量的锌、铁与足量的稀硫酸反应，生成氢气的质量m与反应时间t的关系如图，其中合理的是（）

错解：A、C、D

剖析：不能正确理解金属与酸反应速率的快慢与金属的活动性有关，同时还与金属的相对原子质量有关。不能正确理解曲线与横轴、纵轴之间的关系。

正解：B

正解分析：开始反应时的快慢，锌的金属活动性比较强，开始锌反应快，锌的图像在上面；最后看生成氢气的质量，因为题中用了足量的稀硫酸，计算氢气的质量应该用金属的质量，又因为铁的相对原子质量小，所以产生的氢气多，所以最后锌的图像又在下面，B图像符合。

含杂质物质参加反应进行有关计算时，错误之一：是常把不纯量直接代入化学方程式进行计算。错误之二：是常把杂质的质量分数当成纯度代入化学方程式进行有关计算。

造成错误的原因是：没有真正理解和正确应用质量守恒定律，为此应明确化学方程式中各物质之间的质量关系是纯净物之间的质量关系，是真正的“参加反应的”和“反应生成的”物质之间的质量关系。

（2013年沂水模拟）26g黄铜（Cu-Zn合金）与100g稀硫酸在烧杯中恰好能完全反应，反应测得烧杯中剩余物质的总质量为125.8g。

求：（1）黄铜中铜的质量分数。

（2）反应后所得溶液中溶质的质量分数。（计算结果精确到0.1%）

错解：用26g、100 g、125.8 g三个数量直接代入化学方程式中进行相关计算。

剖析：代入化学方程式中是混合物的质量。正解：氢气的质量为：26g+100g-125.8 g=0.2 g。设锌的质量为x。

Zn+H2SO4ZnSO4+H2

65161 2

x y0.2 g

65：x=2：0.2 g，解得：x=6.5 g

161：y=2：0.2 g，解得：y=16.1 g

黄铜中铜的质量分数为：（26 g-6.5 g）/26 g×100%=75%

反应后所得溶液中溶质的质量分数：16.1 g/（125.8 g-26 g+6.5 g）×100%=15.1%

答：黄铜中铜的质量分数为75%，反应后所得溶液中溶质的质量分数为15.1%。

正解分析：根据质量守恒定律可知，物质减少的质量就是生成氢气的质量，根据化学方程式可以进一步计算出Zn的质量，进而求出黄铜中铜的质量分数；根据氢气的质量，计算出生成物硫酸锌的质量，反应后所得溶液的质量应该是黄铜的质量与稀硫酸的质量减去生成氢气的质量，再减去铜的质量，进一步求出所得溶液中溶质的质量分数。

不能认为只要活泼金属就比不活泼金属易生锈。如Zn、Al比Fe活泼，但Zn、Al不易生锈，其原因是因为其表面有一层致密的氧化膜，阻止空气进一步与金属Al、Zn反应。对于金属资源要做到合理开发，保护金属资源的途径也是多样的，对多种途径了解不透会造成错解。

2009年2月12日，我外交部就法国某公司拍卖我国两件重要文物兔首和鼠首（如图），发表严正声明：中国对其拥有不可置疑的所有权。目前我国正在积极追讨这两件文物。兔首和鼠首均为青铜器（铜、锡合金），表面呈绿色，这是铜器长期暴露在空气中生成了铜锈（铜锈俗称铜绿）。为了弄清铜绿的组成和铜生成铜绿的条件，某化学实验小组进行了如下探究：

I.探究铜绿的组成

【查阅资料】通过查阅资料知道：铜绿受热易分解。

【设计与实验】

（1）小芳从其他铜器上取下适量的干燥铜绿，按图所示装置进行实验。在实验过程中，观察到：试管口内有水珠出现，说明了铜绿中含有氢、氧元素；澄清石灰水变浑浊，说明了铜绿中含有____元素。

（2）小芳取下少量试管内反应后的剩余物，放入另一支试管中，滴入稀硫酸，充分反应后，溶液变蓝色，说明铜绿中含有______元素。

【实验结论】铜绿是由铜、氢、氧和碳元素组成的。

II.探究铜生成铜绿的条件

【查阅资料】铜绿的化学式是Cu2（ OH）2CO3，它受热会分解生成三种氧化物。铜绿分解的化学方程式为_____________________。

【猜想与假设】据铜绿的组成和查阅的资料判断，铜绿可能是铜与氧气及______共同作用而形成的。

【设计与实验】借鉴课本“铁钉锈蚀条件的探究”实验，小梁设计了“铜片锈蚀条件的探究”实验，实验如图所示（所用铜片洁净、光亮，试管内的“”为铜片）：

实验较长时间后，发现______试管中铜片最先生锈（填试管字母编号）。

【评价与改进】小区认为小梁设计的实验还不够完善，要得出正确的结论，还要补充一个实验。你认为要补充的一个实验是（用图表示亦可）____________。

【拓展与应用】小明发现从不同地点收集到的两个铜器（一个是纯铜做的，一个是青铜做的）中，纯铜器的铜绿比青铜器的少，他据此分析认为青铜比纯铜易锈蚀。小明的分析是否全面？请你说明理由。

___________________________________。

错解：按照铁生锈的原理进行思考解题造成错解。

剖析：误以为铜生锈和铁生锈的原理是一样的。

正解：I.（1）碳、氧或C、O（2）铜或Cu

II.【查阅资料】Cu2（OH）2CO32CuO+H2O + CO2

【猜想与假设】水、二氧化碳或H2O、CO2（只写一个不正确）

【设计与实验】D

【评价与改进】把铜片置于装有干燥空气（或氧气和二氧化碳）的试管中，放置对比观察。或如图所示。

第2篇：金属材料范文

1影响我国有色金属可持续发展的因素

1.1矿产资源储备不足

我国有色矿产，其储备量严重不足，矿产资源的质量相对较差，而利用水平较低。根据相关调查、统计，截至2003年，我国已有矿产资源158种，其总量占全球总量的12%，居于世界第三，而我国人均占有量却仅为世界平均水平的50%；铜、铝土矿等主要矿产资源的人均占有量，分别仅占世界人均水平的18%及7.3%；国内多半的矿产资源禀赋较差，相较而言贫矿较多；国内中、小型矿较多，缺少储备充足的大型矿源，而共生、伴生矿较多，单一的矿种较少；针对有色金属的开发利用，由于其难度较高，从而增加选矿、冶炼的成本，为集约化生产带来困难，由此降低了规模效益。

现今我国有色金属矿产资源，相较于世界发达国家，其利用率低过10个百分点~15个百分点，仅为60%，而共伴生矿的综合利用率仅为30%~50%，仅是发达国家的50%。根据相关测算，预计至2020年，我国有色金属的生产能力：铝的产量为600W吨~700W吨、铜的产量近80W吨、铅的产量在82W吨~90W吨之间、锌的产量为180W吨~200W吨。届时，国内有色金属的需求量为：1300W吨~1500W吨的铝、250W吨~280W吨的铅、640W吨至690W吨的铜、400W吨~500W吨的锌。由此可见，我国仅靠一次资源，其供应存在巨大缺口，而国内有色矿产的资源储备量明显不足，同时资源质量相对较低并缺乏有效的利用，从而极大的制约了我国有色金属材料产业的可持续发展。

