金屬材料論文大全11篇

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篇（1）

1．2銀汞合金牙科銀汞合金耐腐蝕性被認(rèn)為是因?yàn)槠浔砻姹頊\、纖薄的類膜狀結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)主要由氧化錫、水合錫和氫氧化鋅組成，此層薄膜的形成和消失會(huì)引起銀汞合金腐蝕率的改變［18］。有研究結(jié)果顯示浸泡于人工唾液中銀汞合金的表面薄膜仍存在，而浸泡在含氟漱口水中后銀汞合金的表面薄膜喪失，表明氟離子會(huì)降低銀汞合金的抗腐蝕性能［19］。

1．3貴金屬合金銀鈀合金的腐蝕行為與非貴金屬合金不同，它與口腔中含有的氯化物硫氫酸根作用形成復(fù)合物，在其表面會(huì)形成難溶的鹽層，釋放非貴金屬離子極少［20］。但也有研究表明，在含氟漱口水中其表面薄膜可迅速喪失，耐腐蝕性能明顯降低，表現(xiàn)出對(duì)氟離子的高度敏感性［21］。高貴金屬合金有著良好的抗腐蝕性能，Ayad等［22］對(duì)不同組分的高貴金屬合金的研究表明:其零電勢(shì)電位和腐蝕電流密度均值的差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。在含氟環(huán)境中的研究也證實(shí)，氟離子對(duì)高貴金屬合金耐腐蝕性能的影響相較于非貴金屬而言極小［23］。

1．4對(duì)比研究不同金屬的耐腐蝕性是不同的，而氟離子對(duì)它們的耐腐蝕性的影響也有所差異。大量研究表明，氟離子對(duì)鎳鉻合金、銀鈀合金、純鈦的耐腐蝕性能影響較大，對(duì)高貴金屬及高鈷鉻鉬合金的影響相對(duì)較小，而鈦合金中所含金屬成分的不同對(duì)其在含氟環(huán)境中的耐腐蝕性能亦有影響。程瑋等［24］通過(guò)動(dòng)電位極化曲線法對(duì)鈷鉻合金、純鈦、高鈷鉻合金的電化學(xué)腐蝕行為的研究發(fā)現(xiàn):氟離子可影響口腔中的鈷鉻合金、純鈦、高鈷鉻鉬合金的耐腐蝕性，高濃度的氟會(huì)降低金屬的耐腐蝕性，氟離子對(duì)3種合金抗腐蝕性能的影響從大到小依次為:純鈦、鈷鉻合金、高鈷鉻鉬合金。對(duì)3種合金表面粗糙度及形貌的觀察也證實(shí):在不含氟人工唾液中，鈷鉻合金、高鈷鉻鉬合金輕微腐蝕，出現(xiàn)腐蝕孔，而純鈦表面未見(jiàn)明顯腐蝕孔［25］。當(dāng)人工唾液中添加氟離子后，3種金屬腐蝕程度增加，且隨著氟離子濃度升高而加重，純鈦和鈷鉻合金尤為明顯，可見(jiàn)較大腐蝕孔，高鈷鉻鉬合金較其余兩種合金腐蝕輕微。袁俊等［23］運(yùn)用電化學(xué)技術(shù)對(duì)不同烤瓷合金金屬電化學(xué)腐蝕性能的研究發(fā)現(xiàn):氟離子環(huán)境使經(jīng)過(guò)處理的烤瓷金屬的耐腐蝕性能下降，腐蝕速度加快。4種金屬的腐蝕電位值排列的順序?yàn)?金合金、純鈦、鈷鉻合金、鎳鉻合金，即氟離子對(duì)金合金的腐蝕傾向最小，而對(duì)鎳鉻合金最大。金合金與純鈦耐腐蝕性能較強(qiáng)，其次是鈷鉻合金，鎳鉻合金最差。此研究中的鈷鉻合金在含氟環(huán)境中的耐腐蝕性能低于純鈦，原因可能是在烤瓷加工后，鈷鉻合金中的Cr、Mo元素減少，從而使得其耐腐蝕性能下降［26］。Mareci等［21］通過(guò)電化學(xué)阻抗譜分析法測(cè)得銀鈀合金、鎳鉻合金、純鈦、Ti12Mo5Ta鈦合金浸泡于人工唾液和含氟漱口水后合金表面薄膜情況，同時(shí)電鏡觀察合金表面形貌的變化，發(fā)現(xiàn)在含氟漱口水中的金屬耐腐蝕性均降低，其中耐腐蝕性能由高到低為T(mén)i12Mo5Ta、純鈦、鎳鈦合金、銀鈀合金，浸泡于含氟漱口水中的銀鈀合金的表面薄膜完全喪失，表明銀鈀合金在含氟環(huán)境中的耐腐蝕性能顯著降低，而Mo元素的加入可提高鈦材料對(duì)氟離子的抵抗性。同時(shí)有研究表明在純鈦材料中加入Pt、Pd、Cu、Ag、Cr等元素也可增強(qiáng)鈦在含氟酸性環(huán)境中的耐腐蝕性能［27－28］。

2影響氟離子對(duì)牙科金屬耐腐蝕性的因素

2．1氟離子濃度在不同氟離子濃度中，牙科金屬的耐腐蝕性能所受到的影響是不同的。研究表明，氟離子的濃度與其對(duì)牙科金屬耐腐蝕性能的影響成正相關(guān)，低氟離子濃度的環(huán)境很少對(duì)耐腐蝕性能較高的金屬(如高鈷鉻鉬合金、金合金等)產(chǎn)生影響，而隨著濃度的升高，氟離子的作用則趨于顯著，高氟離子濃度對(duì)金屬耐腐蝕性能的影響明顯增加［2，24，29］。

2．2pH值目前已有文獻(xiàn)證實(shí)在酸性條件下，金屬表面的氧化膜生成速度減慢，且更易于溶解，金屬的抗腐蝕性能下降。不同學(xué)者的研究顯示，pH值與氟離子對(duì)金屬的抗腐蝕性能的影響有著協(xié)同作用，在微酸環(huán)境中氟離子對(duì)金屬材料耐腐蝕性的影響增大，偏酸性的人工唾液可加快金屬和氟的反應(yīng)而加速其腐蝕，氫離子濃度的增加還可使金屬表面鈍化速度減慢而降低其抗腐蝕性能。

2．3表面處理一般把金屬表面防護(hù)和改性稱之為金屬材料表面處理，恰當(dāng)?shù)谋砻嫣幚砜梢愿纳蒲揽坪辖鸬哪透g性。翁維民等［36］的研究發(fā)現(xiàn)鎳鉻合金表面的氮化鈦涂層能提高鎳鉻合金在含氟環(huán)境中的耐腐蝕性能，同時(shí)也可提高其耐磨性。在鈦金屬表面制備致密的氮化鈦硬質(zhì)薄膜，也可隔絕氫氟酸與鈦金屬的接觸，鍍膜后鈦金屬表面腐蝕傾向減小，腐蝕速度減慢，耐腐蝕性增加。對(duì)純鈦進(jìn)行陽(yáng)極表面氧化處理的研究也證明，陽(yáng)極表面氧化處理可增強(qiáng)純鈦在含氟環(huán)境中的耐腐蝕性能。

篇（2）

2實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1現(xiàn)場(chǎng)腐蝕產(chǎn)物分析圖1為A變電站服役13a接地網(wǎng)鍍鋅扁鋼的腐蝕產(chǎn)物的XRD分析結(jié)果。由圖1銹層X(jué)射線衍射可以看到，紅壤中服役13a的接地網(wǎng)鍍鋅扁鋼材料鋅層已經(jīng)完全腐蝕，腐蝕產(chǎn)物中鐵的不同氧化物為主要腐蝕產(chǎn)物成分，腐蝕產(chǎn)物主要。主要是黏附在腐蝕產(chǎn)物中的土壤成分。圖2為鍍鋅扁鋼銹層微觀形貌圖，該接地扁鋼腐蝕產(chǎn)物有4層，從外到內(nèi)依次為圖中標(biāo)出來(lái)的a、b、c、d。對(duì)4處腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行能譜分析，所對(duì)應(yīng)的能譜圖見(jiàn)圖3。從各腐蝕層的能譜分析結(jié)果可以看到：a層腐蝕產(chǎn)物以鐵的氧化物為主，但夾雜了一些SiO2之類的土壤成分；緊挨著的b腐蝕層則以鐵的氧化物為主，比較干凈；c腐蝕層能譜中出現(xiàn)了S；而d腐蝕層不僅出現(xiàn)了S，還出現(xiàn)了Cl。Cl-是土壤腐蝕性最強(qiáng)的一種陰離子[5,6]，Cl-能夠破壞接地材料的鈍態(tài)膜，加速接地材料腐蝕的陽(yáng)極極化過(guò)程，并能穿透金屬腐蝕層，生成可溶性產(chǎn)物Fe2(OH)3Cl，從而加速接地材料的腐蝕[7]。c層能譜中S的存在說(shuō)明了SO42-參與了陰極反應(yīng)，這可能與硫酸還原菌的存在有關(guān)[8]。

2.2室內(nèi)電化學(xué)實(shí)驗(yàn)A站的土壤理化性質(zhì)測(cè)試結(jié)果如表1中所示，圖4為鍍鋅Q235在不同濃度Cl-與SO42-下的腐蝕電流曲線圖，腐蝕電流隨Cl-與SO42-的變化規(guī)律基本一致，都是先增大后減小。隨著Cl-與SO42-濃度的增大，土壤的電導(dǎo)率增加導(dǎo)致了金屬腐蝕速率增加，該過(guò)程為電阻控制過(guò)程。但土壤電導(dǎo)率增加有限，當(dāng)Cl-與SO42-濃度繼續(xù)增大時(shí)，土壤與鍍鋅Q235界面之間形成的腐蝕產(chǎn)物影響了離子的擴(kuò)散[10]，因此無(wú)論是Cl-還是SO42-，鍍鋅Q235碳鋼的腐蝕電流都出現(xiàn)了小幅下降。但是，Cl-能夠吸附在氧化膜上，與氧化膜中的陽(yáng)離子結(jié)合形成可溶性氯化物[11]，酸性的紅壤環(huán)境更有利于氯化物的溶解，SO42-離子則沒(méi)有這種作用，因而其腐蝕電流下降的比Cl-更為迅速。從圖4中還可以看到，當(dāng)SO42-含量高于0.01%時(shí)，鍍鋅鋼腐蝕電流基本維持在200µA左右，在SO42-含量為0.25%時(shí)達(dá)到最大值250µA；當(dāng)Cl-含量達(dá)到0.5%時(shí)，腐蝕電流增加到最大值254µA；當(dāng)繼續(xù)增大Cl-含量時(shí)，腐蝕電流基本上維持在200µA左右。在腐蝕電流峰值附近，1份SO42-與2份Cl-對(duì)土壤腐蝕性具有基本等效的貢獻(xiàn)。

