時間：2023-03-20 16:25:14
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1.1一維的研究歷程作為機械系統的基本構件的一維納米結構,其理論和實驗研究受到世界范圍內的廣泛關注.在過去，由于納米絲的力學實驗受到實驗環境的制約,在普通的實驗室無法進行,然而計算機模擬可以通過原子運動的演化過程展示納米結構的變形情況及其內在機理,有效彌補了這一缺陷.
1.1.1中國科學技術大學教授倪向貴等眾多科學家對納米銅絲、納米鎳絲、等進行了拉伸過程的模擬實驗,重點放在納米結構與能量應力變化的模擬研究上面,以及表面效應如何影響單晶納米材料的整體力學和原子運動的各種行為,根據反復的實踐和精確的計算，終于研究出了納米材料的破壞失效原理.這一實驗同時也表明通過建立模擬模型和有效的計算方法能非常有效地模擬納米金屬材料在微觀方面的變化過程.
1.1.2梁海弋等一批科學家利用EAM原子勢函數的相關原理模擬研究了納米銅絲的拉伸性能.結果表明，截面的變化對直接影響納米絲拉伸性能.這是由于表面原子松散,納米絲的表面張應力等綜合因素造成的.而且拉伸強度會隨著納米絲截面減小而提高，同時會推遲屈服和增加初始拉伸模量的軟化程度.
1.2二維的研究歷程在納米薄膜的制備研究過程中,得出了很多薄膜生長現象,人們需要對其從理論計算上進行科學的解釋.日本的Huang等一批科學家對Au原子在MgO表面（100）點缺陷處的團簇生長進行了模擬實驗,同時也進行了Au原子擴散聚集對成膜的模擬研究;通過研究得出，原子的幾何形狀會隨著擴散力的不同以及能量的不同而發生變化.我國知名科學家張慶瑜在分子動力學研究的基礎上建立了氣相沉積原子動力學模型,同時采用MonteCarlo方法對Au外延薄膜的初期生長過程也進行了模擬研究,指出了薄膜外延生長會隨基體溫度的變化而發生怎樣的變化.劉祖黎等一批科學家采用MonteCarlo模型探索出了Pt/Pt（Ⅲ）薄膜生長初始階段島的形貌與基底溫度之間的具體關系.模型中充分考慮了吸附原子擴散、原子沉積與蒸發等過程,與過去的模型不同的是采用Morse勢來計算粒子之間的相互作用,并詳細充分考慮了臨近和次臨近原子所產生的影響.研究結果表明,島的形貌隨基底溫度的升高,從一個分形生長到凝聚生長的變化全過程.通過進一步的深入研究表明,島的形貌和基底形貌兩者之間的關系會隨著基底溫度的升高發生顯著的變化,而基底溫度低時,島的形狀與基底形貌沒有任何關聯.
2目前計算機模擬研究需要解決的問題
一般來說，納米金屬材料的計算模擬方法所采用的大多都是原子級模擬技術,它是將納米金屬材料作為數量較多的單個金屬原子的集合體,并且將每個金屬原子當作彼此獨立的研究單元來進行模擬實驗,然后通過統計力學和經典力學對其進行規律性的描述,并預測納米金屬材料的微觀結構以及功能.但是由于納米金屬材料自身結構非常復雜，以及它對周圍環境無法得到迅速的反應,所以目前還無法運用相關的模擬技術來得到理想的答案.本人建議可以從以下方面進行努力：
2.1選定模擬算法在進行納米金屬材料分子動力學的模擬實驗中,應當是對包括金屬、氧化物、金屬氧化物等一系列的多原子體系實驗.因為原子間的作用是一個多體效應,在這個效應當中所有的粒子會全部聚集到一起,是無法采用解析的方法進行求解的.這時我們可以選用有限差分方法來進行求解,目前運用的最多的包括：蛙跳法、預測-校正算法和Verlet算法三種類型.值得注意的是，雖然目前的計算機技術發展迅速,但是純粹依賴提高單個CPU的計算速度根本就不能滿足越來越繁瑣的計算需要,鑒于此，我們可以考慮進行并行化進行計算，這樣會更加有效.
2.2要充分考慮粒子間的相互作用微觀粒子的運動本來是需要使用量子力學來進行描述的,但納米金屬材料的結構與性能往往會涉及到大量微觀粒子而且還是多體作用,因此用量子力學第一性原理來對粒子間相互作用求解并非易事,而絕大多數模擬認為粒子的運動遵循牛頓力學規律,因此可以考慮采用半經驗的原子間相互作用勢來對粒子間的作用進行描述.一般來講，勢函數是否可靠決定了一個分子動力學模擬能否成功.原子或者離子間的相互作用勢越復雜、擬合性質越多就越與實際的相互作用接近,不過越復雜的相互作用同時也會加大計算量和模擬量,因此在構建或使用原子間相互作用勢的過程中,應根據所要研究的問題的具體情況,選擇既能反映相互作用的本質,又可以在計算上切實可行的相互作用勢.
