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金属材料论文

金属材料论文

金属材料论文范文第1篇

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

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

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

2纳米材料的制备与合成

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

3纳米材料的奇异性能

1)原子的扩散行为

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

2)力学性能

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

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

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

研究纳米晶金属间化合物的主要动机是探索改进金属间化合物的室温韧性的可能性。Bohn等首先提出纳米晶金属化合物几种潜在的优越性。其中包括提高强度和韧性。Haubold及合作者研究了IGC法制备的NiAl的力学性能,但仅限于单一样品在不同温度退火后的硬度测量。Smith通过球磨NiAl得到晶粒尺寸从微米级至纳米级的样品,进行了"微型盘弯曲试验",观察到含碳量低的材料略表现出韧性,而含碳多的材料没有韧性。最近Choudry等用"双向盘弯曲试验"研究了纳米晶NiAl,发现晶粒小于10nm时,屈服强度高干粗晶NiAl,且在室温下有韧性,对形变的贡献主要源于由扩散控制的晶界滑移。室温压缩实验显示由球磨粉末固结成的纳米晶Fe-28Al-2Cr具有良好的塑性(真应变大于1.4),且屈服强度高(是粗晶的1O倍)。测量TiAl(平均晶粒尺寸约10nm)的压缩蠕变(高温下测量硬度随着恒载荷加载时间的变化)表明,在起始的快速蠕变之后,第二阶段蠕变非常缓慢,这意味着发生了扩散控制的形变过程。低温时(低于扩散蠕变开始温度),纳米晶的硬度变化很小。观察到的硬度随着温度升高而下降,原因之一是压头载荷使样品进一步致密化,而主要是因为材料流变加快。Mishra等报道,在750~950°C,10-5~10-3s-1的应变速率范围,纳米晶Ti-47.5Al-3Cr(g-TiAl)合金的形变应力指数约为6,说明其形变机制为攀移位错控制。

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

3)纳米晶金属的磁性

早期的研究发现。纳米晶Fe的饱和磁化强度试比普通块材a-Fe约低40%。Wagner等用小角中子散射(SANS)实验证实纳米晶Fe由铁磁性的晶粒和非铁磁性(或弱铁磁性)的界面区域构成,界面区域体积约占一半。纳米晶Fe的磁交互作用不仅限于单个晶粒,而且可以扩展越过界面,使数百个晶粒磁化排列。Daroezi等证实球磨形成的纳米晶Fe和Ni的饱和磁化强度与晶粒尺寸(50mm~7nm)无关,但纳米晶的饱和磁化曲线形状不同于微米晶材料。随着晶粒减小,矫顽力显著增加。Schaefer等报道,纳米晶Ni中界面原子的磁拒降低至0.34mB/原子(块状Ni为0.6mB/原子),界面组份的居里温度(545K)比块状晶体Ni的(630K)低。最近的研究还发现,制备时残留在纳米晶Ni中的内应力对磁性的影响很大,纳米晶Ni的饱和磁化强度与粗晶Ni基本相同。

Yoshizawa等报道了快淬的FeCuNbSiB非晶在初生晶化后,软磁性能良好,可与被莫合金和最好的Co基调合金相媲美,且饱和磁化强度很高(Bs约为1.3T)。其典型成份为Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9称为"Finemet"。性能最佳的结构为a-Fe(Si)相(12~20nm)镶嵌在剩余的非晶格基体上。软磁性能好的原因之一被认为是铁磁交互作用。单个晶粒的局部磁晶体各向异性被有效地降低。其二是晶化处理后,形成富Si的a-Fe相,他和磁致伸缩系数ls下降到2′10-6。继Finemet之后,90年代初又发展了新一族纳米晶软磁合金Fe-Zr-(Cu)-B-(Si)系列(称为''''Nanoperm")。退火后,这类合金形成的bcc相晶粒尺寸为10~20nm,饱和磁化强度可达1.5~1.7T,磁导率达到48000(lkHz)。铁芯损耗低,例如,Fe86Zr7B6Cu1合金的铁芯损耗为66mW·g-1(在1T,50Hz条件下),比目前做变压器铁芯的Fe78Si9B13非晶合金和bccFe-3.5%Si合金小45%和95%,实用前景非常诱人。