2.3室內(nèi)腐蝕加速實(shí)驗(yàn)結(jié)果5座變電站接地網(wǎng)層土壤理化性能測(cè)定結(jié)果如表1所示。

2.3.1腐蝕速率分析由圖5鍍鋅Q235在該地區(qū)5座變電站土壤中的腐蝕速率圖可以看到，隨著腐蝕時(shí)間的增加，鍍鋅Q235在5座變電站土壤中的腐蝕速率均呈現(xiàn)先增大后減小最終略有增大并趨于穩(wěn)定的規(guī)律。腐蝕初期以局部腐蝕開(kāi)始，由于點(diǎn)蝕的增多使得腐蝕速率增加。當(dāng)鍍鋅層受腐蝕后露出碳鋼基時(shí)，碳鋼基體與鍍鋅層就會(huì)構(gòu)成微電池[12]，形成類似于犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)形式，起到保護(hù)碳鋼基體的效果，基體的腐蝕速率較小。隨著鍍鋅層的逐漸腐蝕，這種保護(hù)效果逐漸變?nèi)酰间摶w逐漸受到腐蝕，腐蝕速率增大，在紅壤介質(zhì)中，碳鋼處于類似于酸性溶液體系的環(huán)境，其腐蝕速率較為平緩。

2.3.2腐蝕產(chǎn)物分析圖6a~e為鍍鋅Q235在該地區(qū)5座變電站土壤中加速腐蝕65d后的腐蝕形貌圖，圖7為鍍鋅Q235在A座變電站土壤中加速腐蝕65d后腐蝕產(chǎn)物的X射線衍射圖。由圖6可知，鍍鋅Q235試片在5座變電站紅壤中均發(fā)生了較為嚴(yán)重的腐蝕，部分試片表面黏附有土壤，與現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖情況較為一致。圖7鍍鋅Q235在A變電站紅壤中的XRD分析結(jié)果表明，鍍鋅Q235碳鋼在A座變電站紅壤中的腐蝕產(chǎn)物主要是ZnO、Fe2O3、FeOOH。該腐蝕產(chǎn)物中檢測(cè)到ZnO，而現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖接地扁鋼腐蝕產(chǎn)物檢測(cè)不到鋅的氧化物，這可能與接地網(wǎng)鍍鋅扁鋼服役時(shí)間較久導(dǎo)致鍍鋅層已經(jīng)完全腐蝕掉有關(guān)。圖8給出了5個(gè)站現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖腐蝕數(shù)據(jù)與室內(nèi)加速腐蝕數(shù)據(jù)的相關(guān)性趨勢(shì)，其中現(xiàn)場(chǎng)腐蝕速率理論計(jì)算得到。結(jié)果表明，室內(nèi)模擬加速腐蝕實(shí)驗(yàn)加速比平均達(dá)到6.4，在不改變土壤腐蝕介質(zhì)情況下，該實(shí)驗(yàn)具有較好的加速效果，即65d的加速腐蝕即可達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)埋設(shè)1a以上的腐蝕效果。此外，相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，二者的相關(guān)性系數(shù)達(dá)到0.88，表明該加速腐蝕實(shí)驗(yàn)具有與現(xiàn)場(chǎng)較好的相關(guān)性。

篇（3）

二、建立創(chuàng)新教育機(jī)制，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力

鼓勵(lì)學(xué)生在教師指導(dǎo)下積極開(kāi)展多樣化的科技創(chuàng)新活動(dòng)［5］。如參加指導(dǎo)教師的課題研究，申報(bào)并參加大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目，參加全國(guó)及遼寧省“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽、全國(guó)及遼寧省普通高等學(xué)校本科大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽、全國(guó)大學(xué)生英語(yǔ)競(jìng)賽、全國(guó)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽等。通過(guò)組織各種類型、各種形式和不同層次的課外活動(dòng)，將各類工程實(shí)踐活動(dòng)、創(chuàng)新實(shí)踐訓(xùn)練、學(xué)科競(jìng)賽活動(dòng)、學(xué)術(shù)前沿講座、社會(huì)實(shí)踐、公益活動(dòng)等課外活動(dòng)作為第二課堂課程模塊納入到課程體系中統(tǒng)一實(shí)施和管理。從2006年開(kāi)始，我們以學(xué)校“6S”，即ST(科技訓(xùn)練)、SC(系列競(jìng)賽)、SP(社會(huì)實(shí)踐)、SW(社會(huì)工作)、SL(系列講座)、SA(特色活動(dòng))為指導(dǎo)，以“挑戰(zhàn)杯”“機(jī)械設(shè)計(jì)競(jìng)賽”活動(dòng)為契機(jī)，以課外教學(xué)環(huán)節(jié)為突破口，開(kāi)展了多項(xiàng)大學(xué)生課外競(jìng)賽活動(dòng)。近年來(lái)，金屬材料工程專業(yè)參賽學(xué)生項(xiàng)目獲機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽國(guó)家二等獎(jiǎng)一項(xiàng);“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽國(guó)家三等獎(jiǎng)一項(xiàng);全國(guó)大學(xué)生英語(yǔ)競(jìng)賽二等獎(jiǎng)、三等獎(jiǎng)各一項(xiàng);遼寧省級(jí)獎(jiǎng)項(xiàng)幾十項(xiàng)。通過(guò)創(chuàng)新競(jìng)賽的開(kāi)展，活躍了創(chuàng)新教育的氛圍，為金屬材料工程專業(yè)學(xué)生的個(gè)性發(fā)展提供了平臺(tái)，為學(xué)生畢業(yè)后從事科學(xué)研究活動(dòng)奠定了一定的基礎(chǔ)。此外，金屬材料工程專業(yè)對(duì)學(xué)生實(shí)行實(shí)驗(yàn)室全天開(kāi)放，先進(jìn)的科研設(shè)備和儀器用于學(xué)生科研訓(xùn)練，促進(jìn)了學(xué)生創(chuàng)新能力的提高。

篇（4）

2兩組分液態(tài)完全互溶系統(tǒng)的相圖

雖然二組分系統(tǒng)的氣—液平衡相圖依據(jù)組分在液態(tài)的互溶情況各有其特點(diǎn)，但液態(tài)完全互溶系統(tǒng)構(gòu)成了這部分內(nèi)容的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)[4]。對(duì)于這種相圖，我們除了讓學(xué)生掌握相圖中各相區(qū)的組成、相態(tài)和杠桿規(guī)則外，還注重讓學(xué)生學(xué)習(xí)氣相線和液相線的繪制方法和細(xì)節(jié)信息。其繪制過(guò)程如圖3所示，先配制不同比例的二組分混合物，再升高溫度測(cè)試混合物的熔點(diǎn)，通過(guò)描點(diǎn)—連線得到相圖。從而培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)繪制相圖讀取相圖細(xì)節(jié)信息的全面能力。通過(guò)學(xué)習(xí)繪制相圖，可使學(xué)生對(duì)相圖的全部信息有較深刻的認(rèn)識(shí)、理解及較好的運(yùn)用。為了便于學(xué)生掌握此類相圖及其應(yīng)用，在教學(xué)中我們通過(guò)物相點(diǎn)隨溫度的變化的實(shí)例，講解其液相與氣相及組成在該過(guò)程的演變情況。重點(diǎn)分析了第一個(gè)氣泡點(diǎn)產(chǎn)生的壓力、組成及最后一滴混合液消失的壓力、組成，以及其逆過(guò)程這一難點(diǎn)。并將相圖理論與工業(yè)精餾裝置聯(lián)系起來(lái)，激發(fā)學(xué)生對(duì)該部分內(nèi)容的學(xué)習(xí)興趣。

3具有轉(zhuǎn)變溫度的二組分固態(tài)部分互溶、液態(tài)完全互溶的液固平衡相圖

具有轉(zhuǎn)變溫度的二組分固態(tài)部分互溶、液態(tài)完全互溶的液固平衡相圖，是學(xué)生學(xué)習(xí)中最難掌握的內(nèi)容。我們通過(guò)講解物相點(diǎn)的降溫過(guò)程的物相變化和步冷曲線的繪制，并借助動(dòng)畫(huà)展示具體過(guò)程，使該部分內(nèi)容更加形象和生動(dòng)，便于理解和掌握。同時(shí)，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)手能力。

4相圖在金屬材料中的應(yīng)用

4.1在金屬材料設(shè)計(jì)中的應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)和科研實(shí)踐涉及到的金屬材料通常為多組分的平衡系統(tǒng)，所以其相圖更為復(fù)雜。為了得到材料的擬服役性能，需要對(duì)材料進(jìn)行設(shè)計(jì)和加工。相圖在材料設(shè)計(jì)中起著至關(guān)重要的作用，例如，在設(shè)計(jì)奧氏體不銹鋼時(shí)，為了得到單一奧氏體組織，需擴(kuò)大相圖中奧氏體區(qū)，使其在冷卻過(guò)程中不發(fā)生γ-Feα-Fe的轉(zhuǎn)變。根據(jù)相圖，改變系統(tǒng)的組成，增加穩(wěn)定奧氏體元素，如Ni、C等是最常用的方法。當(dāng)然，為了系統(tǒng)的平衡，其他元素也需做相應(yīng)的改變。應(yīng)用相圖時(shí)，為了提高設(shè)計(jì)組織的準(zhǔn)確性，需要考慮平衡相圖與實(shí)際相圖的差別。

4.2在金屬材料加工中的應(yīng)用在金屬材料的熱加工過(guò)程中，隨著加工溫度的不同，其物相也發(fā)生相應(yīng)的變化。可通過(guò)控制軋制參數(shù)和冷卻過(guò)程，改變材料的相變溫度和組織類型，得到高性能的金屬材料。例如，在鋼鐵生產(chǎn)中，熱軋鋼板控制軋制與控制冷卻(TMCP)工藝，通過(guò)加大壓下量增加累積位錯(cuò)，為相變過(guò)程提供更多的高能量相變形核點(diǎn)，以得到細(xì)小晶粒組織，提高鋼的強(qiáng)韌性。通過(guò)控制冷卻速率，可改變相變后的組織形態(tài)，在650℃以上發(fā)生相變得到珠光體和鐵素體組織，在450~600℃區(qū)間主要得到貝氏體組織的鋼材，在更低溫度下發(fā)生相變得到馬氏體組織，不同的組織賦予材料的不同的性能[5]。4.3在金屬熱處理中的應(yīng)用相圖不僅在金屬材料的設(shè)計(jì)和加工中具有指導(dǎo)下作用，而且在材料的熱處理過(guò)程中也具有重要的應(yīng)用價(jià)值。例如，在金屬材料的退火、淬火和正火中具有重要作用。淬火過(guò)程主要是控制冷卻速率，使相變溫度發(fā)生在較低溫度區(qū)，得到低溫轉(zhuǎn)變組織。正火溫度需在γ-Fe相區(qū)，需要根據(jù)相圖和化學(xué)成分判斷其奧氏體化溫度，從而確定正火的加熱溫度。嚴(yán)格的說(shuō)，確定熱處理的升溫速率和降溫速率也需要參考相應(yīng)的相圖。通過(guò)相圖在金屬材料領(lǐng)域的應(yīng)用的介紹，學(xué)生對(duì)本專業(yè)和學(xué)習(xí)物理化學(xué)的重要性均有了清晰的認(rèn)識(shí)，他們的學(xué)習(xí)積極性也顯著提高。