2.3處理和分析模擬結果找到一種合適的分析模擬結果的方法對于計算機模擬來說是至關重要的.通常情況下，模擬的軌跡文件只包含了各個粒子的位置、速度和力的相關信息,因此一定要對這些信息進行有效的處理以后才能得到想要的物理量.而計算機模擬走向應用的關鍵之處在于，找到合適的方法處理結果,將宏觀現象與微觀軌跡進行有機聯系.模擬結果的處理無疑會是一個非常復雜的過程,其重點問題是要從MD模擬的軌跡文件中講可與實驗直接比較的統計量提取出來.除此之外,軌跡中的坐標信息對于分析結構體系信息也十分重要,而這卻是非常耗時的工作過程.
3結束語
首先，考慮到難加工金屬材料特殊的硬度和強度，需要更大的切削力，相比于普通材料力度要提高3～4倍，這無疑增加了切削的難度。其次，考慮到難加工金屬材料的低導熱率，其具有著較高的切削溫度，很容易使材料表面形成燒傷、劃痕等嚴重的質量問題。最后，考慮到在進行切削時道具很容易發生磨損，進而降低了刀具的使用壽命，并且在高溫環境下，難加工金屬材料的化學活性很高，在熱力的作用下很容易形成有關鈦的氧化物，這些氧化物反作用于工件，使其韌性降低，切削難度進一步加大。以上因素說明對難加工金屬材料進行切削具有一定的難度。
2基于RBF神經網絡的數控加工控制方法
2．1RBF神經網絡及相關算法概述下頁如圖1所示，RFB的每一個神經元同輸入層連接的向量W1i與輸入的矢量Xq的距離設為b1，輸入y＝radbas［dis（W，x）×b］，并且輸出層的神經元對相應的輸出函數采用線形的加權組合。對于基函數大齒常采用高斯函數：對于RBF的初始化及相關的學習可以參照圖2。在進行訓練前，先輸入矢量X，與之對應的是目標矢量T以及徑向基函數的一個拓展常數C。具體的訓練目的是，求W1，W2以及b1和b2。當系統完成所有輸入值的聚類以后，會自動求得每個隱層節點RBF的中心ci，進而確定相應的W1。在改進方法上，主要是針對第0個神經元進行初始的訓練，排查出錯誤后自動的增加神經元［2］。
2．2難加工金屬材料的RBF監控系統難加工金屬材料的RBF監控系統構造如圖3所示。整個系統采用的是M317069的速度傳感器進行測速，SZMB－9的磁電轉速傳感器進行轉速的測定，HK－NS－WY04的位移變送器進行對吃刀量的檢測。一旦檢測到加工過程存在問題，系統就會實行自主的參數控制。該系統的工作原理如圖4所示，神經網絡所采用的最基本單元是神經元結構的模型。它的輸入模式具有線性不可分性，考慮到這些實行的是多層化的感知器網絡，以實現多層次的網絡輸出，若最終的輸出結果不是想要的，可以通過修改各個感知器的權值來達到目的。
3結語
為21世紀化工行業培養合格的金屬材料工程專業人才，自2006年以來，沈陽化工大學金屬材料工程專業對教學內容、課程設置、課程體系進行了統籌規劃和整體安排。經過幾年的改革和實踐，建立了具有化工行業特點及金屬材料工程專業特色、科學合理的教學內容與課程體系。一方面，課程設置與專業特色相契合，再結合沈陽化工大學的化工特色，針對化工單元設備的主要加工方法，如壓力加工、焊接、機械加工及化工單元設備的腐蝕問題，對課程設置、課程體系統籌規劃、整體安排，構建具有化工行業特色及金屬材料工程專業特點、科學合理的新的課程教學體系。強化金屬塑性加工原理、焊接冶金學、焊接工藝與設備、金屬腐蝕與防護、金屬熱處理和材料無損檢測等主要專業課程。在課程教學中，結合金屬材料工程專業的特色，不斷進行教學內容與教學方法的改革。采用將教學內容與工程實際、工程法規、工程問題、典型產品相結合，尤其與化工生產和化工設備制造過程相結合的案例教學。典型課程如，金屬塑性加工原理、焊接工藝與設備及腐蝕與防護等都是以化工單元設備生產過程為背景的案例教學方法，著力打造精品課程，形成部分專業課程特色教材，加強金屬工程材料專業本科學生能力和素質的培養，對其他課程的教學起到了示范作用，推動了教學改革的深入進行，提高了教學質量。另一方面，以強化工程實踐能力、工程設計能力與工程創新能力為核心，實踐內容貫穿培養過程的始終。首先，增加課程實驗，尤其是綜合性和設計性實驗，然后開展靈活多樣的實習實踐，在原有的金工實習、認識實習、生產實習、畢業實習的基礎上，增加個性化實習。開放辦學、校企合作，結合學生的興趣愛好、就業方向、教師的科研課題以及就業單位的培訓等等，分別送學生到企業去學習實踐。為方便學生到企業實習，我校先后建立了與沈陽鑄鍛工業有限公司、沈陽金杯廣振汽車部件有限公司、沈陽來金汽車零部件有限公司、富奧遼寧汽車彈簧有限公司、撫順機械設備制造有限公司等十余家企業合作的實習基地。通過加強實習基地與相關企事業單位的共建和合作，利用其設施、設備等條件開展實踐教學，同時也幫助學生了解金屬材料及其相關材料的科技發展動態，以及相關前沿技術和行業需求，培養分析和解決生產中的實際問題、從事科學研究和實際工作的初步能力。