4)催化及贮氢性能

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

Sakas等报道了纳米晶5%(inmass)Li-MgO(平均直径5.2nm,比表面面积750m2·g-1)的催化活性。它对甲烷向高级烃转化的催化效果很好,催化激活温度比普通Li浸渗的MgO至少低200°C,尽管略有烧结发生,纳米材料的平均活性也比普通材料高3.3倍。

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

FeTi和Mg2Ni是贮氢材料的重要候选合金。其缺点是吸氢很慢,必须进行活化处理,即多次地进行吸氢----脱氢过程。Zaluski等最近报道,用球磨Mg和Ni粉末可直接形成化学当量的Mg2Ni,晶粒平均尺寸为20~30nm,吸氢性能比普通多晶材料好得多。普通多晶Mg2Ni的吸氢只能在高温下进行(如果氢压力小于20Pa,温度必须高于250°C),低温吸氢则需要长时间和高的氢压力,例如200°C、120bar(lbar=0.1Mpa),2天。纳米晶Mg2Ni在200°C以下,即可吸氢,毋须活化处理。300°C第一次氢化循环后,含氢可达~3.4%(inmass)。在以后的循环过程中,吸氢比普通多晶材料快4倍。纳米晶FeTi的吸氢活化性能明显优于普通多晶材料。普通多晶FeTi的活化过程是:在真空中加热到400~450℃,随后在约7Pa的H2中退火、冷却至室温再暴露于压力较高(35~65Pa)的氢中,激活过程需重复几次。而球磨形成的纳米晶FeTi只需在400℃真空中退火0.5h,便足以完成全部的氢吸收循环。纳米晶FeTi合金由纳米晶粒和高度无序的晶界区域(约占材料的20%~30%)构成。4纳米材料应用示例

目前纳米材料主要用于下列方面:

l)高硬度、耐磨WC-Co纳米复合材料

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

2)纳米结构软磁材料

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

3)电沉积纳米晶Ni

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

4)Al基纳米复合材料

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

5结语

金属材料论文范文第2篇

1教学体系的的创新

我国的经济发展为目前的无机非金属材料工程专业的改革提供了方向,做好基础性、根本性、原则性的工作任务是目前应该完成的要求,教学体系的改革首当其冲。当前专业的培养目标是:培养政治上合格的,在无机非金属材料学科领域内有广阔而扎实的理论基础、适应能力强、具有创新精神和技术开发能力的高级专门人才。无机非金属材料工程专业的课程体系改革应该从以下三个方面着手:首先加强科学基础以及计算机基础技术的学习,随着科技的发展,科学技术无疑成为了影响社会生产的第一要素,强化学生的自然科学基础能力同时结合计算机技术的适用,在加强其对自然科学本质理解的情况下,显著提高其运用科学技术解决基本问题的能力和速度;其次是重视对工程基础的学习,在无机非金属材料工程专业中,基础知识的学习能提高学生的工作适应能力,掌握了工程技术的共同理论、共同技术,即使就业工程中专业知识有所偏差,也能利用基础知识弥补,强化学生适应人才市场缺口的问题;最后,建立完善的学科专业知识实践教学平台,为了培养更全面的应用型人才,针对地方经济发展以及人才缺口方向,加大对实践教学环节的重视有利于让学生走入工作岗位就能迅速为企业创造产业价值,理应成为本次教学课程改革的重点,因此强化无机材料科学基础、热工基础以及水泥等研究方法和实验等实践环节至关重要。具体到应用步骤,应加大对每一个环节的检查力度,教师做出相应的实践要求,一环扣一环,分步完成。保证学生的实践环节无论是设计或是草图绘制等阶段都有配套的记录,以便于对实践教学质量的控制。同时,让学生运用所学知识进行实验,从事实验操作并对实验结果进行数据处理、误差分析,有助于观察问题、解决问题能力的提高。

2建构应用型人才培养体系

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

二结语

金属材料论文范文第3篇

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

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

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

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

作者:徐萌李俊峰单位:齐齐哈尔大学美术与艺术设计学院

金属材料论文范文第4篇

关键词:无机非金属材料工程;本科生毕业论文;教学质量

中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2015)44-0070-03

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

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

一、毕业论文中存在的主要问题

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

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

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

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

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

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

二、毕业论文质量问题产生的原因

(一)学生自身的原因

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

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

(二)指导教师的原因

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

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

(三)管理制度的原因

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

三、提高本科毕业论文质量的举措

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

(一)开放选题

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

(二)提前启动毕业论文

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

(三)突出学生主体地位,强调主动性

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

(四)提高教师指导水平和积极性,加强教师指导

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

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

(五)加强毕业论文过程管理

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

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

四、结语

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

参考文献:

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[4]呼汉卫,刘正远,张茂仁,等.保证本科毕业论文(设计)质量的探索与思考[J].沈阳农业大学学报(社会科学版),2007,9(3):394-396.