篇（5）

2原子層沉積金屬及其反應(yīng)生長(zhǎng)機(jī)理

由以上ALD基本反應(yīng)原理可以看出，典型的ALD反應(yīng)過(guò)程近似是一種置換反應(yīng)，比如沉積金屬氧化物、硫化物和氮化物等，最常見(jiàn)的方法就是金屬前驅(qū)體與其對(duì)應(yīng)的氫化物（H2O，H2S和NH3）反應(yīng)，金屬前驅(qū)體與這些反應(yīng)助劑交換它們的配體，從而獲得相應(yīng)的化合物。對(duì)于沉積純金屬而言，需要的則是還原金屬態(tài)，移除與金屬原子連接的配合基。因此，探究金屬前驅(qū)體及相應(yīng)反應(yīng)助劑的選擇、金屬前驅(qū)體在已沉積表面的吸附情況、反應(yīng)初始循環(huán)的化學(xué)過(guò)程等，了解和掌握原子層沉積金屬的反應(yīng)生長(zhǎng)原理，就變得十分關(guān)鍵。而在ALD生長(zhǎng)過(guò)程中引入原位表征與監(jiān)控方法，無(wú)疑是一種有效的手段，可收集獲取與表面化學(xué)反應(yīng)、生長(zhǎng)速度、化學(xué)價(jià)態(tài)和光學(xué)特性等相關(guān)的重要信息。目前原位探測(cè)手段主要包括：傅里葉變換紅外光譜儀（Fouriertransforminfraredspec－troscopy，F(xiàn)TIR），能夠?qū)崟r(shí)觀測(cè)每個(gè)半反應(yīng)后的表面基團(tuán)，為具體的表面吸附及化學(xué)反應(yīng)提供有力的證據(jù)；石英晶振儀（quartzcrystalmicroba－lance，QCM），可分析每個(gè)脈沖結(jié)束后表面的質(zhì)量變化，吸附時(shí)質(zhì)量的增加，副產(chǎn)物移除時(shí)質(zhì)量的減少，還能一定程度地反映出化學(xué)反應(yīng)中熱量變化情況；四極質(zhì)譜儀（quadrupolemassspectroscopy，QMS），能夠探測(cè)脈沖過(guò)程中反應(yīng)腔內(nèi)的物質(zhì)組成，分析反應(yīng)產(chǎn)物及反應(yīng)進(jìn)行狀態(tài)。另外還可配備原位光電子能譜儀，對(duì)生長(zhǎng)過(guò)程中表面的化學(xué)組成和價(jià)態(tài)進(jìn)行表征，原位橢偏儀對(duì)沉積薄膜厚度和光學(xué)特性進(jìn)行測(cè)量。下面結(jié)合原位監(jiān)控手段，就ALD沉積貴金屬、過(guò)渡金屬和活潑金屬的反應(yīng)機(jī)理和特點(diǎn)分別進(jìn)行介紹。

2．1貴金屬在ALD生長(zhǎng)中，貴金屬一般是利用貴金屬有機(jī)化合物和氧氣進(jìn)行反應(yīng)生成。因?yàn)榕c形成化合物相比，以鉑為代表的貴金屬更容易生成穩(wěn)定的金屬單質(zhì)。氧氣作為其中一個(gè)反應(yīng)物將增強(qiáng)這種趨勢(shì)，金屬前驅(qū)體的有機(jī)配體被氧化，兩個(gè)半反應(yīng)過(guò)程中均有燃燒產(chǎn)物CO2和H2O放出，使ALD生長(zhǎng)貴金屬的反應(yīng)就像是氧氣燃燒掉了金屬的烴基，故命名為燃燒反應(yīng)。這類貴金屬的反應(yīng)主要發(fā)生在常用于非均相催化的第八族貴金屬中，其機(jī)理目前已經(jīng)有較為詳盡和確切的研究［9］，圖3［9］顯示了ALD沉積金屬鉑和銥過(guò)程中原位QCM和QMS監(jiān)測(cè)的結(jié)果。使用的金屬有機(jī)前驅(qū)體分別是甲基環(huán)戊二烯三甲基鉑和乙酰丙酮銥。圖3（a）和（d）為QCM隨鉑／氧／鉑／氧的脈沖變化而探測(cè)到的厚度變化，圖中Δm0表示鉑前驅(qū)體吸附在襯底表面后帶來(lái)的厚度增長(zhǎng)，Δm1表示經(jīng)氧氣脈沖反應(yīng)，該循環(huán)沉積鉑或銥的凈增長(zhǎng)厚度。圖3（b）和（e）為QMS探測(cè)到質(zhì)荷比為15的物質(zhì)，即CH3的信號(hào)強(qiáng)度，其脈沖信號(hào)分別對(duì)應(yīng)鉑源和銥源脈沖。圖3（c）和（f）為QMS探測(cè)到質(zhì)荷比為44的物質(zhì)，即CO2的信號(hào)強(qiáng)度，其脈沖信號(hào)對(duì)應(yīng)氧氣脈沖。CH3與CO2是ALD過(guò)程中最主要的兩種含碳?xì)鈶B(tài)副產(chǎn)物。圖3中t為時(shí)間，d為沉積厚度。鉑前驅(qū)體脈沖時(shí)QMS觀測(cè)到CH4，說(shuō)明鉑前驅(qū)體發(fā)生配位基互換，吸附到羥基等襯底活性氧表面。同時(shí)QCM顯示出鉑前驅(qū)體脈沖時(shí)質(zhì)量增加，氧氣脈沖時(shí)則略微減小，綜合考慮到?jīng)]有探測(cè)出CO，只有CO2，CH4和H2O三種氣相產(chǎn)物，可以認(rèn)為發(fā)生的是完全燃燒反應(yīng)。鉑前驅(qū)體脈沖和氧氣脈沖過(guò)程中都有CO2和H2O放出，這是因?yàn)檠鯕饷}沖后有部分氧氣殘留吸附在淺層表面，從而在下一個(gè)金屬前驅(qū)體脈沖時(shí)直接氧化少量有機(jī)配體，大部分有機(jī)配體留至再下一個(gè)氧氣脈沖通入時(shí)燃燒掉。貴金屬非常抗氧化，但分子氧可以在它們表面可逆吸附和解離，銥、鉑和釕尤其如此，使氧化、燃燒其配體可以高效進(jìn)行。由此，貴金屬ALD過(guò)程中自終止半反應(yīng)，并非是由于表面羥基給配體加上了氫，而是在表面鉑等金屬催化下，配體發(fā)生了脫氫［10］。式（3）中，鉑前驅(qū)體配體置換吸附在表面，部分配體與表面吸附氧發(fā)生燃燒反應(yīng)；式（4）中，氧氣脈沖燒掉剩余配體，在鉑表面又留下含氧基，包含催化和表面化學(xué)的作用，以此形成循環(huán)反應(yīng)。圖3（d）［9］是ALD沉積銥反應(yīng)中原位監(jiān)測(cè)結(jié)果，可以看出其生長(zhǎng)過(guò)程與鉑非常近似。在其他一些研究中，釕和銠的ALD沉積也被證實(shí)與此反應(yīng)機(jī)制相符。值得注意的是，氧化物表面ALD沉積貴金屬總是會(huì)有一個(gè)較長(zhǎng)的成核孕育期，因?yàn)榻饘倥c氧化物表面是不浸潤(rùn)的，多相催化的相關(guān)研究已經(jīng)指出，金屬在氧化物表面傾向于形成團(tuán)簇［14］。而成核孕育期因?yàn)橐瞥I合在氧化物表面的金屬配體有一定困難，加之氧化物表面的貴金屬原子有發(fā)生擴(kuò)散和聚集的傾向，從而形成分立的金屬顆粒。因此沉積貴金屬的初期總是先形成分散的金屬島，然后再逐漸長(zhǎng)大，金屬顆粒彼此連接形成連續(xù)薄膜［11］。圖4［15］為ALD沉積Pt不同反應(yīng)循環(huán)次數(shù)影響Pt納米晶形成的透射電鏡TEM照片，非常形象地展示了這個(gè)過(guò)程。影響成核的因素十分復(fù)雜，成核情況與襯底表面親水性、電負(fù)性、表面組成和粗糙度都有一定關(guān)聯(lián)。其中，所沉積的金屬與襯底的潤(rùn)濕性是非常關(guān)鍵的因素，因此，襯底表面的基團(tuán)種類十分重要。如襯底基團(tuán)的親水性會(huì)給ALD帶來(lái)活性反應(yīng)位，因此表面親水性的羥基越多，成核越快。在浸潤(rùn)性好、成核快的襯底上，金屬膜層才更容易長(zhǎng)薄長(zhǎng)均勻［16］。在不同的應(yīng)用中，對(duì)金屬成核還是成膜的要求會(huì)有所不同，如金屬納米晶存儲(chǔ)器中，就希望獲得高密度均勻分布的金屬納米晶。因此，實(shí)際ALD生長(zhǎng)應(yīng)用中，還需要結(jié)合具體需要進(jìn)行分析調(diào)控。