1.2资源浪费、环境污染

由于我国有色金属材料产业作为粗放型发展方式，从而造成了极大的资源、能源浪费，同时对环境的污染及其严重。根据相关统计，我国矿品采选、塑料制品、橡胶制品、非金属矿制造、有色金属冶炼、原料加工、金属制品、黑色金属冶炼、非金属矿物制造等产业的能源消耗量，占我国工业能耗总量的60%左右；二氧化硫、废水的排放，占工业排放总量的30%左右；固体废弃物的排放量，占工业排放总量的60%左右；粉尘排放总量占90%以上。由此可见，有色金属材料产业不仅为我国经济创造了大量的财富，同时也消耗了大量的社会资源与能源，其中对于环境的污染尤为严重。

2促进有色金属产业可持续发展的途径

2.1积极发挥国际、国内两个市场的作用

目前，我国有色金属产业的发展，其过多的依赖于国外资源的供应。发达国家，由于其工业化起步时间早并趋于完善，相较于我国而言，其各种有色金属的储备量较大、废旧淘汰率较高。因此，我国首先应加强有色金属资源的勘探力度与能力，挖掘潜在存量。此外，还需构建有色金属资源回收、再生系统，从而为资源的再生发展提供支持。

2.2贯彻、落实减量化原则

循环经济的“减量化”原则，其要求减少进入生产过程的物质量，从源头节约资源和减少污染物排放。具体要求投入较少的原料和能源达到既定的生产目的或消费目的，从而在经济活动的源头就注意节约资源和减少污染。企业可以通过技术改造、调整原料和能源结构、采用先进的生产工艺、提高自动化程度以及加强管理创新和制度建设等来减少单位产品生产的原料使用量，以达到节约资源和减少废弃物排放的目的。“节流”也意味着“开源”，实现资源节约利用，本质上就相当于延长了现有资源的可利用年限，变相增加了资源的供给。

3有色金属材料的发展趋势

3.1有效利用有色金属材料，充分发挥其潜力

近些年，虽然有色金属材料发展速度较快，但仍与传统常规材料的应用数量有着一定的差距。因此，有色金属材料只有充分发挥其特点、提高质量水平，向着“更精良、更轻、更薄、更小”的方向发展，优化工艺、采用先进技术，加大各类品种的研发工作，从而才能进一步扩大市场占有率。此外，还需与产品研发相同步，进一步开拓传统有色金属材料的应用领域。

3.2有色金属结构材料

有色金属结构材料的发展趋势，可将其大致分为5个方向，即：快速冷凝材料、金属间化合物材料、金属基复合材料、高耐磨蚀材料、模量与强度较高的轻金属。

1）快速冷凝材料：在我国快速冷凝材料的应用中，较多采用的是微晶、非晶、准晶，其是有色金属材料经过速度为103℃/s~106℃/s的冷却而制出的。利用快速冷凝技术，能够将一些合金转化为非晶态，而部分合金的偏析将减少、晶粒被细化，经此得出的材料其性能显著提高。近些年，超微精粒金属的发展速度较快，因其颗粒仅有几十个原子，在经过冷压成型后，晶粒间界仅占总体积的50%，在强度加大的前提下，仍然有着较高的韧性，从而在有机金属材料市场中大受欢迎；

2）金属间化合物材料：其是一种有可能介于陶瓷、金属两者性能之间的有机金属材料，虽然此种材料的高温性能较好，但其塑性、韧性不足，多数采用的是金属的硅化物或铝化物，较为常见的有NiAl、TiN、TiAl等。近些年，经过相关技术人员的努力，此种材料在韧性方面有了一定的突破，从而加快了应用与普及的步伐；

3）金属基复合材料：复合材料，是由两种及两种以上的材料经过特殊加工而制备得到的，其兼具所含材料的各种优点与特点。目前，我国的有色金属复合材料，其主要基体有铜基与铝基，增强剂分为长、短纤维两种。然而，由于我国复合技术没有较大的突破，造成有色金属复合材料的成本较高、难以推广应用，但随着经济的飞速发展、科技水平的快速提升，复合材料生产技术将不断更新、完善，更随着成本的降低，未来复合材料将取替钢材，而成为应用广泛的常规材料；

4）高模量、高强度的轻金属：我国航空领域，高度关注铝锂合金的发展。由于锂的比重仅占铝的20%，每加入1%的锂，合金将减轻3%的重量，而弹性模重将增加6%。含有3%锂的铝合金，其强度将提高20%~24%，而刚度将提高20%~30%，倘若将此种材料应用于机身上，可在保证强度的前提下，大大降低机体重量，从而增加经济效益；

5）高耐磨蚀材料的研发方向：黑色高耐磨蚀材料，其未来发展的主要方向就是表面合金化、表面涂层、表面耐磨耐蚀材料的层状复合。

3.3有色金属功能材料

有色金属功能材料的种类较多，其包括：超导材料、信息材料、功能陶瓷材料、触媒材料、磁性材料、传感器材料、焊料、光学晶体、阻尼减振材料、贮能材料、电阻与导电材料、形状记忆材料等。以信息材料为例，光导纤维是光通讯的关键材料,容量大、节约资源,不受干扰,保密性强,已广泛应用,今后将发展更快,关键是发展光损耗更低的材料，目前掺杂石英纤维的损耗率最高水平为0.2dB/km，有可能达到10-3dB/km~10-4dB/km，届时可直通2500km而不需中间放大了。功能材料的种类较多，但其主要的发展趋势为器件微型化与多功能化、材料器件一体化。

第3篇：金属材料范文

1强度与强度指标

强度就是金属材料在承受静载荷作用时，抵抗其发生塑性变形或着断裂的能力。金属材料强度的大小用应力来表示，应力能准确的反映出金属材料内部的受力状态。单位面积上的内力(材料内部与外力相对抗的力)我们称之为应力。金属材料的强度指标通常用屈服强度来表示。金属材料出现屈服现象时，发生塑性变形而载荷不增加时的应力为屈服强度，屈服强度又分为上屈服强度和下屈服强度，分别用Reh和ReL表示。通常我们所用到的零部件一般不允许发生明显的塑性变形，材料的屈服强度越高，其抵抗塑性变形的能力就会越强，材料的使用性能就会越好，因此屈服强度是我们设计零部件和选材的主要依据。