金属材料论文范文第5篇

一般情况下,对于晶界工程进行形变热处理工艺的途径主要有变形、退火,而对于工艺系数的控制需要对多晶体金属材料的变形量、退火时间和退火温度等进行科学合理的控制。为了能够使金属材料的晶粒更加得到细化,可以采用对金属材料进行轧制等变形工艺进行加工,采取这一变形工艺还能够促使在接下来的退火过程殊晶界的产生。如表1所示,就是在晶界工程中采取的形变热处理工艺的总结表格。1.反复再结晶。反复再结晶指的是对金属材料采取20%~30%的形变工艺以及使用再结晶退火工艺,同时对其形变和再结晶退火过程进行反复多次,其中,再结晶退火的时间要控制在20min以内。2.单步再结晶。单步再结晶就是指对金属材料采取50%~70%的中等变形工艺之后再使其处于较高的温度下进行短时退火,一般来说短时退火的时间在1~2min内。3.反复应变退火。反复应变退火指的是对金属材料采取2%~6%的微小变形之后再让其置于较高温度下进行短时退火的工艺,也可以是当金属材料进行微小变形之后使其在比较低的温度下进行长时间的退火工艺。其中,高温下的短时退火时间要求控制在几分钟之内,而低温下的长时间退火则要求有1~20h,并且退火处理的过程要求要进行反复多次。由于反复应变退火产生的变形量比较小,而在退火的过程中却很难再对金属材料的再结晶提供所需的驱动力,这样一来就无法使金属材料出现再结晶的情况,因此可以说,此工艺实际上是属于一个回复、重复、反复的过程。4.单步应变退火。单步应变退火指的是对金属材料进行6%~8%的较小变形或者是充分利用金属材料中所剩余的应变力作为进行退火工艺的一个驱动力,将其置于低温下进行长达数十小时的退火过程。通过采用以上几种工艺都能够使晶界的移动性得到明显的提高,从而有助于特殊晶界的产生,并且最后使金属材料的性能得以明显提高,由此可见,由于受到不同变形量所具有的形变以及之后热处理工艺之间的不同的影响,要想更好地使晶界工程得以实现,最好的途径就是对以上几种工艺进行综合性的复合运用。

二、晶界特征分布的优化工艺

(一)晶界特征分布的优化工艺判断。对于金属材料是否已经完成了晶界特征分布的优化,若是单凭低ΣCSL晶界所具有的比例来判断是不够科学和不具充分性的。这是由于在特殊晶界中,其所具有的较高比例会因为对一般较大角度的晶界网络无法进行阻断的时候,那么金属材料的晶界特征分布优化就无法达到效果,就无法对晶界所具有的开裂、腐蚀等性能进行提高,同时,对于特殊晶界来说,并不是在任何条件下都能够将其的特殊性能进行表现。因此,这就要求对特殊晶界的比例、网络结构和特性等进行综合性的考虑,才能够对晶界特征分布优化工艺的效果进行科学合理全面性的准确判断。

(二)晶界特征分布的优化工艺研究的发展。20世纪60年代以来,材料科学得到了快速的发展,人们对于晶界的结构和行为也都有了更加深入的研究,从中获得了有关于晶界结构和晶界特征的重要数据信息。但是一直以来对于多晶体金属材料性能的应用大都局限于细化晶粒上,直到20世纪80年代中期,才开始有科学研究者提出了晶界特征分布这个概念,同时提出的概念还有“晶界设计”。经过了科学研究人员几十年来的不懈努力和研究,在铝合金、奥氏体不锈钢、镍基合金、铜合金等各种金属材料中所采取的晶界特征分布优化工艺都获得了重大的突破和发展。

三、结语