二、建立創新教育機制，培養學生創新能力
鼓勵學生在教師指導下積極開展多樣化的科技創新活動［5］。如參加指導教師的課題研究，申報并參加大學生創新創業訓練計劃項目，參加全國及遼寧省“挑戰杯”大學生課外學術科技作品競賽、全國及遼寧省普通高等學校本科大學生機械創新設計大賽、全國大學生英語競賽、全國大學生數學建模競賽等。通過組織各種類型、各種形式和不同層次的課外活動，將各類工程實踐活動、創新實踐訓練、學科競賽活動、學術前沿講座、社會實踐、公益活動等課外活動作為第二課堂課程模塊納入到課程體系中統一實施和管理。從2006年開始，我們以學校“6S”，即ST(科技訓練)、SC(系列競賽)、SP(社會實踐)、SW(社會工作)、SL(系列講座)、SA(特色活動)為指導，以“挑戰杯”“機械設計競賽”活動為契機，以課外教學環節為突破口，開展了多項大學生課外競賽活動。近年來，金屬材料工程專業參賽學生項目獲機械創新設計大賽國家二等獎一項;“挑戰杯”大學生課外學術科技作品競賽國家三等獎一項;全國大學生英語競賽二等獎、三等獎各一項;遼寧省級獎項幾十項。通過創新競賽的開展，活躍了創新教育的氛圍，為金屬材料工程專業學生的個性發展提供了平臺，為學生畢業后從事科學研究活動奠定了一定的基礎。此外，金屬材料工程專業對學生實行實驗室全天開放，先進的科研設備和儀器用于學生科研訓練，促進了學生創新能力的提高。
三、結論
1．1無機非金屬材料工程工藝實踐
工藝實踐是結合專業課程而制定的與現場實習類似的一類實踐教學，通過自己動手，能夠對無機非金屬材料工程專業工廠的主要生產環節產生更為實際的感性認識，能對其生產過程有一個完整的了解，進而熟練掌握水泥、玻璃、陶瓷等工藝的操作流程，了解常用和現代無機非金屬材料設備的性能和用途，能借鑒材料工藝應用的成功經驗，通過工藝實踐的開展，為畢業設計和今后從事的專業工作打下基礎。
1．2專業實習
無機非金屬材料工程專業實習包括教學實習和生產實習兩個環節，實習均安排在企業進行。教學實習以現場參觀、集中講解和簡單操作的形式完成，通過實習使學生獲得對無機非金屬材料工程工廠生產的感性認識，加深理解所學的理論知識，逐步提升學生分析問題、解決問題和動手實踐的能力，并讓學生對生產過程有全面的了解，生產實習安排在專業課程教學之后，采用集中學習、分散跟崗的模式，為避免學生在進入實習基地對專業課與實習內容產生脫節感，在學生進行實習之前，將安排學生自主查閱相關教材和資料，使學生在實習之前對所實習的工廠基地有一個全面的了解，這樣有利于學生認真對待實習、重視實習。通過系統的專業實習后，學生能夠熟悉無機非金屬材料工程的各個生產環節，從原料準備到生產、運輸與管理的全過程，了解先進的生產技術與裝備，為今后的學習、工作及科研打下堅定的實踐基礎。學院要選擇一個好的實習基地，要求實習基地配備經驗豐富的指導老師，為學生提供實踐、教學、科研場所以及設備，并且給學生可以參加實踐的機會，力爭通過生產一線的工程訓練，提高學生的工程實踐能力。另外，對于學生的考核不應該一味追求實習結束后撰寫實習報告，可以采取靈活的手段進行考核，比如以現場提問，答辯的形式，結合實習報告的形式來完成。
1．3畢業設計(論文)