2塑性与塑性指标

所谓的塑性就是金属材料在载荷作用下发生断裂前所能承受的最大塑性变形的能力。塑性指标通常用断后伸长率和断面收缩率表示。断后伸长率用A表示，为式样拉断后的标距长度与原始标距长度之差与原始标距的百分比。断面收缩率用Z表示，为式样原始横截面积与断口处最小横截面积之差与原始横截面积百分比。其中断面收缩率和伸长率相比较，更能比较确切的反映出金属材料的塑性，因为断面收缩率不受试件尺寸的影响。断面收缩率和伸长率越大表明这种金属材料的塑性就会越好，就会越容易进行塑形加工，越容易加工成形状复杂的零部件。其中塑性好的材料在受到比较大的冲击力时，会首先产生塑性变形而不会突然断裂，使用性能比较安全。

3硬度和硬度试验

所谓的硬度就是金属材料抵抗局部塑性变形和破坏的能力。硬度试验方法种类比较多，最常用的有布氏硬度试验法、洛氏硬度试验法、维氏硬度试验法三种。

(1)布氏硬度试验法①布氏硬度试验原理。使用硬质合金球做压头，同时以一定的试验压力压入金属表面，保持规定时间后消除试验力，最后测量压痕表面直径，通过计算公式计算其硬度值。实验表明布氏硬度值的大小仅与压痕直径的大小有关系。D越大，压痕直径越大，也就是硬度越低。②布氏硬度特点及适用范围。布氏硬度的试验力和压痕直径都比较大，所以压痕也比较大，比较直观准确的测定硬度值。但是，由于压痕比较大，对金属表面的损伤程度也比较大，这就要求布氏硬度试验法不适合测量零部件表面质量要求比较高或薄壁零部件。

(2)洛氏硬度试验法①洛氏硬度实验原理。洛氏硬度实验原理与布氏硬度差不多，区别在于把硬质合金球形压头改为金刚石圆锥压头，通过压痕深度来测量硬度值。常用的洛氏硬度有A、B、C三种标尺，最常用的是C标尺。采用不同标尺下的硬度值是不能互相比较的，必须转化为同一标尺进行比较。②洛氏硬度特点及适用范围。洛氏硬度不同于布氏硬度，其压痕比较小，对零部件的损坏程度比较小，故可以测量一些薄壁及表面质量要求比较高的零部件，同时由于压痕比较小，存在一定的局限性，测量的硬度值也不够准确。

(3)维氏硬度试验法维氏硬度试验与布氏硬度试验不同之处在于压头是一个金刚石正四棱锥体，通过压痕对角线的长度来计算硬度值。维氏硬度试验所施加的试验力比较小，压痕比较不明显，故可以测量薄壁零部件，但对压痕对角线的测量比较复杂。

4冲击韧性与疲劳强度

金属材料在实际使用加工过程中所承受的载荷不仅仅是静载荷，也有冲击载荷和交变载荷，也可能是多种载荷的叠加，只通过拉伸试验和硬度试验研究静载荷是远远不够的，这就要求我们必须研究多种载荷下金属材料的力学性能，故对冲击载荷和疲劳载荷的研究有着重大的意义。

(1)冲击韧性顾名思义，金属材料抵抗冲击载荷如不发生破坏的能力就是冲击韧性。冲击韧性主要通过弯曲试验测量得到的。对于冲击力的测量我们主要取决于冲击韧度的大小，金属材料受到大能量的冲击载荷作用时，冲击抗力的大小主要取决于冲击韧度的大小，而在多次重复冲击作用下，其冲击抗力主要由材料的强度和塑性决定。

第4篇：金属材料范文

关键词纳米晶块体材料制备非晶晶化机械合金化深过冷

DEVELOPMENTOFBULKMETALNANOMETERMATERIALSPREPARATIONTECHNOLOGIESANDTHEIRESTIMATE

ABSTRACTOnthebasisofthesummarizationofbulkmetalnanocrystallinematerialspreparationmethods,twopotentialtechnologies:supershortfalsecurrentdirectcrystallizationmethodandhighundercoolingdirectcrystallizationmethodareproposed.Intheend,thedevelopmentandapplicationprospectsofvariousmethodsarealsoestimated.

KEYWORDSbulknanometermaterial,preparationofmaterials,crystallizationofamorphousalloys,mechanicalalloying,highundercooling

Correspondent:ZhangZhenzhongNorthwesternPolytechnicalUniversity,StatekeyLaborotryofSolidificationProcessingXi''''an710072

自80年代初德国科学家H.V.Gleiter成功地采用惰性气体凝聚原位加压法制得纯物质的块状纳米材料后［1］，纳米材料的研究及其制备技术在近年来引起了世界各国的普遍重视。由于纳料材料具有独特的纳米晶粒及高浓度晶界特征以及由此而产生的小尺寸量子效应和晶界效应，使其表现出一系列与普通多晶体和非晶态固体有本质差别的力学、磁、光、电、声等性能［2］，使得对纳米材料的制备、结构、性能及其应用研究成为90年代材料科学研究的热点。为使这种新型材料既有利于理论研究，又能在实际中拓宽其使用范围，探索高质量的三维大尺寸纳米晶体样品的制备技术已成为纳米材料研究的关键之一。本文综述国内外现有块状金属纳米材料的制备技术进展，并提出今后可能成为块状金属纳米材料制备的潜在技术。

1现有块状金属纳米材料的制备技术

1.1惰性气体凝聚原位加压成形法

该法首先由H.V.Gleiter教授提出［1］，其装置主要由蒸发源、液氮冷却的纳米微粉收集系统、刮落输运系统及原位加压成形(烧结)系统组成。其制备过程是：在高真空反应室中惰性气体保护下使金属受热升华并在液氮冷镜壁上聚集、凝结为纳米尺寸的超微粒子，刮板将收集器上的纳米微粒刮落进入漏斗并导入模具，在10-6Pa高真空下，加压系统以1～5GPa的压力使纳米粉原位加压(烧结)成块。采用该法已成功地制得Pd、Cu、Fe、Ag、Mg、Sb、Ni3Al、NiAl、TiAl、Fe5Si95等合金的块状纳米材料［3］。近年来，在该装置基础之上，通过改进使金属升华的热源及方式(如采用感应加热、等离子体法、电子束加热法、激光热解法、磁溅射等)以及改良其它装备，可以获得克级到几十克级的纳米晶体样品。纳米超饱和合金、纳米复合材料等也正在利用此法研究之中。目前该法正向多组分、计量控制、多副模具、超高压力方向发展。

该法的特点是适用范围广，微粉表面洁净，有助于纳米材料的理论研究。但工艺设备复杂，产量极低，很难满足性能研究及应用的要求，特别是用这种方法制备的纳米晶体样品存在大量的微孔隙，致密样品密度仅能达金属体积密度的75%～90%，这种微孔隙对纳米材料的结构性能研究及某些性能的提高十分不利。近年来，尽管发展了一些新的纳米粉制备方法如电化学沉积［4］、电火花侵蚀(sparkerosion)［5］等方法，但与这些方法相衔接的纳米粉的分散、表面处理及成型方法尚未得到发展。