2．2過(guò)渡金屬不同于抗氧化的貴金屬，ALD沉積其他金屬都需要選擇合適的還原劑。常見(jiàn)的還原劑如氫氣、氨氣及其等離子體，都已被用于ALD沉積過(guò)渡金屬的反應(yīng)中。目前ALD生長(zhǎng)過(guò)渡金屬的反應(yīng)機(jī)制，主要分為三類：氫還原反應(yīng)、氧化物還原和氟硅烷消去反應(yīng)。由于銅互連在微電子工業(yè)中的重要性，因此最初在ALD中利用氫還原反應(yīng)生長(zhǎng)的金屬是銅，銅很難黏附在SiO2表面，由于在其上成核密度較低，導(dǎo)致膜層表面粗糙度較大，均方根RMS值為6nm。若先行ALD沉積其他金屬籽晶層鈷、鉻和釕等，銅膜粗糙度就會(huì)有明顯改善，在ALD生長(zhǎng)的鈷膜上，銅膜的RMS值減少到2nm，晶粒粒徑也會(huì)明顯變小［17］。另外高溫制備微電子器件時(shí)，銅還會(huì)擴(kuò)散到SiO2或Si襯底內(nèi)，因此在銅和Si之間需要一個(gè)超薄的阻擋層，熱穩(wěn)定性好又具有高黏附力，厚度還應(yīng)小于5nm。ALD沉積的金屬薄膜釕和鎢可作為銅互連的擴(kuò)散阻擋層。金屬銅理想情況應(yīng)該在100℃以下沉積，低溫限制了表面遷移率，使金屬原子在膜層很薄時(shí)最大限度減少晶核團(tuán)聚成島狀的趨勢(shì)，膜層長(zhǎng)厚時(shí)就更為平整光滑。但由于許多銅前驅(qū)體活性較低，通常都需用200℃以上的高溫沉積或需用等離子體源來(lái)增強(qiáng)反應(yīng)活性［18］。目前ALD沉積銅的前驅(qū)體和還原劑種類很多，生長(zhǎng)條件也各不相同。以［Cu（sBu－amd）］2的脒基配體與硅襯底的反應(yīng)為例，由紅外光譜探測(cè)分析可知，銅前驅(qū)體通入后，配體受熱激發(fā)與表面羥基發(fā)生加氫反應(yīng)，橋接結(jié)構(gòu)置換為單配位基Si－Cu－O鍵結(jié)構(gòu)。隨后氫氣脈沖通入還原，銅失去了脒基配體，同時(shí)有一部分硅氧鍵恢復(fù)，意味著銅原子得以擴(kuò)散并聚集成為結(jié)晶的納米顆粒。因?yàn)殂~與硅氧襯底的鍵斷裂，從而部分恢復(fù)了原始表面的反應(yīng)位，使配位基置換反應(yīng)得以繼續(xù)進(jìn)行。然而檢測(cè)也發(fā)現(xiàn)有明顯的CuO和COOH殘留，CuO可能來(lái)自沉積后非原位探測(cè)造成的空氣氧化或者是Cu與COOH的鍵合，說(shuō)明即使在氫氣作用下發(fā)生了還原反應(yīng)，仍沒(méi)能完全還原全部配體［19］。除此之外，沉積銅還可以采用其他還原劑，比如銅前驅(qū)體先與甲酸反應(yīng)生成二價(jià)銅甲酸鹽，再由聯(lián)氨還原成銅，此反應(yīng)能在120℃的低溫下沉積，生長(zhǎng)窗口為100～160℃，得到的膜層純度高、電阻率低，表面粗糙度僅為3．5nm［20］。該沉積過(guò)程中銅符合ALD自限制生長(zhǎng)模式，存在一個(gè)ALD工作窗口，如圖5［20］所示。圖5中，vGPC為每個(gè)循環(huán)的生長(zhǎng)速率，tp為脈沖時(shí)間，θ為溫度。ALD沉積銅還有其他的間接方法，即先沉積金屬氧化物或氮化物，再通入還原劑將其還原為金屬態(tài)。前面提到銅很難吸附在微電子相關(guān)特定結(jié)構(gòu)的任何表面，采用這樣先氧化的辦法，還可以改善表面吸附性。異丙醇、福爾馬林、氫氣和甲酸等都可以充當(dāng)還原劑，文獻(xiàn)［］中還提到這種方法降低了膜層的粗糙度。同樣采用先氧化后還原方法ALD沉積的金屬還有鎳。在ALD沉積金屬氧化物的過(guò)程中，有機(jī)金屬前驅(qū)體與表面的氧化物或金屬—OH基團(tuán)發(fā)生反應(yīng)。如可以利用乙酰丙酮鎳和臭氧反應(yīng)得到氧化鎳膜層，再用氫氣還原得到金屬鎳膜［24］。但是也有研究指出，這樣還原得到的Ni結(jié)構(gòu)略微有所缺陷，膜層內(nèi)有小孔。如果直接沉積金屬鎳，一般的還原條件均難以滿足，需要的沉積溫度較高，沉積速度也非常緩慢。氫還原反應(yīng)適用的金屬還包括過(guò)渡金屬鈷。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于金屬前驅(qū)體，親水的羥基終端比疏水的氫終端活性更高，前驅(qū)體更易發(fā)生吸附，也就更適合做ALD初始反應(yīng)的表面。但鈷的常用前驅(qū)體tBu－AllylCo（CO）3的表現(xiàn)卻完全相反，它在—OH終端的SiO2表面完全沒(méi)有吸附，而對(duì)—H終端的Si襯底則表現(xiàn)出強(qiáng)烈的活性。這里，Co前驅(qū)體不是在吸附到—H終端Si襯底表面的同時(shí)就失去一個(gè)配體，它首先橋接在Si—H之間形成Si—Co鍵，再被這個(gè)表面氫除掉一個(gè)丙烯基，如圖6［19］所示。羥基終端不能形成這樣的機(jī)制，所以該前驅(qū)體與Si襯底氫終端吸附結(jié)合的活性反而更強(qiáng)，這一機(jī)制也保證了鈷膜的高純度［25］。另外一些關(guān)于前驅(qū)體修飾的研究，還注意到中性配位體的益處。羰基就可作為中性配位體，連的羰基越多，金屬可用的電子密度越小，金屬－羰基鍵就越弱，可以增強(qiáng)前驅(qū)體的揮發(fā)性。羰基配體的最典型的實(shí)例就是八羰基二鈷前驅(qū)體，用氨等離子體還原，制備金屬鈷。這類利用氨等離子體還原的反應(yīng)機(jī)理目前還不是很清楚，但是通過(guò)觀察反應(yīng)副產(chǎn)物，表明ALD沉積這些過(guò)渡金屬時(shí)，氨解反應(yīng)具有一定的作用。除此之外，還有一類還原反應(yīng)是利用主族元素氫化物作還原劑，這類氟硅烷消去反應(yīng)的過(guò)程通常是σ鍵置換、氧化加成／還原消除反應(yīng)，適用于金屬鎢和鉬的ALD沉積。用硅烷或者硼烷還原金屬氟化物，能得到標(biāo)準(zhǔn)的半反應(yīng)式沉積［26］。但是鎢和鉬兩種元素在具體的反應(yīng)上還是有所不同，乙硅烷輸入時(shí)鉬質(zhì)量有所損失而鎢有所增長(zhǎng)，較高溫度下鉬的沉積速度會(huì)相應(yīng)增加，這可以認(rèn)為是由前驅(qū)體的熱分解所致。此外，如果溫度過(guò)高或硅烷曝光過(guò)多將可能導(dǎo)致硅烷嵌入Si—H鍵出現(xiàn)Si的CVD反應(yīng)，而且此類反應(yīng)的機(jī)理對(duì)其他金屬元素不能通用，比如鉭若用此種反應(yīng)就會(huì)形成硅化物薄膜。

2．3活潑金屬正電性金屬包括鋁、鈦、鐵、銀和鉭等。以銀為例，由于它的化合物都是＋1價(jià)，只有一個(gè)配合基鍵合的金屬離子很難發(fā)生吸附，所以需要一些電中性的加合物配位基，通過(guò)它們的置換，輔助金屬陽(yáng)離子吸附到襯底。不過(guò)這種配位基的鍵合往往很弱，ALD成功沉積銀的報(bào)告中使用的銀前驅(qū)體是（hfac）Ag（1，5－COD）［29］，其中COD即為上述輔助銀離子吸附的中性配體。當(dāng)COD被置換，實(shí)驗(yàn)觀察到吸附在襯底的銀有足夠的表面遷移率和壽命，能在隨后的高純氮?dú)馇逑吹牟襟E時(shí)沿襯底表面擴(kuò)散并成核。在下一步丙醇的脈沖過(guò)程中，由于醇類的催化氧化析氫作用，多余的hfac配體得以移除，從而得到沉積的金屬銀。圖8［30］是ALD在溝槽結(jié)構(gòu)襯底上沉積銀薄膜的掃描電鏡照片，這里使用的前驅(qū)體是Ag（O2CtBu）（PEt3）［30］。然而文獻(xiàn)［31］中也指出，由此得到的膜層生長(zhǎng)速度緩慢，薄膜質(zhì)量不甚理想，沒(méi)有一般金屬薄膜有光澤，看起來(lái)偏暗，同時(shí)電阻率也很高。其他的如鋁，三甲基鋁在200℃下自然分解的產(chǎn)物應(yīng)該是Al4C3，這時(shí)如果提供氫氣氣氛，或者借助等離子體、光子等提供額外的能量，理論上有可能形成金屬鋁。然而目前的研究工作還非常粗略，而且反應(yīng)要求沉積氣氛壓力低、還原氣體純度高，才能保證Al在沉積過(guò)程中不被氧化。這些活潑金屬具有廣闊應(yīng)用前景，這不僅是由于其優(yōu)異的導(dǎo)電性能，還在于其有可能在銅互連中用于黏附層和阻擋層，更是由于近來(lái)倍受關(guān)注的銀表面等離激元的性質(zhì)。但它們都較難還原或難與碳氮氧結(jié)合成較強(qiáng)的化學(xué)鍵，其常見(jiàn)的前驅(qū)體在熱ALD中需要的生長(zhǎng)溫度太高，一般適用的襯底和結(jié)構(gòu)都不足以承受如此高溫，所以基本都需要使用氫等離子體以降低反應(yīng)活化能。但是即便如此，利用等離子體沉積得到的活潑金屬膜層一般都很薄，并且一旦暴露于空氣中就極易氧化，一般需要原位沉積保護(hù)層防止氧化，所以總體來(lái)說(shuō)獲得的活潑金屬薄膜的金屬性都不強(qiáng)。目前ALD反應(yīng)沉積活潑金屬，只有少量沉積成功的報(bào)告和一些很初步的工藝探索，實(shí)驗(yàn)結(jié)果大多還不盡如人意，因此，其ALD沉積反應(yīng)路徑和機(jī)理尚有待于繼續(xù)開(kāi)拓和探究。

3原子層沉積金屬面臨的挑戰(zhàn)

在上述已經(jīng)成功沉積的金屬中，最好的鎳、鈷膜層和僅有的錳、鈦薄膜都是利用PEALD沉積的，可見(jiàn)PEALD在沉積金屬薄膜中的重要地位。但是，PEALD對(duì)微電子器件的制備并非完美無(wú)缺，等離子體的高活性可能對(duì)某些應(yīng)用所需的特殊襯底造成損傷，又因?yàn)榈入x子體極易在表面復(fù)合，從而不宜沉積高深寬比的襯底。總而言之，ALD沉積過(guò)渡金屬普遍面臨的難題是用來(lái)還原金屬前驅(qū)體的反應(yīng)物的還原性不夠強(qiáng)。之前提到的主族元素氫化物是比較有潛力的反應(yīng)機(jī)制，如硼烷中B—H鍵能夠?qū)滢D(zhuǎn)移到金屬原子上，生成過(guò)渡金屬氫化物，而這些氫化物大多不穩(wěn)定。另一種可能的途徑是尋找一些電子輸運(yùn)能力強(qiáng)的反應(yīng)物，如二茂鈷Co（C5H5）2，升華溫度很低且有足夠的電化學(xué)勢(shì)來(lái)還原一些過(guò)渡金屬離子。若要付諸實(shí)踐，這些方法還需進(jìn)一步檢驗(yàn)，保證副產(chǎn)物都是氣態(tài)且不會(huì)有其他雜質(zhì)沉積［31］。除上述金屬之外，金也是很重要的金屬，不僅在于它的高導(dǎo)電率，還在于其特殊的催化和光學(xué)性質(zhì)。而金的沉積對(duì)ALD技術(shù)來(lái)說(shuō)，目前還是個(gè)挑戰(zhàn)。與銀相同，金的化合物也都是＋1價(jià)，金配合物的熱穩(wěn)定性都不高。現(xiàn)在也有各種激活方法，比如激光活化、離子體增強(qiáng)、電子或離子束輔助等，但至今為止，還沒(méi)有一種反應(yīng)模式能夠成功應(yīng)用于ALD沉積金屬金中。至于其他堿金屬、堿土金屬和稀土金屬，其沉積難度更是有過(guò)之而無(wú)不及。但這些元素的應(yīng)用需求也很有限，局限在有機(jī)發(fā)光二極管和鋰電池中。而元素周期表右側(cè)那些主族金屬，目前也尚未見(jiàn)ALD沉積的報(bào)道。從電負(fù)性和還原性的角度來(lái)看，這些主族金屬與第四周期的過(guò)渡金屬相似，應(yīng)該比那些活潑金屬容易沉積。對(duì)ALD來(lái)說(shuō)，沉積盡管同樣富于挑戰(zhàn)，但也并非不可能，還需要更深入與廣泛的研究來(lái)豐富ALD沉積金屬的種類。表1總結(jié)了目前為止ALD沉積金屬的主要種類與反應(yīng)類型，并附列了代表性文獻(xiàn)。