畢業設計目的在于訓練學生運用所學基礎理論和工藝知識獨立地解決有關無機非金屬材料工程工廠設計中的工程技術問題。通過畢業設計把所學的理論知識和實際技能有機地結合起來，并應用于工程設計，進一步提高分析問題和解決問題的能力及運算和繪圖能力，同時，要學會利用文獻資料、查閱圖表、手冊等方法，初步掌握無機非金屬材料工程工藝設計的基本原理、方法、步驟和編制設計文件的基本能力。畢業設計(論文)是學生在校學習期間一個重要的實踐性教學環節，利用無機非金屬材料專業加入“卓越計劃”的契機，選派相關教師到合作企業中鍛煉，加強教師的工程素養。建立一支“雙師型”指導隊伍，聯合指導學生的畢業設計(論文)。學生在選題時，一方面結合學院對卓越計劃的培養目標，另一方面結合學生在現場實習時所遇到的問題，共同為學生制定畢業設計(論文)題目，讓學生能夠“真刀真槍”完成畢業設計(論文)，提高學生研發和工程設計的能力。
2加強實踐教學基地建設
校外實習基地是高校開展實踐教學的重要場所，學院積極與相關企業聯系，開展實習基地建設，根據企業規模和學生就業意圖，經過廣泛調研，無機非金屬材料工程專業分別在淮南、淮北、蚌埠、南京，湖南等地二十多個單位建立了長期的實踐教學基地，可以滿足學生開展創新實踐教學的需要。實踐對于學生來說是非常重要的一個環節，學生在第7學期開始熟悉所在企業的工藝流程，做到所學理論知識與實踐的相結合，到第8學期實行企業同老師雙師型指導教學，可以聘請企業技術人員進行現場講解，座談，加深學生對實際生產與所學理論知識的融合，齊全的實踐教學基地和產學研基地為無機非金屬材料工程專業人才培養質量提供了支持和保障。
3加強教師隊伍建設
無機非金屬工程專業現有教師大部分是博士，碩士，參加工作就直接從事教學，現場經驗不足，工程實踐能力欠缺，為了使卓越計劃的成功實施，需要加強無機非金屬材料工程專業教師隊伍的建設:一是加強對現有教師工程能力的培養，鼓勵部分教師到企業工程崗位工作學習1～2年，豐富青年教師的工程實踐背景;二是直接從企業聘請具有豐富工程實踐經驗的工程技術人員擔任兼職教師，為學生在企業學習提供全面指導，讓其承擔專業課程教學，指導畢業設計等任務或擔任本科生、研究生的聯合導師。著力建設一支具有一定工程經歷的高水平專、兼職教師隊伍，強化師資隊伍的教育素質和技能培訓，提高教師的工程實踐能力，加強和完善教學團隊的教師隊伍力量，使工程型教師達到專任教師總數的90%以上，形成專業水平高、實踐能力強的教學團隊。
4鼓勵學生積極參與教師科研項目
將教師的科研課題與實踐教學相結合，鼓勵學生參與到教師的研究課題里，目的是提高學生的動手能力和對本專業的興趣，學院鼓勵學生以卓越計劃為依托，盡早與導師聯系，盡早走入實驗室，自主進行研究。在學生進入實驗室時，摒棄以往教師是實驗的設計者，學生是實施者的角色，讓學生積極查找文獻、制定技術方案、研究探討、方案實施、優化方案和撰寫總結報告，這樣就使學生在實驗過程中把握學習主動性，加深對知識的理解，擴大學生的知識面，提高學生的科研創新能力和實踐動手能力。
5加強實踐教學管理
制定實踐教學計劃和實踐教學標準，同時加大監督、管理、檢查力度，合理制定各層次的管理規章制度，并建立和完善各層次的管理目標責任制，加強實訓教學的考核管理，制定合理的實訓教學考核辦法，如教學制度的執行情況，實驗教學內容的安排及完成情況。將實驗設備的維護管理都融入到教學管理體制中，將教師實踐教學的積極性充分調動起來，形成一個良好的實踐教學機制，讓實踐教學真正落到實處。學生校內的實踐課程考核主要由作業、出勤、考試、實驗等幾部分組成，根據課程的性質不同，還可以加入項目設計及測驗等形式;對于企業實踐環節的考核，將由學院和實習基地共同完成，但主要評定由實習基地的導師根據學生參加工程訓練的情況給出。具體考核方法:單獨對每個培訓環節進行考核，在現場由每個實訓導師按照實習基地的標準對學生進行考核，考核方式可采取提問答辯、現場操作等，學生的實習成績由學生在該實習基地的實際表現給出。
6結語
1．1構建專業課程體系，科學配置理論、實踐和創新教學內容課程體系建設是地方本科院校金屬材料工程專業應用型創新人才培養的重要環節之一。基于應用型金屬材料工程專業創新人才對基礎理論、工程實踐與技術創新和諧發展的目標要求，對金屬材料工程專業現有教學體系進行梳理，合理規劃基礎知識、專業知識以及實踐與創新能力培養等相得益彰的教學內容，統籌規劃各階段課程安排［2］。通過架構科學的金屬材料工程專業知識體系，全面提高學生運用知識解決工程實際問題的能力和創新意識，改善金屬材料工程專業教育教學質量。我校金屬材料工程專業課程體系框架見表1。課程體系中，第一和第二學年以數理類基礎課程、電學與計算機基礎課程、力學機械類基礎課程為主，通過少量專業基礎課程的設置，對金屬材料工程專業有初步認知。第三階段和第四階段主要以專業知識學習為主，確定了以金屬材料的組成與結構、制備、性能與應用以及材料的表征為核心課程，涵蓋若干專業理論課程和實踐項目的金屬材料工程本科專業課程體系。