1.2机械合金研磨(MA)结合加压成块法

MA法是美国INCO公司于60年代末发展起来的技术。它是一种用来制备具有可控微结构的金属基或陶瓷基复合粉末的高能球磨技术：在干燥的球型装料机内，在高真空Ar2气保护下，通过机械研磨过程中高速运行的硬质钢球与研磨体之间相互碰撞，对粉末粒子反复进行熔结、断裂、再熔结的过程使晶粒不断细化，达到纳米尺寸［6］。然后、纳米粉再采用热挤压、热等静压等技术［7］加压制得块状纳米材料。研究表明，非晶、准晶、纳米晶、超导材料、稀土永磁合金、超塑性合金、金属间化合物、轻金属高比强合金均可通过这一方法合成。

该法合金基体成分不受限制、成本低、产量大、工艺简单，特别是在难熔金属的合金化、非平衡相的生成及开发特殊使用合金等方面显示出较强的活力，该法在国外已进入实用化阶段。如美国INCO公司使用的球磨机直径为2m，长3m，每次可处理约1000kg粉体，这样的球磨机1993年在美国安装有七座，英国安装有二座，大多用来加工薄板、厚板、棒材、管材及其它型材。近年来，该法在我国也获得了广泛的重视。其存在的问题是研磨过程中易产生杂质、污染、氧化及应力，很难得到洁净的纳米晶体界面，对一些基础性的研究工作不利。

1.3非晶晶化法

该法是近年来发展极为迅速的一种新工艺，它是通过控制非晶态固体的晶化动力学过程使晶化的产物为纳米尺寸的晶粒。它通常由非晶态固体的获得和晶化两个过程组成。非晶态固体可通过熔体激冷、高速直流溅射、等离子流雾化、固态反应法等技术制备，最常用的是单辊或双辊旋淬法。由于以上方法只能获得非晶粉末、丝及条带等低维材料，因而还需采用热模压实、热挤压或高温高压烧结等方法合成块状样品［8］。晶化通常采用等温退火方法，近年来还发展了分级退火［9］、脉冲退火［10］、激波诱导［11］等方法。目前，利用该法已制备出Ni、Fe、Co、Pd基等多种合金系列的纳米晶体，也可制备出金属间化合物和单质半导体纳米晶体，并已发展到实用阶段。此法在纳米软磁材料的制备方面应用最为广泛。值得指出的是，国外近年来十分重视块体非晶的制备研究工作，继W.Klement、H.S.Chen、H.W.Kui等采用真空吸铸法及合金射流法制备出Mg-La-TM、La-Al-TM、Zr-Al-TM系非晶块体之后，近几年日本以Inoue为代表的研究小组在非晶三原则指导下，又成功地采用合金射流成形及深过冷与合金射流成形相结合的方法制备了厚度分别为2mm、3mm、12mm、15mm、40mm、72mm的Fe-(Al,Ga)-(P,C,B,Si,Ge)［12］、(Fe,Co,Ni)70Zr8B20Nb2［13］、(Nd,Pr)-Fe-(Al,Ga)［14］、Zr-Al-Cu-Ni［15］、Pd-Cu-Si-B［16］系的非晶块体。我国北京科技大学的何国、陈国良最近也采用合金射流成形法获得8mmZr65Al7.5Cu17.5Ni10［17］的非晶块体，这些研究结果为该法制备及应用块体纳米材料注入了极大生机。

该法的特点是成本低，产量大，界面清洁致密，样品中无微孔隙，晶粒度变化易控制，并有助于研究纳米晶的形成机理及用来检验经典的形核长大理论在快速凝固条件下应用的可能性。其局限性在于依赖于非晶态固体的获得，只适用于非晶形成能力较强的合金系。

1.4高压、高温固相淬火法

该法是将真空电弧炉熔炼的样品置入高压腔体内，加压至数GPa后升温，通过高压抑制原子的长程扩散及晶体的生长速率，从而实现晶粒的纳米化，然后再从高温下固相淬火以保留高温、高压组织。胡壮麒等利用此法已获得4×3(mm)的Cu60Ti40及3×3(mm)的Pd78Cu6Si16晶粒尺寸为10～20(nm)的纳米晶样品［18，19］。该法的特点是工艺简便，界面清洁，能直接制备大块致密的纳米晶。其局限性在于需很高的压力，大块尺寸获得困难，另外在其它合金系中尚无应用研究的报道。

1.5大塑性变形与其它方法复合的细化晶粒法

1.5.1大塑性变形方法

在采用大塑性变形方法制备块状金属纳米材料方面，俄罗斯科学院R.Z.Valiev领导的研究小组开展了卓有成效的研究工作，早在90年代初，他们就发现采用纯剪切大变形方法可获得亚微米级晶粒尺寸的纯铜组织［20］，近年来他们在发展多种塑性变形方法的基础上，又成功地制备了晶粒尺寸为20～200(nm)的纯Fe、Fe-1.2%C钢、Fe-C-Mn-Si-V低合金钢、Al-Cu-Zr、Al-Mg-Li-Zr、Mg-Mn-Ce、Ni3Al金属间化合物、Ti-Al-Mo-Si［21-23］等合金的块体纳米材料。

1.5.2塑性变形加循环相变方法

1996年我国赵明、张秋华等［24］将碳管炉中氩气保护下熔炼的Zn78Al22超塑性合金，经固溶处理后通过小塑性变形和循环相变(共析转变)，获得了晶粒尺寸为100～300(nm)的块状纳米晶体。

该方法与其他方法相比具有适用范围宽，可制造大体积试样，试样无残留缩松(孔)，可方便地利用扫描电镜详细研究其组织结构及晶粒中的非平衡边界层结构，特别有利于研究其组织与性能的关系等特点并可采用多种变形方法制备界面清洁的纳米材料，是今后制备块体金属纳米材料很有潜力的一种方法。如将此法与粉末冶金及深过冷等技术相结合，则可望利用此法制备金属陶瓷纳米复合材料［21］，并拓宽其所能制备的合金成份范围。

除以上主要方法外，近年来还发展的有喷雾沉积法、离子注入法等块体金属纳米材料制备技术，在此不再一一赘述。

2直接制备块状纳米晶的潜在技术

2.1脉冲电流直接晶化法

近年来，关于脉冲电流对金属凝固组织的影响已屡见报道：80年代，印度学者A.K.Mistra首先在Pb68Sb15Sn7共晶及Pb87Sb10Sn3亚共晶合金中通以40mA/cm2的直流电，发现凝固后组织明显细化［25］，M.Nakada等人在Sn85Pb15合金凝固过程中通脉冲电流后，也发现凝固组织细化且发生枝晶向球状晶转变［26］，J.P.Barnak等研究了高密度脉冲电流对Sn60Pb40和Sn63Pb37合金凝固组织的影响［27］。结果证实，脉冲电流可增加过冷度，并可使共晶的晶粒度降低一个数量级，且晶粒度随脉冲电流密度增加而降低。周本濂等不仅在实验上研究了脉冲电流对合金凝固组织的影响［28］，而且在理论上用经典热力学和连续介质电动力学对脉冲电流作用熔体的结晶成核理论和结晶晶粒尺寸的计算作了深入研究［29，30］，指出脉冲电流密度达到0.1GA/m2时，在理论上可获得大块纳米晶，按该理论对Sn60Pb40合金进行计算，结果与实验值基本一致。由于理论上要求的一些金属纳米化的临界脉冲电流密度在工程上能够达到且与实验值基本符合，加之脉冲电流的快速弛豫特点可限制纳米晶粒的长大，使作者相信，随着脉冲电流对金属凝固影响机制的进一步研究及实验装置的进一步完善，超短时脉冲电流处理在某些合金上有可能使熔体直接冷凝成大块纳米晶材料，并成为直接晶化法制备纳米晶材料的潜在技术之一。