篇（6）

1.2激光熱處理技術(shù)激光熱處理技術(shù)主要是利用激光對(duì)金屬材料進(jìn)行熱處理。由于激光穿透力強(qiáng)，因此可以實(shí)現(xiàn)其他熱處理方式達(dá)不到的效果，使金屬材料表面硬度增強(qiáng)，性能提高。使用電腦控制激光熱處理技術(shù)，可以大大提高效率，實(shí)現(xiàn)熱處理自動(dòng)化。

1.3真空熱處理技術(shù)真空熱處理技術(shù)利用真空作為金屬材料熱處理的環(huán)境，可以縮短時(shí)間，提高效率，減少有毒氣體的排放，有明顯的節(jié)能效果和環(huán)保效果。目前，在一些發(fā)達(dá)國(guó)家，真空熱處理技術(shù)還在不斷研究和更新，力求在無(wú)氧環(huán)境的基礎(chǔ)上填充惰性氣體作為熱處理環(huán)境，使熱處理效率更高。

1.4超硬涂層技術(shù)超硬涂層技術(shù)可以提高材料表面硬度，使其更加耐用，提高性能，是目前應(yīng)用范圍較為廣泛的熱處理技術(shù)之一。隨著現(xiàn)代金屬材料加工技術(shù)的不斷發(fā)展，超硬涂層技術(shù)采用電腦進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，方便該技術(shù)更好地應(yīng)用。

1.5振動(dòng)時(shí)效處理技術(shù)振動(dòng)時(shí)效處理技術(shù)依靠振動(dòng)原理穩(wěn)定金屬材料性能，可以有效防止金屬材料變形。振動(dòng)時(shí)效處理技術(shù)采用計(jì)算機(jī)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，既可以減少生產(chǎn)時(shí)間，提高效率，還能夠降低成本，節(jié)能減耗，克服了傳統(tǒng)熱處理技術(shù)的不足。

2金屬材料熱處理工藝與技術(shù)展望

隨著金屬材料熱處理工藝與技術(shù)的不斷發(fā)展，誕生了許多熱處理技術(shù)。其中，可控氣氛熱處理就是較為成熟的熱處理技術(shù)之一。可控氣氛，顧名思義，就是一種可以控制和保護(hù)的氣氛，是一種保護(hù)金屬材料的氣體介質(zhì)。可控氣氛可以有效保護(hù)金屬材料的表面性能，使熱處理過(guò)程更為完善。對(duì)于鋼制工件而言，可控氣氛熱處理極為適合，可以給鋼材料提供更為妥善的保護(hù)。這是因?yàn)殇撛跓崽幚砀邷刂泻苋菀妆谎趸砻嫫茐妮^為嚴(yán)重，但可控氣氛熱處理卻能夠避免鋼被氧化。對(duì)于其他金屬材料而言，可控氣氛熱處理同樣適用，在尺寸上可以調(diào)控，使操作更加靈活。目前，可控氣氛熱處理的應(yīng)用較為廣泛，但依然有很大的局限性。因此，未來(lái)的金屬材料熱處理工藝和技術(shù)需更加普及，才會(huì)有更廣泛的發(fā)展空間。

篇（7）

2影響因素

腐蝕疲勞涉及力學(xué)、化學(xué)、材料學(xué)等多個(gè)學(xué)科，科研工作者通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)影響腐蝕疲勞的因素主要有力學(xué)因素、環(huán)境因素以及材料因素。力學(xué)因素包括應(yīng)力大小、應(yīng)力比、頻率、應(yīng)力幅和波形等；環(huán)境因素包括環(huán)境類型、酸性和溫度等；材料因素包括材料成分、機(jī)械性能、組織形態(tài)、加工工藝和雜質(zhì)分布等。

2.1力學(xué)因素研究表明交變載荷對(duì)腐蝕疲勞裂紋擴(kuò)展的影響主要表現(xiàn)在：（1）使疲勞裂紋反復(fù)張開(kāi)和閉合，增強(qiáng)了裂紋尖端與腐蝕的介質(zhì)交換；（2）改變裂紋尖端的應(yīng)變速率（3）造成累積疲勞損傷[12]。在力學(xué)影響因素中，交變載荷的應(yīng)力比R和頻率f對(duì)腐蝕疲勞裂紋擴(kuò)展的影響非常重要：增加R和降低f都會(huì)加快腐蝕疲勞裂紋擴(kuò)展速率。R不僅會(huì)影響腐蝕疲勞裂紋擴(kuò)展速率，還會(huì)影響腐蝕疲勞的門(mén)檻值，一般情況下隨R的增大，門(mén)檻值會(huì)減小[11,12]。另外，波形也會(huì)對(duì)腐蝕疲勞裂紋萌生和擴(kuò)展產(chǎn)生顯著的影響，而在常規(guī)疲勞過(guò)程中，波形對(duì)疲勞性能影響很小。腐蝕速率也會(huì)隨著應(yīng)力的增大而加快，即隨著交變應(yīng)力的平均值和振幅的增大而加快。

2.2環(huán)境因素在腐蝕環(huán)境中，理論上講即使應(yīng)力再低，只要加載次數(shù)足夠大，金屬材料也會(huì)發(fā)生破壞。這主要表現(xiàn)在腐蝕介質(zhì)降低了材料的疲勞極限。一般升高溫度會(huì)加快裂紋擴(kuò)展速率，但是若溫度上升引起材料嚴(yán)重孔蝕，產(chǎn)生許多淺裂紋源，從而降低了應(yīng)力集中，反而提高材料的耐腐蝕疲勞性能。隨著介質(zhì)的酸性增加，溶液的腐蝕性增強(qiáng)，金屬材料的臨界應(yīng)力強(qiáng)度因子降低，加快了腐蝕疲勞破壞，從而降低腐蝕疲勞壽命。腐蝕產(chǎn)物對(duì)裂紋擴(kuò)展速率的影響包括兩個(gè)方面：一是腐蝕產(chǎn)物能夠減少腐蝕介質(zhì)向裂紋尖端的轉(zhuǎn)移，對(duì)電流可以起到屏蔽作用，從而減緩裂紋擴(kuò)展；二是腐蝕產(chǎn)物在裂紋尖端會(huì)形成腐蝕電偶，從而加速腐蝕電化學(xué)過(guò)程。

2.3材料因素材料特性對(duì)腐蝕裂紋擴(kuò)展速率影響至關(guān)重要，不同的材料耐腐蝕性不同，直接影響耐腐蝕疲勞性能。當(dāng)材料含有雜質(zhì)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中，加快點(diǎn)蝕的發(fā)生從而增大腐蝕疲勞破壞。材料特性也決定著腐蝕疲勞門(mén)檻值的大小來(lái)影響裂紋擴(kuò)展速率。不同晶相組織的電位差異會(huì)導(dǎo)致腐蝕疲勞端口裂紋開(kāi)裂，且呈折線狀，裂紋之間相互連接、交叉、分叉呈現(xiàn)出多裂紋特征。

3壽命預(yù)測(cè)

目前，對(duì)于腐蝕疲勞裂紋擴(kuò)展壽命的預(yù)測(cè)方法研究比較多，在工程中應(yīng)用最廣泛的方法依然是1963年由Paris提出的疲勞裂紋擴(kuò)展公式，也就是著名的Paris公式，它建立了應(yīng)力強(qiáng)度因子和疲勞裂紋擴(kuò)展速率之間的關(guān)系，是當(dāng)今工程應(yīng)用上預(yù)測(cè)疲勞裂紋擴(kuò)展壽命理論的基礎(chǔ)。式中，a是裂紋長(zhǎng)度，單位為mm；N是應(yīng)力循環(huán)次數(shù)，單位為cycle；da/dN是裂紋擴(kuò)展速率，單位為mm/cycle；C、n是與材料-環(huán)境相關(guān)的常數(shù)，ΔK是應(yīng)力強(qiáng)度因子幅，單位為MPam，計(jì)算式為。式中Kmax、Kmin分別是裂紋處應(yīng)力強(qiáng)度因子的最大值和最小值Δσ是裂紋處應(yīng)力幅值。Wei[13]認(rèn)為腐蝕環(huán)境和交變載荷對(duì)裂紋擴(kuò)展過(guò)程是相互獨(dú)立的作用，因此提出了疊加模型。在K>KISCC的情況下，腐蝕疲勞裂紋擴(kuò)展速率為機(jī)械疲勞裂紋擴(kuò)展速率和應(yīng)力腐蝕裂紋擴(kuò)展速率的疊加。Austen[15]認(rèn)為雖然機(jī)械疲勞和應(yīng)力腐蝕同時(shí)對(duì)腐蝕疲勞裂紋擴(kuò)展起到作用，但二者并非疊加關(guān)系，而是由發(fā)展較快的一個(gè)過(guò)程來(lái)表示腐蝕疲勞裂紋擴(kuò)展過(guò)程，也就是過(guò)程競(jìng)爭(zhēng)模型。式中，Bcf是與環(huán)境、材料相關(guān)的常數(shù)，ΔKthcf是腐蝕疲勞的門(mén)檻值。之所以腐蝕疲勞裂紋擴(kuò)展速率模型能夠適用腐蝕疲勞環(huán)境下，主要是(da)/dNcf與裂尖ΔK相關(guān)，另外可將空氣看成一種較弱的腐蝕介質(zhì)。