1．2強化實踐教學，突出實踐能力和創新能力培養地方本科院校金屬材料工程專業應根據專業人才培養目標，加大實踐環節的比重，構建以能力為本位、突出學生實踐能力的系統化的實踐教學體系。我校金屬材料工程專業課程體系中，以實踐項目為載體進行實踐教學，結合“三性”實驗等多層次實驗教學內容的合理配置，實現知識到能力的轉化，以提高學生的工程能力［3］。地方本科院校金屬材料工程專業可以實施“大學生創新創業能力培養工程”項目，實行本科生導師制，舉辦科技作品大賽，引導學生參加導師課題。通過組織協會、開辦論壇講座、舉辦創業大賽等形式開展創業教育、創業培訓、創業實習，以學生創業促進學生就業。以地方科技園的資源優勢為平臺，鼓勵在校研究生和大學生自主創業，實現自我價值。我校金屬材料工程專業的教師以江蘇省“材料表面技術”重點實驗室、常州市“先進金屬材料和制備技術”重點實驗室為科研平臺，開放材料科學與工程省級實驗教學示范中心，從科研項目中提煉綜合性實驗項目，拓展學生創新能力培養途徑。近三年指導學生參加了國家和省級大學生創新項目7項，鼓勵學生參加大學生金相技能大賽，兩次榮獲一等獎，創新成果豐富，效果明顯。
1．3加強與地方產業、行業、企業的互動，促進產學研合作，整合金屬材料工程專業人才培養資源通過與材料和工程技術領域的重點企業緊密的產學研合作，形成高校與企業協同培養金屬材料工程專業應用人才的機制。根據企業對人才知識結構和綜合能力的要求，改革專業課程設置和課程教學內容，強化實踐教學環節，增強學生創新能力和工程應用能力。建設大學生和研究生實踐教學基地和實驗教學平臺，建設企業研究生工作站，聘請企業高級工程技術人員擔任“產業教授”和“兼職碩導”，聯合指導本科生和碩士研究生，從而為江蘇省培養科研及實用型經濟建設人才。目前，我校金屬材料工程專業與南方軸承、江蘇國強鍍鋅實業有限公司、常州鑫隆復合材料有限公司、常州中鋼精密鍛材有限公司等幾十家公司建立了良好的合作關系。分別從鑄造及軋制技術、熱交換器焊接技術、金屬材料熱處理、新型鍍鋅合金成分優化、材料失效與防護等方面承擔了多項產學研項目，不僅解決了企業的關鍵材料和工藝等技術問題，而且為人才培養提供優質的教學和科研條件保障，促進了教學與科研的有機銜接。
2結語
1.1化學熱處理薄層滲透技術化學熱處理薄層滲透技術能夠提高材料的韌性和性能，提高效率，還會減少能源浪費。薄層滲透技術不需要滲透到金屬材料深處就可以改變金屬表面的性能，降低了環境污染，減少了生產成本。化學熱處理不需要過分滲透，薄層滲透技術就是總結了傳統熱處理存在的問題后應運而生的。
1.2激光熱處理技術激光熱處理技術主要是利用激光對金屬材料進行熱處理。由于激光穿透力強，因此可以實現其他熱處理方式達不到的效果，使金屬材料表面硬度增強，性能提高。使用電腦控制激光熱處理技術，可以大大提高效率，實現熱處理自動化。
1.3真空熱處理技術真空熱處理技術利用真空作為金屬材料熱處理的環境，可以縮短時間，提高效率，減少有毒氣體的排放，有明顯的節能效果和環保效果。目前，在一些發達國家，真空熱處理技術還在不斷研究和更新，力求在無氧環境的基礎上填充惰性氣體作為熱處理環境，使熱處理效率更高。
1.4超硬涂層技術超硬涂層技術可以提高材料表面硬度，使其更加耐用，提高性能，是目前應用范圍較為廣泛的熱處理技術之一。隨著現代金屬材料加工技術的不斷發展，超硬涂層技術采用電腦進行實時監控，方便該技術更好地應用。
1.5振動時效處理技術振動時效處理技術依靠振動原理穩定金屬材料性能，可以有效防止金屬材料變形。振動時效處理技術采用計算機設備進行監控，既可以減少生產時間，提高效率，還能夠降低成本，節能減耗，克服了傳統熱處理技術的不足。
2金屬材料熱處理工藝與技術展望