2.2深过冷直接晶化法

快速凝固对晶粒细化有显著效果的事实已为人所知。急冷和深过冷是实现熔体快速凝固行之有效的两条途径。急冷快速凝固技术由于受传热过程限制只能生产出诸如薄带、细丝或粉体等低维材料而在应用上受到较大的限制。深过冷快速凝固技术，通过避免或清除异质晶核而实现大的热力学过冷度下的快速凝固，其熔体生长不受外界散热条件控制［31］，其晶粒细化由熔体本身特殊的物理机制所支配，它已成为实现三维大体积液态金属快速凝固制备微晶、非晶和准晶材料的一条有效途径［35］。由于深过冷熔体的凝固组织与急冷快速凝固组织具有很好的相似性［36］并且国外已在Fe-Ni-Al、Pd-Cu-Si［37］等合金中利用急冷快速凝固获得纳米组织，另外，近年来周尧和、杨根仓教授领导的课题组在Ni-Si-B合金中利用深过冷方法已制备出晶粒尺寸约为200nm的大块合金，并已探讨出多种合金系有效的熔体净化方法，加之作者近期又在Fe-B-Si系共晶合金中利用深过冷及深过冷加水淬方法成功地制备了几十～200nm,11×10(mm)的块状纳米材料，见图1a、图1b所示，因此有理由相信，通过进一步研究深过冷晶粒细化的物理机制，进而为深过冷晶粒的纳米化设想提供理论基础，同时研究出各种实用合金的熔体净化技术以及深过冷与其它晶粒细化技术相结合的复合制备技术，深过冷方法可望成为块体金属纳米材料制备新的实用技术。从目前的实验结果来看，深过冷晶粒细化的程度与合金的化学成分、相变类型、熔体净化所获得热力学过冷度的大小及凝固过程中的组织粗化密切相关。为进一步提高细化效果，除精心的设计合金的化学成分之外，发展更有效的净化技术是关键，另外探索深过冷技术与急冷、塑性变形及高压技术等相结合的复合细化技术，可望进一步拓宽深过冷直接晶化法制备纳米晶的成分范围。相信通过今后的不懈努力，该技术将会成为块状纳米晶制备的又一实用化技术。

3展望

纵观纳米材料的研究发展，不难看出，纳米材料的推广应用关键在于块体纳米材料的制备，而块体金属纳米材料制备技术发展的主要目标则是发展工艺简单，产量大适用范围宽，能获得样品界面清洁，无微孔隙的大尺寸纳米材料制备技术。其发展趋势则是发展直接晶化法纳米晶制备技术。

从实用化角度来看，今后一段时间内，绝大多数纳米晶样品的制备仍将以非晶晶化法和机械合金化法为主，它们发展的关键是压制过程的突破。此外在机械合金化技术中，尚需进一步克服机械合金化过程中所带来的杂质和应力的影响。对于能采用塑性变形等技术可直接获得亚微米级晶粒的合金系，拓宽研究系列，研究出与各种合金成分所对应的实用稳定的塑性变形及热处理工艺，并全面进行该类纳米晶材料的性能研究工作是此类技术走向实用的当务之急。

从长远角度来看，高压高温固相淬火、脉冲电流和深过冷直接晶化法以及与之相关的复合块状纳米材料制备技术及其基础研究工作，是今后纳米材料制备技术的研究重点。

相信随着块状纳米材料制备技术的不断研究和发展，在不远的将来会有更多的纳米材料问世，并产生巨大的社会、经济效益。

参考文献

1GleiterHV.TransJapanInstMetalsuppl,1986,27:43

2GleiterH.ProginMaterSci,1989,33:233

3卢柯.中国科学基金,1994，4：245

4HughesRO,SmithSD,PandeCS,etal.ScripMetall,1986,20:93

5BerkowitzAE,WalterJL.JMaterRes,1987,2:277

6KochCC.NanostructuredMater,1993,2:109

7梅本富,吴炳尧.材料科学与工程,1992,10(4):1

8KawamuraY,etal.MaterSciEng,1998,98:449

9NohTH,etal.JMagnMater,1992,128:129

10GorriaP,etal.JApplPhys,1993,73(10):6600

11刘佐权等.金属学报,1996,8:862

12AkishisaInone,AkiraMurakami,TaoZhang,etal.MaterTrans,JIM,1997,38:189

13AkishisaInoue,HisatKoshiba,TaoZhang,etal.MaterTrans,JIM,1997,38:577

14AkishisaInoue,ZhangT,ZhangW,TakeuchiA.MaterTrans,JIM,1996,37:99

15PekerA,JohnsonWL,ApplphysLett,1993,63:2342

16AkishisaInoue,TakahiroAoki,HisamichiKimura,MaterTrans,JIM,1997,38:175

17何国,陈国良,材料科学与工艺,1998,6:105

18李冬剑,丁炳哲,胡壮麒等,科学通报,1994，19:1749

19YaoB,DingBZ,SuiGL,etal.JMaterRes,1996,11:912

20ValievRZ,KorasilnikovNA,etal.MaterSciEng1991,A137:35

21ValievRZ,KrasilnikovNA,TzenevNK.MaterSciEng,1991,A137:35

22AddulovRZ,ValievRZ,KrasilnikovNA,Mater.Sci.Lett.,1990,9:1445

23ValievRZ,KoznikovAV,MulyukovRR,Mater.Sci.Eng.,1993,A168:141

24赵明,张秋华等.中国有色金属学报,1996,6(4):154

25MistraAK,MetallTrans,1986,A17:358

26NakadaM,ShioharaY,FlemingsMC.ISIJInternational,1990,30:27

27BurnakJP,SprecherAF,ConvadH.ScriptaMetall,1995,32:819

28鄢红春，何冠虎，周本濂等.金属学报，1997，33(5)：455

29秦荣山，鄢红春，何冠虎，周本濂.材料研究学报，1995，9(3)：219

30秦荣山，鄢红春，何冠虎，周本濂.材料研究学报，1997，11：69

31魏炳波，杨根仓，周尧和.航空学报，1991，12(5)：A213

32DubostB.Nature,1986,324(11):48

第5篇：金属材料范文

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。

2引言

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?ǎ?BR>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。