篇（8）

“基礎(chǔ)性”項(xiàng)目包括：（1）鋁合金固溶時(shí)效：了解固溶及時(shí)效處理的基本操作、析出產(chǎn)物的形成及析出過(guò)程中合金性能的變化；淬火加熱溫度、保溫時(shí)間及淬火速度對(duì)鋁合金時(shí)效效果的影響，掌握最佳熱處理工藝參數(shù)的確定方法。（2）碳鋼的基本熱處理工藝：掌握鋼的退火、正火、淬火、回火的工藝操作方法，了解含碳量、加熱溫度、冷卻速度、回火對(duì)碳鋼性能的影響規(guī)律。（3）低碳鋼的滲碳：掌握金相法測(cè)定滲碳層厚度的方法，了解表面滲碳熱處理后的組織分布特征。（4）Gleeble熱-力模擬：利用Gleeble熱-力模擬試驗(yàn)機(jī)獲得金屬材料應(yīng)力-應(yīng)變曲線，結(jié)合組織觀測(cè)，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，了解金屬材料在形變熱處理過(guò)程中變形程度、變形溫度和組織與性能的關(guān)系。“基礎(chǔ)性”項(xiàng)目一般3人一組，完成后每人必須提交研究總結(jié)報(bào)告。“綜合性”項(xiàng)目，主要是基于45號(hào)鋼，由學(xué)生查閱文獻(xiàn)，自己完成從熱處理工藝的制定和操作、性能檢測(cè)、組織觀察分析和數(shù)據(jù)分析的全過(guò)程。綜合性項(xiàng)目一般5人一組，完成后每人必須提交研究總結(jié)報(bào)告，同時(shí)以小組為單位，以PPT口頭匯報(bào)的形式將過(guò)程和實(shí)施結(jié)果展現(xiàn)給同學(xué)和老師。“研究性”項(xiàng)目，主要是學(xué)生利用課余的時(shí)間，對(duì)一些新型金屬材料（非常規(guī)使用材料，一般為指導(dǎo)教師正在專注研究的材料）的熱處理制度進(jìn)行探索性的實(shí)驗(yàn)研究，確定其熱處理的溫度、實(shí)踐等工藝參數(shù)，使學(xué)生具有綜合運(yùn)用熱處理課程等所學(xué)相關(guān)專業(yè)知識(shí)分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力。“研究性”項(xiàng)目一般5人一組，完成后每人必須提交研究總結(jié)報(bào)告，同時(shí)做PPT口頭匯報(bào)，接受同學(xué)和老師的問(wèn)詢。

2項(xiàng)目教學(xué)的實(shí)施效果及應(yīng)注意的幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題

筆者在“金屬材料熱處理”課程中引入項(xiàng)目教學(xué)后，取得了明顯效果，主要體現(xiàn)在四個(gè)方面：一是激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，加深了對(duì)課程內(nèi)容的理解。學(xué)生積極與老師交流，主動(dòng)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)檢索查閱資料，通過(guò)調(diào)研獲得項(xiàng)目有關(guān)的實(shí)踐應(yīng)用方面的信息，深入鉆研的精神進(jìn)一步養(yǎng)成；二是形成了合作學(xué)習(xí)的良好氛圍。小組成員間相互幫助，共同提高和進(jìn)步，增強(qiáng)了團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)，提高了學(xué)習(xí)效率；三是產(chǎn)生了成就感，增強(qiáng)了自信心。學(xué)生認(rèn)真完成每個(gè)具體的項(xiàng)目任務(wù)，解決每個(gè)實(shí)際問(wèn)題，內(nèi)心就會(huì)產(chǎn)生成就感，自信心也明顯增加，反過(guò)來(lái)也促進(jìn)了對(duì)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)；四是強(qiáng)化了操作技能，鍛煉了綜合職業(yè)能力。由于中小學(xué)階段主要強(qiáng)調(diào)的是應(yīng)試教育，學(xué)生的動(dòng)手能力普遍不強(qiáng)，更談不上職業(yè)能力。項(xiàng)目教學(xué)在鍛煉學(xué)生動(dòng)手能力方面有立竿見(jiàn)影的效果，對(duì)學(xué)生適應(yīng)未來(lái)工作崗位非常有好處。總結(jié)長(zhǎng)期的教學(xué)實(shí)踐，筆者認(rèn)為要想使項(xiàng)目教學(xué)在“金屬材料熱處理”課程中充分發(fā)揮作用，教師應(yīng)把握好以下幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。

2.1充分發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用教師的主要職能應(yīng)從原來(lái)的“教”轉(zhuǎn)變?yōu)椤皩?dǎo)”，具體體現(xiàn)為引導(dǎo)、指導(dǎo)、誘導(dǎo)和教導(dǎo)。教師應(yīng)幫助學(xué)生提出問(wèn)題、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，但是解決問(wèn)題和完成任務(wù)的主角是學(xué)生。對(duì)項(xiàng)目實(shí)施中遇到的關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)，教師應(yīng)簡(jiǎn)明扼要地提出，由學(xué)生通過(guò)自學(xué)方式完成。對(duì)于部分靠學(xué)生自身能力和經(jīng)驗(yàn)難以理解清楚的或者難以解決的問(wèn)題，教師要及時(shí)給予啟發(fā)性的輔導(dǎo)，最好不要直接告訴結(jié)果。教師要充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力，促進(jìn)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和個(gè)性化發(fā)展。對(duì)于項(xiàng)目中的各個(gè)子任務(wù)，教師要嚴(yán)格督促學(xué)生按時(shí)間節(jié)點(diǎn)要求保質(zhì)保量的完成，對(duì)項(xiàng)目實(shí)施的整體情況要有很好的把控。

2.2充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主體性在項(xiàng)目教學(xué)中，學(xué)生不再是被動(dòng)的學(xué)習(xí)者，學(xué)生的學(xué)習(xí)擁有很強(qiáng)的階段目的性。學(xué)生為了解決實(shí)際問(wèn)題，可以運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)、文本資料、認(rèn)知工具，或者與同學(xué)討論交流實(shí)現(xiàn)對(duì)信息的分析和處理，展開(kāi)思維活動(dòng)，不再完全依賴教師的講解。因此，項(xiàng)目教學(xué)擁有天然地激發(fā)學(xué)生自發(fā)學(xué)習(xí)的特點(diǎn)。但是，學(xué)生個(gè)體在智力水平、思維模式、學(xué)習(xí)習(xí)慣方面存在很大差異，教師應(yīng)根據(jù)每個(gè)學(xué)生的情況充分激發(fā)學(xué)習(xí)的主體意識(shí)，只有這樣項(xiàng)目教學(xué)的效果才能充分體現(xiàn)，進(jìn)展起來(lái)也會(huì)事半功倍。

篇（9）

2脈沖電流對(duì)金屬材料性能的影響

有關(guān)研究人員通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，脈沖電流不僅能夠使金屬材料的流變應(yīng)力大大降低，同時(shí)可以有效延長(zhǎng)金屬材料的疲勞壽命。通過(guò)研究高密度脈沖電流對(duì)a-Ti和多晶銅等金屬材料的疲勞性能的影響，發(fā)現(xiàn)針對(duì)a-Ti的低周疲勞，高密度脈沖電流不僅能夠徹底消除軟化過(guò)程中的硬化峰，同時(shí)，還能夠有效降低其疲勞初期的軟化速率。脈沖電流能夠使多晶銅的沿晶斷裂傾向大大降低，有效延長(zhǎng)高多晶銅的疲勞壽命。有研究人員認(rèn)為，高密度脈沖電流不僅在一定程度上影響了次滑移系中的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)，還影響了駐留滑移帶中的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，從而使滑移的均勻性得到有效提升。并且，隨著所施加應(yīng)力的不斷降低，脈沖電流對(duì)多銅晶疲勞壽命的影響也會(huì)相應(yīng)地有所增加。另外，有大量研究證明，用脈沖電流進(jìn)行處理，可以有效減少駐留滑移帶的平均間距和平均寬度，并且有效減小駐留滑移帶和基體界面處的應(yīng)力集中，從而大大延長(zhǎng)其疲勞壽命。除此之外，脈沖電流還能夠有效阻止疲勞裂紋進(jìn)一步擴(kuò)展，使金屬材料的疲勞壽命大大延長(zhǎng)。

篇（10）

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2014）25-0271-02

本科畢業(yè)論文是完成本科教學(xué)計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)本科培養(yǎng)目標(biāo)的重要階段，是人才培養(yǎng)不可缺少的重要環(huán)節(jié)[1]。與其他專業(yè)相比，無(wú)機(jī)非金屬材料專業(yè)具有如下特點(diǎn)：①工作量大。該專業(yè)的學(xué)生通常選題為陶瓷粉體、混凝土、納米材料等方向，而上述材料的制備需要進(jìn)行系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方能獲得較為理想的結(jié)果。在制得產(chǎn)物后，需要借助分析儀器進(jìn)一步對(duì)材料的物相、形貌等進(jìn)行一系列的表征，方能確認(rèn)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)物。有時(shí)還需繼續(xù)研究產(chǎn)物的性能；②結(jié)果具有不確定性。雖然依據(jù)已有文獻(xiàn)，可大致推斷出生成產(chǎn)物，但在實(shí)驗(yàn)時(shí)往往采用新的方法或者對(duì)原有的工藝進(jìn)行改進(jìn)，因此實(shí)驗(yàn)過(guò)程是全新的，只有通過(guò)分析儀器的檢測(cè)方能最終確定實(shí)驗(yàn)產(chǎn)物的實(shí)際組成及形貌，故而經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與預(yù)期不盡相同的情形，需要補(bǔ)做實(shí)驗(yàn)或?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行深入的理論分析。無(wú)機(jī)非金屬材料專業(yè)的畢業(yè)論文是完全依賴實(shí)驗(yàn)結(jié)果而成文的，實(shí)驗(yàn)結(jié)果的好壞直接決定畢業(yè)論文的質(zhì)量。因此，在選題后如何開(kāi)展畢業(yè)論文的實(shí)驗(yàn)、制得產(chǎn)物后如何進(jìn)一步對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)與表征、獲得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)后如何進(jìn)行畢業(yè)論文的撰寫(xiě)，是無(wú)機(jī)非金屬材料專業(yè)的本科生需要重點(diǎn)學(xué)習(xí)和掌握的，也是指導(dǎo)教師需要重點(diǎn)把握和指導(dǎo)的內(nèi)容。本文從高校無(wú)機(jī)非金屬材料專業(yè)本科畢業(yè)論文指導(dǎo)的三個(gè)方面：畢業(yè)論文實(shí)驗(yàn)、數(shù)據(jù)分析、論文撰寫(xiě)分別作以介紹，并對(duì)無(wú)機(jī)非金屬材料專業(yè)畢業(yè)論文撰寫(xiě)中常見(jiàn)的問(wèn)題進(jìn)行分析。

一、畢業(yè)論文實(shí)驗(yàn)