隨著金屬材料熱處理工藝與技術的不斷發展，誕生了許多熱處理技術。其中，可控氣氛熱處理就是較為成熟的熱處理技術之一。可控氣氛，顧名思義，就是一種可以控制和保護的氣氛，是一種保護金屬材料的氣體介質。可控氣氛可以有效保護金屬材料的表面性能，使熱處理過程更為完善。對于鋼制工件而言，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。這是因為鋼在熱處理高溫中很容易被氧化，表面破壞較為嚴重，但可控氣氛熱處理卻能夠避免鋼被氧化。對于其他金屬材料而言，可控氣氛熱處理同樣適用，在尺寸上可以調控，使操作更加靈活。目前，可控氣氛熱處理的應用較為廣泛，但依然有很大的局限性。因此，未來的金屬材料熱處理工藝和技術需更加普及，才會有更廣泛的發展空間。
3結束語
一般情況下，對于晶界工程進行形變熱處理工藝的途徑主要有變形、退火，而對于工藝系數的控制需要對多晶體金屬材料的變形量、退火時間和退火溫度等進行科學合理的控制。為了能夠使金屬材料的晶粒更加得到細化，可以采用對金屬材料進行軋制等變形工藝進行加工，采取這一變形工藝還能夠促使在接下來的退火過程殊晶界的產生。如表1所示，就是在晶界工程中采取的形變熱處理工藝的總結表格。1．反復再結晶。反復再結晶指的是對金屬材料采取20%～30%的形變工藝以及使用再結晶退火工藝，同時對其形變和再結晶退火過程進行反復多次，其中，再結晶退火的時間要控制在20min以內。2．單步再結晶。單步再結晶就是指對金屬材料采取50%～70%的中等變形工藝之后再使其處于較高的溫度下進行短時退火，一般來說短時退火的時間在1～2min內。3．反復應變退火。反復應變退火指的是對金屬材料采取2%～6%的微小變形之后再讓其置于較高溫度下進行短時退火的工藝，也可以是當金屬材料進行微小變形之后使其在比較低的溫度下進行長時間的退火工藝。其中，高溫下的短時退火時間要求控制在幾分鐘之內，而低溫下的長時間退火則要求有1～20h，并且退火處理的過程要求要進行反復多次。由于反復應變退火產生的變形量比較小，而在退火的過程中卻很難再對金屬材料的再結晶提供所需的驅動力，這樣一來就無法使金屬材料出現再結晶的情況，因此可以說，此工藝實際上是屬于一個回復、重復、反復的過程。4．單步應變退火。單步應變退火指的是對金屬材料進行6%～8%的較小變形或者是充分利用金屬材料中所剩余的應變力作為進行退火工藝的一個驅動力，將其置于低溫下進行長達數十小時的退火過程。通過采用以上幾種工藝都能夠使晶界的移動性得到明顯的提高，從而有助于特殊晶界的產生，并且最后使金屬材料的性能得以明顯提高，由此可見，由于受到不同變形量所具有的形變以及之后熱處理工藝之間的不同的影響，要想更好地使晶界工程得以實現，最好的途徑就是對以上幾種工藝進行綜合性的復合運用。
二、晶界特征分布的優化工藝
(一)晶界特征分布的優化工藝判斷。對于金屬材料是否已經完成了晶界特征分布的優化，若是單憑低ΣCSL晶界所具有的比例來判斷是不夠科學和不具充分性的。這是由于在特殊晶界中，其所具有的較高比例會因為對一般較大角度的晶界網絡無法進行阻斷的時候，那么金屬材料的晶界特征分布優化就無法達到效果，就無法對晶界所具有的開裂、腐蝕等性能進行提高，同時，對于特殊晶界來說，并不是在任何條件下都能夠將其的特殊性能進行表現。因此，這就要求對特殊晶界的比例、網絡結構和特性等進行綜合性的考慮，才能夠對晶界特征分布優化工藝的效果進行科學合理全面性的準確判斷。
(二)晶界特征分布的優化工藝研究的發展。20世紀60年代以來，材料科學得到了快速的發展，人們對于晶界的結構和行為也都有了更加深入的研究，從中獲得了有關于晶界結構和晶界特征的重要數據信息。但是一直以來對于多晶體金屬材料性能的應用大都局限于細化晶粒上，直到20世紀80年代中期，才開始有科學研究者提出了晶界特征分布這個概念，同時提出的概念還有“晶界設計”。經過了科學研究人員幾十年來的不懈努力和研究，在鋁合金、奧氏體不銹鋼、鎳基合金、銅合金等各種金屬材料中所采取的晶界特征分布優化工藝都獲得了重大的突破和發展。
三、結語
關鍵詞：接地網；耐蝕金屬材料；電化學測試
1引言