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?渌俾史段В擅拙i-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。

第6篇：金属材料范文

例如，在讲到金属材料及其力学性能时，笔者举一个现实性、学生感兴趣的中国第一艘航母“瓦良格”号实例，即现在的“辽宁舰”。该舰最初由苏联时期黑海造船厂设计建造，随着20世纪90年代前苏联解体，建造工作停止。1999年，乌克兰与澳门一家“旅游有限责任公司”签订协议，以2000万美元的价格出售。“旅游有限责任公司”购买“瓦良格”号航母的理由是，将其改造成一个大型海上综合旅游设施。2002年3月4日，“瓦良格”号航母经过重重困难终于抵达航行的终点——中国大连港口。首先专家对它进行反测绘，测量船体使用材料、钢材、抗打击能力即冲击韧性。紧接着笔者引入新课，金属材料加工首先要合理选材，在选材中不断创新，而且世界各国都在科学研究新型材料，从而推动科技的发展，对此学生乐于接受。举例教学，办法简单，能马上贴近学生的实际生活，可收到良好的教学效果。因此，在教学过程中教师要注意观察生活，收集素材，以便在教学中使用，激发学生的学习兴趣。

二、好奇心，激发学生的学习兴趣

比如，讲到金属的导电性、导热性、热膨胀性时，为什么电动机机芯用纯金属、纯铁丝、纯铜丝而不用合金？为什么家用厨房小铲要木质手柄？在制定各类热加工工艺（焊接、铸造、锻造和热处理）时，必须考虑材料的导热性，以防止材料在加热或冷却过程中发生变形或开裂；在铺设钢轨时，在两根钢轨衔接处应留有一定的空隙，以便使钢轨在长度方向有膨胀的余地；在测量工件的尺寸时，也要注意热膨胀的因素，以减小测量误差；对精密仪器或机械零件，线膨胀系数也是—个非常重要的性能指标。另外，一般物体具有热胀冷缩的物理特性，但还有特殊情况。学生听到这里，急于想知道其中的奥秘。这时，笔者不急于讲答案，而是话锋一转，且听以后分解，让学生带着好奇心进入学习情境，激发学生的学习兴趣。在教学中，由于强烈的好奇心的驱动，学生对金属材料的性能分析这一原本枯燥的课题逐渐产生欲探讨的兴趣。这样课堂教学效果又前进了一步。

三、小故事，大启发

在讲到冲击韧性试样时，为什么把它做成缺口形状？引用北大教授张学政讲到应力集中时，先讲一个小故事：过去山村老百姓敲锣时，锣出现裂纹，为了防止裂纹蔓延，两边各凿一个孔，使其延缓过度，这样几十年后原样不变。接着讲述原理：一块布一拉，这个应力是均匀分布的，但是当你剪个口再拉，应力马上就集中在这个刀口呈指数函数增加成千倍、万倍地增加。应力大于材料的屈服强度，产生大的塑性变形，最后断裂。所以工程上最可怕的问题是零件内部有裂纹，或者有棱角、尖角的切口，包括外部切口。这样道理浅显易懂，小故事，大道理，激发学生的学习兴趣。培养了学生热爱生活，善于观察生活，尊重科学并运用科学的意识。

四、多媒体与传统教学结合法，吸引学生注意力

例如铁碳合金相图讲授：笔者先在黑板上画出铁碳合金相图，不同彩色粉笔标出特性点、特性线，然后进行铁碳合金相图多媒体演示课件。这样改变了传统教学中粉笔加黑板的单一、呆板的表现形式，能将抽象、生涩、难懂的知识直观化、形象化，激发学生学习兴趣，调动其主动学习的积极性。这样学生对新知识的学习更加形象、直观、明了，便于自主学习，加快记忆，增加学习欲望。

五、理论联系实际,学以致用

在讲过碳素钢、合金钢、硬质合金以后，教师给学生布置任务：实习应用的刀具、量具，哪些是碳素钢？哪些是合金钢？哪种类型的硬质合金？牌号各是什么？热处理如何？学生实习课时带着任务寻找不同刀具、量具，归纳总结。最后课堂上，笔者会评价总结，让学生明白理论知识与实践应用相结合，学以致用。这种理论实践一体化教学方法改变了传统的理论教学和实践相分离的教学形式，突破了实践是理论的延伸和应用，是理论的附属品的传统教育理念，突出了教学内容和教学方法的应用性、综合性、实践性。它以理论传授、实践操作技能训练为一体，集老师与学生双向交流，小组协作讨论为一体，增强了学生学习理论知识的兴趣，促进了对理论知识的理解，提高了学生的实训兴趣和实际操作的能力，为今后走向工作岗位增强了适应能力。

六、小结

第7篇：金属材料范文

关键词：教学法;多媒体教学;移动终端教学

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）45-0131-02

《金属材料》课程着重阐述机械工程材料的基础理论，机械工程材料、零件的失效、强化、选材与机械工程材料的应用等内容，是材料科学与基础专业、机械专业的基础课程，也是工程管理专业的入门课程。[1]该课程涉及的知识内容点多为微观显微知识范畴，比较抽象，对于刚接触这门学科的学生而言，学习起来非常困难。本文以《金属材料》这门学科为例，从如何提高学生的学习积极性，如何加深对抽象理论的理解，以及如何采用多媒体辅助教学和移动终端教学几个方面，浅谈抽象课程授课的认识和体会。

一、提高学生学习积极性

美国心理学家林格伦研究得出构成学业失败的因素比重是：缺少兴趣35%;缺少努力25%;个人问题8%;其他原因32%。获得好的成绩的各种因素的比重：好的学习习惯33%;兴趣25%;智力15%;家庭影响5%;其他因素25%。由此可见，提高学生对课程的兴趣是学生充分掌握知识的重要前提，让学生积极参与学习是课程学习质量的重要保障。[2]提高学生学习积极性对学好抽象课程非常重要。如何提高学生学习积极性，教师可以从以下方面展开。

（一）明确课程地位

有目的的学习可促进学生的学习热情，使得学生能够积极地参与学习，主动改进他们的学习技能。因此，在学生初次接触本课程的阶段，教师可结合该专业的就业前景及就业特点，让学生了解该课程在本专业中的地位，学习本课程能够学习到什么知识，这些知识在具体的实践工作中的地位和价值。例如，上海电力学院能源与机械工程学院的学生60%以上就业方向偏向电力相关行业，因此，课程授课开始，教师可提出以下问题让学生思考：电厂用钢有哪些，什么决定了他们的差别，电厂用钢选择原则是什么等，让学生们了解到本课程在实际工作中的价值及对学生以后就业的帮助。