由于選題決定了整個(gè)畢業(yè)論文的方向和內(nèi)容，在進(jìn)行選題時(shí)，需要指導(dǎo)教師提供一個(gè)大致的研究方向與課題，讓學(xué)生下載相關(guān)文獻(xiàn)閱讀，在短時(shí)間內(nèi)對(duì)課題的可行性、可操作性進(jìn)行評(píng)估，并依據(jù)自身的水平判斷自己能否勝任。有的課題在設(shè)計(jì)之初就是探索性的實(shí)驗(yàn)，需要學(xué)生的積極配合與主動(dòng)參與。如果是一個(gè)前沿性的課題，可參考的文獻(xiàn)比較少，學(xué)生覺(jué)得開(kāi)展實(shí)驗(yàn)有困難，則對(duì)其完成論文將是一項(xiàng)不小的考驗(yàn)和挑戰(zhàn)。因此，需要指導(dǎo)教師與學(xué)生共同探討，確立一個(gè)合適選題[2]。在對(duì)課題進(jìn)行充分調(diào)研的基礎(chǔ)上，使學(xué)生了解課題的意義與價(jià)值，熟悉國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展情況，詳細(xì)掌握本課題材料的常用制備方法或者本制備方法制備過(guò)哪些材料。通過(guò)前期調(diào)研，制定符合學(xué)生和實(shí)驗(yàn)室情況的實(shí)驗(yàn)方案，并嚴(yán)格按照進(jìn)度計(jì)劃開(kāi)展實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)時(shí)，要求每個(gè)學(xué)生必須準(zhǔn)備一個(gè)實(shí)驗(yàn)記錄本，詳細(xì)記錄每次實(shí)驗(yàn)的日期、試劑及用量、使用儀器條件、實(shí)驗(yàn)過(guò)程、反應(yīng)現(xiàn)象、產(chǎn)率等數(shù)據(jù)，以備實(shí)驗(yàn)結(jié)果出現(xiàn)問(wèn)題或需要重復(fù)結(jié)果時(shí)有依據(jù)可查。應(yīng)指導(dǎo)學(xué)生規(guī)范操作，比如使用易揮發(fā)、腐蝕性強(qiáng)、有毒物質(zhì)必須帶防護(hù)手套，并在通風(fēng)櫥內(nèi)進(jìn)行，中途不許離崗等等。只有在規(guī)范的操作下，才能得到正確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。任何一個(gè)步驟的疏漏，都會(huì)導(dǎo)致結(jié)果的偏差。例如，在納米材料的制備過(guò)程中，通常應(yīng)該使用去離子水和無(wú)水乙醇分別洗滌3次，而有個(gè)學(xué)生為了節(jié)省時(shí)間只用去離子水和無(wú)水乙醇各洗一次，當(dāng)制備完樣品進(jìn)行檢測(cè)的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)反應(yīng)原料殘余的離子沒(méi)有洗凈，影響了產(chǎn)物的純度，導(dǎo)致該學(xué)生耗費(fèi)了更多的時(shí)間來(lái)補(bǔ)做實(shí)驗(yàn)，重新檢測(cè)。不僅耽誤了實(shí)驗(yàn)進(jìn)度，浪費(fèi)了實(shí)驗(yàn)試劑，同時(shí)也增加了檢測(cè)費(fèi)用。這一方面是由于學(xué)生態(tài)度不夠認(rèn)真，操作不規(guī)范導(dǎo)致的，另一方面也督促指導(dǎo)教師，需要隨時(shí)把握學(xué)生實(shí)驗(yàn)進(jìn)度，在關(guān)鍵的操作環(huán)節(jié)予以指導(dǎo)和點(diǎn)撥，這樣才能保證前期實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確，實(shí)驗(yàn)按照設(shè)定的計(jì)劃完成。

二、數(shù)據(jù)分析

對(duì)于無(wú)機(jī)非金屬材料專業(yè)來(lái)說(shuō)，通常需要借助于X-射線衍射、差熱―熱重分析、紅外光譜、掃描電鏡、透射電鏡等檢測(cè)手段對(duì)材料進(jìn)行表征。其中，前三種檢測(cè)手段的數(shù)據(jù)通常是以“.CSV”格式提供的，需要使用Origin軟件繪圖；后兩種檢測(cè)手段的數(shù)據(jù)通常是以照片形式提供的，但有時(shí)由于技術(shù)原因?qū)е抡掌粔蚯逦龋枰莆誴hotoshop軟件的相關(guān)應(yīng)用。在性能檢測(cè)后，大部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)都是以圖表的形式體現(xiàn)在畢業(yè)論文中的，需要教會(huì)學(xué)生使用相應(yīng)的操作軟件。下面分別對(duì)各軟件涉及數(shù)據(jù)處理的使用要點(diǎn)作以簡(jiǎn)單介紹。

1.Origin使用要點(diǎn)。Origin的使用教程有很多，可讓學(xué)生自行下載學(xué)習(xí)。在畢業(yè)論文撰寫(xiě)的過(guò)程中，需要向?qū)W生強(qiáng)調(diào)圖片格式的問(wèn)題，例如做出的圖片如何插入文檔等。在Origin繪圖后，通常會(huì)出現(xiàn)一個(gè)只有左側(cè)坐標(biāo)軸和下部坐標(biāo)軸的圖形，坐標(biāo)軸刻度向軸外。大多數(shù)學(xué)生在將圖插入文檔時(shí)往往忽略了這一點(diǎn)，沒(méi)有注意到圖形沒(méi)有四周的邊框和刻度問(wèn)題，直接將圖片粘貼到文檔里，導(dǎo)致圖形格式不夠規(guī)范。因此，需要在Origin中將坐標(biāo)軸設(shè)置好。

2.HighScore使用要點(diǎn)。在X-射線衍射檢測(cè)后，指導(dǎo)教師可讓學(xué)生使用Origin繪出產(chǎn)物的譜圖，并與參考文獻(xiàn)中理論產(chǎn)物的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。如果無(wú)雜峰出現(xiàn)，且衍射峰出峰位置、相對(duì)強(qiáng)度與參考文獻(xiàn)均一致可直接認(rèn)定產(chǎn)物；如果是未知產(chǎn)物，只知道物質(zhì)中所含的元素，通常使用“HighScore”軟件進(jìn)行物相匹配，獲得產(chǎn)物的晶相結(jié)構(gòu)。在出現(xiàn)的一系列與產(chǎn)物衍射峰相匹配的卡片中，選擇與理論產(chǎn)物最為接近的即可。若為混合物，則應(yīng)逐個(gè)點(diǎn)擊出現(xiàn)的卡片進(jìn)行對(duì)比分析，確定衍射峰的歸屬。

3.Photoshop使用要點(diǎn)。使用掃描電鏡、透射電鏡檢測(cè)樣品后，當(dāng)噪點(diǎn)較多或者是對(duì)焦不準(zhǔn)確使照片不夠清晰，對(duì)比度較差時(shí)，可使用Photoshop對(duì)照片進(jìn)行簡(jiǎn)單處理。首先，打開(kāi)圖片后，選擇工具欄上的“濾鏡”―“雜色”―“蒙塵與劃痕”（一般選默認(rèn)值即可）―“好”；其次，選擇工具欄上的“圖像”―“調(diào)整”―“曲線”―按住曲線中間黑點(diǎn)進(jìn)行調(diào)節(jié)，至滿意為止―“好”。此外，還可用Photoshop將圖片加上標(biāo)尺等。

三、論文撰寫(xiě)

1.緒論。緒論部分需要查閱大量的參考文獻(xiàn)，指導(dǎo)教師需向?qū)W生強(qiáng)調(diào)應(yīng)查找最新的、與課題緊密相關(guān)的中文及外文文獻(xiàn)，包括專著、資料等，查閱的資料要有學(xué)術(shù)性、前沿性、理論性。直接查閱的文獻(xiàn)不應(yīng)少于10篇，在撰寫(xiě)緒論部分時(shí)要緊扣論文題目，注意行文邏輯順序，通常按如下層次撰寫(xiě)：①引言：介紹研究?jī)?nèi)容及其作用（意義）有何價(jià)值及應(yīng)用；②國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展：該項(xiàng)工作（或者該項(xiàng)方法等）目前在國(guó)內(nèi)、國(guó)外的研究進(jìn)展情況，存在哪些不足或在哪些地方尚需改進(jìn)；③本課題闡述：介紹該項(xiàng)工作目前在哪些領(lǐng)域進(jìn)行了應(yīng)用，或該方法目前已應(yīng)用在哪些材料制備中；④本文的研究目的與內(nèi)容。

2.材料與方法。在本科生的畢業(yè)論文中，通常可將材料與方法單列一章，詳細(xì)介紹本實(shí)驗(yàn)使用的試劑、儀器及樣品制備及檢測(cè)方法。若論文研究?jī)?nèi)容較多，在制備不同條件下樣品時(shí)，使用的儀器與試劑有較大變化，需要各列成章，則“材料與方法”內(nèi)容可放入各章中分別介紹即可。

3.結(jié)果與討論。此部分為整個(gè)畢業(yè)論文的核心部分，不僅是對(duì)前期實(shí)驗(yàn)結(jié)果的一個(gè)匯總，更能夠體現(xiàn)本科生進(jìn)行數(shù)據(jù)分析的能力。因此，需要學(xué)生考察不同條件下樣品的性能進(jìn)行比較，從而得出最佳條件，并將繪制好的圖片放入，對(duì)其中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、比對(duì)。

4.結(jié)論。結(jié)論部分往往是提綱挈領(lǐng)的，是對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論后的升華與凝練。結(jié)論部分反映出學(xué)生的論文工作是否有意義，對(duì)其他實(shí)驗(yàn)是否有借鑒作用。

5.摘要。論文的摘要是整個(gè)論文畫(huà)龍點(diǎn)睛的部分，需要重點(diǎn)介紹：課題的意義、實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、結(jié)論。通常摘要部分應(yīng)該在完成前面幾部分內(nèi)容后最后撰寫(xiě)。在論文撰寫(xiě)過(guò)程中應(yīng)力爭(zhēng)做到“三符”：符合格式規(guī)范、符合認(rèn)知順序、符合嚴(yán)謹(jǐn)行文。

四、畢業(yè)論文撰寫(xiě)過(guò)程中的常見(jiàn)問(wèn)題

1.實(shí)驗(yàn)記錄不清。在剛開(kāi)始做實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，很多學(xué)生能夠把實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄得很好，但是隨著實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展，由于忙于實(shí)驗(yàn)操作，往往就遺漏了數(shù)據(jù)的記錄，導(dǎo)致數(shù)據(jù)記錄不詳盡。因此，需要指導(dǎo)教師反復(fù)向?qū)W生強(qiáng)調(diào)做好實(shí)驗(yàn)記錄的重要性，并定期進(jìn)行檢查。

2.格式不夠規(guī)范。格式規(guī)范的畢業(yè)論文，不僅能夠準(zhǔn)確反映論文的真實(shí)數(shù)據(jù)，同時(shí)也是學(xué)生自身綜合素質(zhì)的體現(xiàn)，很多學(xué)生的畢業(yè)論文中存在角標(biāo)不規(guī)范、標(biāo)題格式不正確、參考文獻(xiàn)引用混亂等問(wèn)題，因此，需要引導(dǎo)學(xué)生在撰寫(xiě)論文的過(guò)程中養(yǎng)成良好的習(xí)慣，認(rèn)真檢查每一處錯(cuò)誤。

3.理論深度不足。通過(guò)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)以及畢業(yè)論文實(shí)驗(yàn)的操作后，大部分本科生沒(méi)有將各項(xiàng)知識(shí)融會(huì)貫通的能力，因此，在數(shù)據(jù)分析時(shí)，需要教師加大力度指導(dǎo)，使學(xué)生知其然知其所以然，從而加深對(duì)課題意義和價(jià)值的進(jìn)一步理解。

總之，在無(wú)機(jī)非金屬材料專業(yè)畢業(yè)論文撰寫(xiě)的過(guò)程中，需要指導(dǎo)教師全程指導(dǎo)、用心指導(dǎo)。高質(zhì)量的本科畢業(yè)論文不僅僅反映了學(xué)生的綜合能力，也體現(xiàn)了學(xué)校的整體教學(xué)水平。廣大論文指導(dǎo)教師都應(yīng)重視這項(xiàng)工作，不斷積累經(jīng)驗(yàn)，集思廣益，從而推動(dòng)學(xué)校教學(xué)水平的進(jìn)一步提高。