變電站容量的擴大對接地網安全運行的要求更為嚴格，對接地體的熱穩定性的要求更高。在我國，由于資源、經濟等原因，接地網所用的材質主要為普通碳鋼。接地網腐蝕通常呈現局部腐蝕形態，發生腐蝕后接地網碳鋼材料變脆、起層、松散，甚至發生斷裂。某鹽堿性土壤變電站現場與接地網連接的普通碳鋼試片埋置2年后的表面情況。一般性土壤變電站現場與接地網連接的普通碳鋼試片埋置226天后的表面情況。無論在鹽堿性土壤中還是在一般性土壤中，接地網的碳鋼試片腐蝕是非常嚴重的，其表面有許多局部腐蝕坑，試片邊緣也不完整。
腐蝕是導致接地體事故擴大的一個主要原因。因為對于運行多年的接地網而言，由于腐蝕性土壤環境中的電化學腐蝕以及電網設備等運行中的泄流造成的腐蝕使得接地體截面減小，甚至斷裂，造成接地性能不良，不能滿足熱穩定性的要求，因而電路電流將會燒壞接地網，使得變電站內出現高電位差，造成其它主設備的毀壞事故，還會危及人身安全。由于接地網埋設在地下，一旦腐蝕嚴重到使接地網的接地電阻不合格，甚至局部斷裂時，對接地網的翻修改造是相當費勁和困難的，費用也是巨大的。因此防止接地網腐蝕，保證接地性能的穩定性，延長接地網的使用壽命，是電力系統安全經濟生產所迫切需要解決的課題。
對于接地網防腐蝕的研究，目前國內主要有兩條路線[1]，一是研制耐蝕性能優良而且經濟性好的導電材料以取代目前普遍使用的碳鋼；二是采用電化學保護技術以減緩正在服役的接地網的腐蝕速度，延長使用壽命。原武漢水利電力大學“接地網防蝕研究及應用”課題組經過長期大量的試驗，已經篩選出耐蝕性能優良且價格合理的材料，可以取代目前廣泛使用的普通碳鋼。
2試驗情況
由于接地網土壤腐蝕是一個緩慢過程，因此為了能快速優選出所需的材料，在實驗室里進行了電化學測試，試驗測試方法包括極化曲線、交流阻抗和動電位掃描。由于變電站接地網要承受雷電流及電網不平衡電流的泄流作用，因此在對材料進行篩選時必須了解材料的耐電解電流腐蝕的性能，為此在實驗室里進行了材料的電解試驗。試驗所用土壤介質的理化性質分析結果，其自腐蝕電位為-688mV。根據德國DIN50929土壤腐蝕性評價標準評價該土壤為腐蝕性土壤[2]。試驗所篩選的材料為2種稀土鋼材（CL4和CL5）及3種常見表面處理的合金鋼（CL1、CL2和CL3）。為了便于對比，試驗還使用了普通碳鋼及鍍鋅鋼。根據實驗室初步試驗的結果，在變電站現場土壤中埋置了一定數量的材料試片以了解材料在變電站土壤現場中的耐蝕性能。
（1）極化曲線測試
1）試驗條件
試驗采用三電極體系，即工作電極、參比電極和輔助陽極。其中工作電極是將各種材料制作成體積為1cm3的小塊，留出一表面作為研究面，其余表面用環氧樹脂密封；參比電極為飽和甘汞電極，通過魯金毛細管插入電解池；輔助陽極為鉑電極。試驗介質為土壤水土比為5:1的浸出液。試驗所用儀器為TD3690型恒電位儀，HD-1A型信號發生器及3086-1AX-Y型記錄儀。
試驗時，起掃電位的選擇是陽極極化時起掃電位比自腐蝕電位低100mV，陰極極化時起掃電位比自腐蝕電位高100mV。每次掃描的速度為2mV/s。
2）試驗數據處理
采用BETACRUNCH（VERSION）程序進行計算。
（2）交流阻抗測試
1）試驗條件
試驗采用三電極體系，介質為水土比為5:1的土壤浸出液和水土比為2:1的泥漿，試驗使用的儀器為EG&G公司的交流阻抗測試儀，包括鎖相放大器，M283恒電位儀。計算機3個硬件部分通過GPIB總線連接起來。軟件為M398阻抗數據專用測量軟件。
2）數據處理
以頻率最低處的阻抗值（|Z|0.05）來表征材料在介質中的耐蝕性能。|Z|0.05越高，說明材料的耐蝕性能越好，反之亦然[3]。
（3）電解測試
電解時試驗材料與直流電源正極連接，用石墨棒作為陰極與直流電源的負極連接，電解所用介質為變電站土壤的水土比為2:1的泥漿，電解時間為3h，電解電流為64.0mA，槽壓為150V。
3試驗結果和討論
3.1極化曲線測試
極化曲線測試試驗的結果可見，在這些土壤介質中，材料CL1、CL2的腐蝕速率較其它材料低，其耐蝕性能較好。
3.2交流阻抗測試
試驗結果可見，材料CL1、CL2的阻抗值明顯高于其它材料，比普通碳鋼高出2個數量級。材料CL4、CL5的耐蝕性能與普通碳鋼差不多，甚至有時還不如普通碳鋼。
3.3電解測試
從試驗結果可以看出，鍍鋅鋼耐電流電解腐蝕性能較差，材料CL1和CL2的耐電流電解腐蝕性能較好，其耐蝕性能比普通碳鋼要高得多。電解結束后觀察材料表面可以看出，鍍鋅鋼表面的鍍層出現了局部剝離現象，而其它材料表面均沒有出現這種現象。