（二）完善讲授法

讲授法是教学中最基本、最常用的方法之一，是指教师通过口头语言向学生传授知识。[3]施莱尔马赫认为讲授法是大学不可替代的本质特征之一，在任何时代都不应该抛弃。但他批评大学沿袭的照本宣科式的讲课方法。他认为：教师必须使其所讲在听者面前形成发展，讲述不是所知道的东西，而是通过对知识本身的理解而进行启迪与发展，使学生在不断接受知识的同时，将知识理解并在观察中效仿。实际上，教学是一门科学，也是一门艺术。讲授法如何发挥它的艺术性呢？（1）好的讲授能在较短的时间内抓住学生的兴趣;（2）在教授的过程中，教师应该控制信息传递的速度和顺序;（3）教师通过语言向学生传递的不仅仅是知识信息。而且具有丰富的情感信息，教师把对文本的理解通过有感情的语言传递给学生，使文本变成学生的内在的情感、态度、价值观;（4）任何讲授都可以通过学生对所讲内容的参与得到改善，在讲授课程中，学生的参与能够获得更大的教学效果;（5）在运用讲授法前，教师都要对讲授的内容进行科学选择，使内容具有系统性、逻辑性。在讲授中应从具体到抽象、从感性到理性、从已知到未知、由浅到深、由表及里，遵循认识规律，使讲授充满艺术性。讲授的好坏直接决定着课程讲授的成功与否。好的讲授法可在教学中充分调动学生学习的积极性、主动性，引导启发学习活动，培养学生分析问题和解决问题的能力。只有对讲授法不断创新优化，有效运用，才能发挥其教学的重要价值。

（三）互动教学

互动教学是教师在教学过程中通过对调教师与学生，学生与学生之间的关系，形成和谐的师生互动、生生互动、学习个体与教学中介的互动，在互动过程强化环境与人之间的交互影响，以产生教学共振，达到提高教学效果的一种教学结构模式。互动教学是一种民主、自由、平等、开放式的教学，凸显学生的主体地位，调动学生的主动性、积极性和创造性。为了确保互动式教学的开展，教师必须首先营造民主的课堂气氛、建立和谐、平等的师生关系，让学生真正成为课堂的主人、学习的主人。互动式教学方法很多，也各有特点，教师可根据教学内容与班级学生的特点灵活地进行运用。具体来讲，笔者在本课程的教学中主要采用如下方式：一是精选案例式互动。首先由教师设置悬念，提出问题，学生运用掌握的学习知识，尝试性对问题提出解决方案，然后由教师勘校正误，在过程中要突出重点，对热点问题进行深入分析，最后上升为理论知识。二是主题探讨式互动，提出讨论主题，围绕主题展开互动教学。三是多维思辨式互动，教师将现有定论以及解决问题的经验方法提供给学生，让学生根据所学，对提出的方案进行优劣辨析，并加以完善。同时，也可以设置辩论的方式，通过正反两方的辩论，引导学生在争论中寻找最优答案。四是归纳问题式互动，教师课前针对教学目的、教学重点和难点问题，归纳互动问题。教学开始，教师以问题提出的形式引导学生进行广泛思辨和充分的争论，最后达到使学生了解所学内容、开阔思路的目的。

（四）同伴互教

法国教育家第惠斯多曾说：“教学艺术的本质不在于传授，而在于激励、唤醒和鼓舞。”同伴互教是让学生互相充当老师角色，通过自己的学习，将自己对于知识的理解通过讨论传递给对方，达到教学目的的一种手段。由于《金属材料》抽象概念及显微理解较多，教师主导的灌输法容易导致课堂乏味，使得学生失去学习的兴趣。而采用生生互教的方式，一方面充分体现了“以学生为本”，让“学生成为教学的主体”的教学理念，另一方面可激活学生的主动性，使学生在获取知识的过程中，提高综合能力，让学生在探究问题的过程中感受到成功的喜悦和学习的乐趣。对于学生来说，同伴教学教一遍等于学习了两遍，大大提高了学习的效率。此外，生生互教有助于学习共同体的构建，有利于促进培养学生团队合作能力。

二、理论联系实际，加深抽象概念的理解

理论联系实际是指教学必须坚持理论与实际的结合与统一，用理论分析实际，用实际验证理论，使学生从理论和实际的结合中理解和掌握知识，培养学生运用知识解决实际问题的能力。[4]《金属材料》课程偏向于微观尺寸内容的研究，属于抽象理论课程，学生学习起来比较困难。例如晶体凝固过程中，存在着成分偏析的问题。成分偏析属于微观界面问题，传统的方法是观察不到的，如果教师在讲解问题的时候，直奔主题、开门见山，学生由于没有感官认识，往往会觉得陌生和抽象，造成理解的困难。在这种情况下，如果教师通过一些生活和工作中的实际应用引入该知识的学习，调动学生原有的知识经验，学生会感觉到知识的无处不在，在熟悉和兴趣的基础上学习新知，自然比较容易理解。如关于晶体凝固过程中的成分偏析问题的教学，教师首先给同学们讲授相图中固溶度的概念，固溶度是溶质固溶于溶剂内所形成的饱和固溶体内溶质的浓度。固溶度的概念可以从日常生活中盐溶于水、砂糖溶于水的概念进行讲解。通过对日常生活中的生活知识理解工程知识的讲解，能够更好地帮助学生理解溶解度的概念。随着讲解相图中凝固析出的过程，联系固溶度曲线的走势，教师可帮助学生理解从中造成的成分偏析的概念。

三、采用多媒体教学

传统板书的教学方式虽然可以让学生跟着老师的思维理解课程知识，但是耗费时间较长，教学方法单一也容易让学生感到枯燥，让学生失去学习兴趣。随着教学方法的改革及相配套的教学手段的更新，多媒体教学逐渐融入到课程教学过程中，采用多媒体手段教学，能够将一些难以表达的图形、图像直接投影到屏幕上，直观、生动、形象地突出教学重点，使枯燥、抽象难以理解的知识变得生动、容易理解和掌握。同时，由于多媒体教学过程将微观世界中的内容直观展现出来，也极大地提高了学生的学习兴趣，提升了课堂教学的效果。例如，Fe-C相图中组织非常多，并且都需要借助显微仪器观察才能观察组织的特点与差别，而采用多媒体进行教学，可以高效、生动地将课程内容呈现给学生，这样加快了课程节奏，环环相扣，提高教学的速度和效率。[5]

四、使用移动终端教学

移动教育是指在移动的学习场所或利用移动的学习工具所实施的教育，学生利用移动设备，例如手机、电脑等移动教学服务器，在目前比较成熟的无线移动网络、国际互联网以及多媒体技术支持下实现交互式教学活动。通过移动教学，可以让教师比较方便地了解学生在学习过程中遇到的疑难问题、课堂问题和接收学生的答案，还可以让学生随时提出问题、提交作业、咨询教师问题等。这种方式的引入可以更好地调动老师与学生的互动，并且能够及时地反馈课堂信息，让老师更好地了解学生的进度情况。

参考文献：

[1]高聿为.机械工程材料教程[M].哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，2009.