參考文獻(xiàn)：

篇（11）

中圖分類號(hào)：TU5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，低溫技術(shù)也迅速地滲透到各個(gè)科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)，而且成為尖端科學(xué)技術(shù)的一個(gè)組成部分。低溫技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，又伴隨低溫用材料，首先是金屬材料的研究。近年來(lái)低溫金屬材料的機(jī)械性能的研究已成為材料學(xué)科的一個(gè)重要分支，各國(guó)科學(xué)工作者已做了不少工作。

一、金屬材料的特點(diǎn)

溫度降低，通過(guò)金屬材料低溫拉伸試驗(yàn)表明，金屬材料會(huì)變得比降低溫度前脆。

常溫下的脆性破壞與金屬材料的冷脆斷裂基本相同。斷裂前無(wú)明顯塑性變形，斷口齊平，突然發(fā)生，裂紋起源于構(gòu)件應(yīng)力集中或材料組織中的缺陷處，并快速擴(kuò)展。構(gòu)件的冷脆破壞危害性極大，無(wú)法控制和預(yù)告，一旦發(fā)生，整個(gè)結(jié)構(gòu)瞬間崩潰。

在低溫下并非所有的金屬都會(huì)發(fā)生冷脆，金屬的晶格類型與冷脆性有關(guān)。

金屬晶格有面心立方晶格、體心立方晶格、密排六方晶格等3種類型，見(jiàn)圖1。

圖13種常見(jiàn)金屬晶格結(jié)構(gòu)

立方體的8個(gè)頂角和6個(gè)面的中心在面心立方晶格上各有一個(gè)原子，銅、鎳、銀、金、鋁及高溫、合金下的鐵(奧氏體鋼)屬于這種晶格；立方體的8個(gè)頂角和中心在體心立方晶格中各有1個(gè)原子，例如室溫下的鐵(普通鋼材) 以及鎢、鉻、鉬、鈉；密排六方晶格棱體的中心平面有3個(gè)原子，12個(gè)頂角和上下底面的中心處各有1個(gè)原子，鋅、鎂、鈦(α-Ti)均屬這一類型。

二、金屬材料的低溫蠕變的機(jī)理

金屬材料的低溫蠕變是位錯(cuò)理論的發(fā)展。由活化能Q1和活化體積V1來(lái)分析比較各種金屬材料的低溫蠕變。Q1和V1分別有如下的表達(dá)式：

式中，ε′為蠕變應(yīng)變速率(s-1)；:為作用在位錯(cuò)上的有效應(yīng)力(MPa )；Q1為活化能( J/mol)；V1為活化體積(m3)；k為玻爾茲曼常數(shù):T為溫度(K)。

Q1、V1也可通過(guò)不。同應(yīng)力加載速率和不同溫度下的拉伸試驗(yàn)近似求出：

式中，Q:為由拉伸試驗(yàn)計(jì)算出的活化能(J/mol ) :V:為由拉伸試驗(yàn)計(jì)算出的活化體積(m3)； τ′為形變應(yīng)力(MPa)。部份金屬材料的活化能Q、活化體積V值見(jiàn)表1(表1中的Q0系零應(yīng)力下克服障礙所需的活化能)。

圖 2金屬材料的典型蠕變曲線

這些理論用于解釋不同金屬材料在不同溫度下的蠕變機(jī)理。位錯(cuò)交截機(jī)理就是加工硬化機(jī)理，塑性形變就是晶粒中位錯(cuò)的滑移。在位錯(cuò)的雙扭折成核機(jī)理中，位錯(cuò)系克服晶格阻力進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。這個(gè)晶格阻力也稱為皮爾斯(Peierls)勢(shì)能，見(jiàn)圖1。在此機(jī)理中，活化能和活化體積都比較小，圖2中的b為金屬物理中的柏格斯矢量(單位為m)。其中活化能約為扭折能量的數(shù)量級(jí)，在面心立方(FCC)金屬中，活化能小于0，1eV:活化體積為掃描面積乘以位錯(cuò)高。在體心立方金屬中，雙扭折成核機(jī)理用于解釋低溫塑性形變的原因。因?yàn)檫@時(shí)的皮爾斯勢(shì)能比密集堆積的應(yīng)力大，是位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的主要阻力。在面心立方、六方金屬中也同樣存在這種機(jī)理。通過(guò)對(duì)銅的內(nèi)摩擦試驗(yàn)，測(cè)出銅的雙扭折能量為0，04eV:而蠕變?cè)囼?yàn)中測(cè)量出來(lái)的數(shù)值為0，045eV。這就說(shuō)明銅在低溫下的穩(wěn)態(tài)蠕變可用雙扭折成核機(jī)理來(lái)解釋。

圖3雙扭折理論中，位錯(cuò)線克服皮爾斯勢(shì)能示意圖

三、金屬材料的低溫蠕變數(shù)據(jù)及變化規(guī)律

表1給出了部分金屬材料的低溫塑性形變的數(shù)據(jù)。圖4給出了不同溫度和應(yīng)力下銅的蠕變速率。

圖4銅的穩(wěn)態(tài)蠕變速率

當(dāng)所受的應(yīng)力增加時(shí)，低溫蠕變應(yīng)力和蠕變速率都增加。溫度越低，蠕變速率也越低。表1和表2為面心立方金屬材料的低溫塑性形變數(shù)據(jù)和六方金屬材料的低溫塑性形變數(shù)據(jù)

表1面心立方金屬材料的低通塑性形變數(shù)據(jù)

表2六方金屬材料的低溫塑性形變數(shù)據(jù)

四、金屬的韌性—脆性轉(zhuǎn)變

總希望在工程應(yīng)用中，避免危險(xiǎn)的脆性斷裂，結(jié)構(gòu)件處于韌性狀態(tài)。這不僅取決于材料本身的合金種類、組織結(jié)構(gòu)、結(jié)晶粒度、成分等，還取決于工作溫度、應(yīng)力狀態(tài)、加載速率等外部因素。

（一）、溫度、應(yīng)力和加載速率的影響

切口試件的切口根部處于易發(fā)生脆性斷裂，多向拉伸應(yīng)力狀態(tài)，且韌—脆轉(zhuǎn)變溫度提高，這不利于構(gòu)件的安全服役。低于臨界溫度，發(fā)生脆性斷裂；在室溫或高溫下，普通碳鋼斷裂前有較大的塑性變形，是韌斷。加載速率提高，易增加脆性傾向，激發(fā)解理斷裂。因此，誘發(fā)材料脆斷的3個(gè)因素是低溫、切口和高速加載。

（二）、金屬材料微觀結(jié)構(gòu)的影響

對(duì)沖擊韌性和韌—脆轉(zhuǎn)化溫度由于鋼的成分、組織和冶金質(zhì)量有很大的影響。晶格類型的影響。面心立方晶格的金屬韌性好、塑性性，是因?yàn)樵摻饘倩葡刀啵也粫?huì)解理斷裂，易出現(xiàn)多系滑移，也沒(méi)有韌—脆轉(zhuǎn)變。它的韌性狀態(tài)，常用于低溫結(jié)構(gòu)工程，可以維持到低溫。

體心和密排六方晶格的金屬韌性較差、塑性，韌—脆轉(zhuǎn)變受加載速率及溫度的影響很大，在高加載速率和低溫下，易激發(fā)解理斷裂、發(fā)生孿晶。溶于體心立方晶格中微量的氧、氮及間隙原子都會(huì)阻礙滑移，促進(jìn)其脆斷。

實(shí)踐證明，在低溫下金屬的性能與常溫表現(xiàn)不同，隨著溫度的降低或升高，物體的某些機(jī)械性質(zhì)發(fā)生變化。常溫下，金屬材料中原子的結(jié)合彈性好，較疏松，對(duì)金屬的外部沖擊能量能吸收較多；原子在低溫情況下，由于彈性差，結(jié)合得較緊密，外來(lái)能量只能吸收極少，材料因其原子周圍的 “粘結(jié)力”減弱和自由電子活動(dòng)能力而呈現(xiàn)脆性。因此，低溫下的材料容易脆斷。

低溫韌性指標(biāo)規(guī)定: -40℃時(shí)，沖擊韌性必須不小于3 (kg·m) /cm2。服役的零件，在低溫下最低工作溫度一定要比材料的臨界脆化溫度大。工作溫度對(duì)于重要零件，一定要高于韌-脆轉(zhuǎn)化溫度67℃。

五、低溫材料的應(yīng)用

工程上，一般將達(dá)到永久形變的0，2%形變作為材料的屈服數(shù)據(jù)，因此，也可將蠕變形變達(dá)0，2%永久形變作為蠕變的極限。從表1至表3可知不少材料的α值很小。代入公式后算出約需15年才可達(dá)到0，2%永久形變。這樣的低溫結(jié)構(gòu)材料是很穩(wěn)定的。蠕變對(duì)其沒(méi)有什么影響。但在穩(wěn)態(tài)蠕變中，銅的蠕變速率為10-10/s。只需0，63年就可達(dá)到0，2&永久形變(77~90K)。一旦超過(guò)這一極限，材料將進(jìn)入第三階段蠕變，很快會(huì)導(dǎo)致材料斷裂。因此，低溫蠕變數(shù)據(jù)為判斷金屬材料的低溫壽命的重要數(shù)據(jù)之一。

低溫用鋼按化學(xué)成分不同分為3類:中合金鋼、低合金鐵素體鋼及高合金奧氏體鋼。工程結(jié)構(gòu)寒冷地區(qū)的材料通常采用低合金鐵素體鋼。

面心立方晶格的奧氏體不銹鋼和鋁、銅合金是非冷脆材料的“主力”，是非常優(yōu)良的低溫材料，尤其是不銹鋼。從食品冷凍工業(yè)到-100℃的分離裝置、天然氣分餾；從液態(tài)空氣分離設(shè)備到液體燃料火箭推進(jìn)器，都有廣泛的應(yīng)用。

碳、磷、氧等雜質(zhì)元素會(huì)導(dǎo)致冷脆性的加劇，因此低溫鋼冶煉對(duì)雜質(zhì)含量必須控制。而加入定量的硅、鎳、錳等元素對(duì)低溫性能可以改善，它們降低臨界脆性溫度，使晶粒變細(xì)。為了消除各個(gè)方向性能上的差異，提高低溫鋼的質(zhì)量，生產(chǎn)低溫鋼板可以采用橫向和縱向交替軋制的方法。

低碳馬氏體型低溫用鋼屬于該類鋼的主要合金元素9%Ni(1Ni9)，從公布的資料來(lái)看，合金元素鎳可以部分替代元素碳而改善鐵素體的低溫韌性、從而降低TC。為了保證鋼的韌性和塑性，必須限制碳、氮的含量。

結(jié)束語(yǔ)

目前，美、蘇各國(guó)都在盡力研制新牌號(hào)的鈦合金，他們只注重性能，不注重成分。相信隨著科技的發(fā)展，我國(guó)在低溫用材料的研究方面，會(huì)更加深入，更加廣泛的研究與應(yīng)用。