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3.4現場埋置試驗
不同材料制作的試片在變電站現場土壤中埋置624天后挖出，經過表面處理后測定材料的腐蝕速率，結果可見，材料CL1和CL2的腐蝕速率較碳鋼及鍍鋅鋼要小得多。
同種材料，當與接地網連接時其腐蝕速率高于接地網不連接時的腐蝕速率，原因是與接地網連接的試片除了要受到土壤自然腐蝕作用外，還要受到變電站接地網泄流時的電流電解腐蝕。
在變電站土壤現場埋置試驗過程中發現，與接地網連接的鍍鋅鋼材料在不到1年時間其表面鍍鋅層就已經被電解腐蝕掉，而未與接地網連接的鍍鋅鋼材料其表面鍍鋅層卻完好。從現場埋置材料試片測定的腐蝕速率結果也可以看出，鍍鋅鋼用作接地網材料時其耐蝕性能較普通碳鋼沒有多大提高，因此用鍍鋅鋼材料來延長接地網使用壽命意義不大。
4結論
（1）在土壤腐蝕性較嚴重的地區，為了延長接地網使用壽命，在設計時往往考慮采用鍍鋅鋼。其防腐蝕的原理是鋅的腐蝕電位較普通碳鋼的低，在土壤介質中鋅優先被腐蝕掉從而保護了普通碳鋼，達到延長碳鋼使用壽命的目的。在沒有電流作用下，鍍鋅鋼的使用壽命的確較長，在變電站土壤現場埋置試驗的結論也是如此。但是作為接地材料，由于其要受到接地電流的作用，鍍鋅鋼表面的鍍鋅層很快就會被電解掉，因而鍍鋅鋼對延長接地網的使用壽命實際作用不大。
（2）根據實驗室電化學測試的結果可知，無論是在土壤浸出液中還是在土壤泥漿中，材料CL2的耐蝕性能較其他材料的耐蝕性能好，是普通碳鋼耐蝕性能的5~7倍。
（3）經試驗測試表明，材料CL1和CL2的耐蝕性能較普通碳鋼要強得多，這對于延長變電站接地網的使用壽命，確保接地網安全經濟運行具有重大意義。同時考慮材料的經濟性及來源等因素，本文推薦用非銅質材料CL2替代普通碳鋼用于接地網防腐蝕。
參考文獻
[1]許崇武，胡學文，彭泉光，等．接地網防蝕研究及應用[R]．武漢：武漢水利電力大學，2000．
有關研究發現，脈沖電流對一系列冷加工金屬材料，如鎳、鋁、銅等退火組織結構產生了一定的影響，能夠明顯促進銅金屬再次結晶。如圖1所示，冷變形銅的顯微硬度會隨著銅再結晶的時間變化而發生相應的改變。由此可見，在金屬材料退火過程中，適當施加脈沖電流，可以大大縮短金屬材料的再結晶過程，使其在較短時間內迅速完成。這一研究結果表明了脈沖電流能夠有效抑制結晶晶粒生長，使再結晶晶粒更加細化。同時使Arrhenius公式的前指數因子數值大大增加，對于激活能幾乎沒有任何的影響。針對銅金屬材料而言，施加脈沖電流還能夠使其結構銳化，延遲其退火結晶的形成。這說明，漂移電子流在一定程度上對其顯微組織結構和固態相變產生了影響，同時，還對晶體中的缺陷造成了影響。但是，在電場退火條件下，有相關研究人員認為，電場退火能夠抑制銅再結晶及晶粒生長，從而促進銅再結晶立方結構在短時間內形成與發展，具有非常重要的作用。
2脈沖電流對金屬材料性能的影響
有關研究人員通過實驗發現，脈沖電流不僅能夠使金屬材料的流變應力大大降低，同時可以有效延長金屬材料的疲勞壽命。通過研究高密度脈沖電流對a-Ti和多晶銅等金屬材料的疲勞性能的影響，發現針對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程中的硬化峰，同時，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，有效延長高多晶銅的疲勞壽命。有研究人員認為，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運動，同時，還影響了駐留滑移帶中的位錯運動，從而使滑移的均勻性得到有效提升。并且，隨著所施加應力的不斷降低，脈沖電流對多銅晶疲勞壽命的影響也會相應地有所增加。另外，有大量研究證明，用脈沖電流進行處理，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力集中，從而大大延長其疲勞壽命。除此之外，脈沖電流還能夠有效阻止疲勞裂紋進一步擴展，使金屬材料的疲勞壽命大大延長。
3結語