[2]谢志刚，齐晓慧，王永川.自动控制原理教学中的方法论探讨[J].教学研究，2009，（12）.

[3]蔡桂真.新课程背景下讲授法的优化发展及有效运用[J].现代教育科学，普教研究，2010，（6）.

第8篇：金属材料范文

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）.

第9篇：金属材料范文

关键词：金属材料；环境友好加工；清洁生产

1 概述

金属材料具有优良的使用性能和工艺性能，我国的人均金属材料占有量依然很低，金属材料在一段相当长的时期将占据材料工业的主导地位[1]。随着可持续发展思想、理念及其实践的逐步形成与不断发展，在金属材料零部件的成型、加工、使用、拆卸、回收再利用等环节，符合人与自然和谐发展的基本要求，加强污染防止与治理、减少废物、替代有害物质、注重清洁生产技术正在成为支持可持续发展的有力战略措施[2]。传统的金属材料内成型与控制技术包括液态成型技术、固态成型技术以及液―固成型技术。金属材料环境友好成型加工技术既包括按环境友好金属材料的基本思想和设计原则开发的新一代金属材料，也包括对传统金属材料的环境友好化改造，也就是说，在传统金属材料基础上，通过对金属材材料制造工艺的不断调整，成型加工技术的不断改造，逐渐实现传统材料的环境友好成型加工技术[3]。金属材料环境友好成型加工技术要求在金属材料产品生产过程中具有对能源消耗少、对环境污染小、对生产成本要求低的特点，也具有循环再生利用高的工艺基础和技术优势。只有这样，才能将金属材料环境友好成型加工技术与现代工业大规模生产形结合，在金属材料及金属产品的设计阶段，就要纵观金属材料产品整个生命周期过程，充分考虑到每个成型加工环节对节省资源、能源、保护环境、废弃后容易再生循环的要求，同时具有良好的功能特性和舒适性，达到环境友好材料的目的[4]，从而提高金属材料在生产和使用中的资源及能源的利用效率，降低成本，提高质量，增大可靠性，延长设备使用寿命[5]。所以，金属材料环境友好成型加工技术是面向环境的金属材料成型加工及应用研究，是金属材料产业中人与自然和协调发展的理性选择，是金属材料产业可持续发展的必由之路。

2 金属材料成型加工过程的环境负荷

随着我国社会经济的高速发展，金属材料成型加工的总量也在不断增大，对资源和能源的消耗也不断增加，由此造成的资源和能源短缺现象也日益严重。金属材料矿产资源是不可更新的自然资源，传统的成型加工过程对金属材料大量消耗，必然会使人类面临金属材料资源逐渐减少以至枯竭的威胁。我国钢铁工业能源消耗巨大，金属材料生命周期的各个阶段均会造成环境负载。由于金属材料在采矿冶炼、成型加工、产品制备、设备使用及废弃过程中产生大量的废水、废气、固体废弃物等，对生态环境造成了很大的破坏，致使全球环境污染问题变得更加严峻，加重了地球的环境负担。因此，对金属材料的成型加工、生产和使用而言，对自然资源的消耗是源头，对生态环境的污染是末尾。就钢铁材料冶金生产而言，钢铁的生产和使用与资源消耗和环境负荷有着密不可分的关系。由于钢铁材料以型材供应为主，钢铁材料的能耗居材料产业能耗之首；就废物排放而言，排放的废水、废气量大。我国有色金属材料工业，由于矿产资源品位很低，有色金属材料进行提取和加工耗能较大。每年生产的有色金属产品造成大量的尾矿和废渣等工业固体废弃物。在有色金属材料生产过程中，向大气中排放的二氧化硫、氟化氢等废气，是工业有毒废气的主要源头之一。所以要减轻金属材料成型加工过程的环境负荷，在金属材料成型加工设计阶段，就把金属材料的使用性能与和环境保护结合起来，使金属材料在具有优异性能同时，也充分满足资源的有限性和自然环境容量的有限性。

3 金属材料环境友好成型加工技术

一是降低钢铁生产中的吨钢能耗比，采用先进的金属材料成型加工工艺及设备，逐步淘汰落后的轧钢工艺装备。提高废钢铁在现代炼钢中的比重，推广高效节能、环境友好的的电能炼钢技术。在电炉中采用辅助能源装置和余热回收循环利用技术，提高连续铸造、连续退火、直接轧钢等连续化生产的比重。应健全金属材料成型加工工艺废旧钢回收管理机制，将废钢铁回收、加工、分离技术和有害元素的去除技术与金属材料环境友好成型加工技术结合起来。进一步提高金属材料成型加工过程的成材率，应用近终形连铸技术，使连铸坯的尺寸接近设计的最终钢材断面尺寸，省去了开坯工艺、初轧工艺，甚至可以免去整个热轧工序过程。先进的连铸技术可控制冷却速率，金属凝固速度提高，形核率增大，可得到细小晶粒组织，减少或消除中心偏析等缺陷，获得良好的钢材性能。目前，近终形连铸的钢铁短流程的工艺特点是无焦碳、不轧制，全部实现热态连续生产过程。二是开发金属材料环境友好成型加工产品，在工业生产中，将低资源消耗、低能源消耗、低污染的金属材料产品，根据其生命周期的长短分为流动性产品和贮存性产品。易拉罐等流动性产品的生命周期短，要求在产品整个生命周期投入尽可能少的资源消耗和能源用量。不但要选择在这个阶段的资源消耗少、能源消耗低的材料，还要易于循环再生。桥梁结构材料等贮存性产品生命周期长，在降低制造阶段的资源消耗和低能源消耗时，更重要的是采用金属材料环境友好成型加工技术，通过桥梁结构材料的高功能化、长寿命化、提高桥梁结构材料的可靠性和可维修性，满足低污染、低的资源消耗、低的能源消耗要求。三是金属基复合材料的二次成型加工技术，金属基复合材料具有可设计性好的优异性能，普遍应用于航海、航空、航天、军事等各个领域[5]。在金属基复合材料的成型加工生产中，为了降低复合材料生产成本，提高复合材料性能，往往是先将金属基复合材料制成初级坯料后，再采用二次成型加工技术进行成形，制成可应用的复合材料零件、或者型材等[6]。随着金属基复合材料精密成型加工技术的发展，精密洁净、表面光洁、尺寸精度高的金属基复合材料产品需求量逐年增大，精确化和强韧化的金属基复合材料产品市场越来越大。

参考文献

[1]王瑾.基于材料的绿色产品设计与管理研究[J].科技创新导报，2009（32）：7.

[2]刘业翔.有色金属冶金基础研究的现状及对今后的建议[J].中国有色金属学报，2004，14（S1）：21-24.

[3]解念锁，王艳，武立志.高锌基合金的应用现状及前景[J].热加工工艺，2010，39（14）：50-53.

[4]王瑾，赵亮.高铝锌基合金的资源优势及其应用[J].铸造技术，2012，33（4）：293-295.