时间：2023-03-20 16:25:14
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1.1一维的研究历程作为机械系统的基本构件的一维纳米结构,其理论和实验研究受到世界范围内的广泛关注.在过去，由于纳米丝的力学实验受到实验环境的制约,在普通的实验室无法进行,然而计算机模拟可以通过原子运动的演化过程展示纳米结构的变形情况及其内在机理,有效弥补了这一缺陷.
1.1.1中国科学技术大学教授倪向贵等众多科学家对纳米铜丝、纳米镍丝、等进行了拉伸过程的模拟实验,重点放在纳米结构与能量应力变化的模拟研究上面,以及表面效应如何影响单晶纳米材料的整体力学和原子运动的各种行为,根据反复的实践和精确的计算，终于研究出了纳米材料的破坏失效原理.这一实验同时也表明通过建立模拟模型和有效的计算方法能非常有效地模拟纳米金属材料在微观方面的变化过程.
1.1.2梁海弋等一批科学家利用EAM原子势函数的相关原理模拟研究了纳米铜丝的拉伸性能.结果表明，截面的变化对直接影响纳米丝拉伸性能.这是由于表面原子松散,纳米丝的表面张应力等综合因素造成的.而且拉伸强度会随着纳米丝截面减小而提高，同时会推迟屈服和增加初始拉伸模量的软化程度.
1.2二维的研究历程在纳米薄膜的制备研究过程中,得出了很多薄膜生长现象,人们需要对其从理论计算上进行科学的解释.日本的Huang等一批科学家对Au原子在MgO表面（100）点缺陷处的团簇生长进行了模拟实验,同时也进行了Au原子扩散聚集对成膜的模拟研究;通过研究得出，原子的几何形状会随着扩散力的不同以及能量的不同而发生变化.我国知名科学家张庆瑜在分子动力学研究的基础上建立了气相沉积原子动力学模型,同时采用MonteCarlo方法对Au外延薄膜的初期生长过程也进行了模拟研究,指出了薄膜外延生长会随基体温度的变化而发生怎样的变化.刘祖黎等一批科学家采用MonteCarlo模型探索出了Pt/Pt（Ⅲ）薄膜生长初始阶段岛的形貌与基底温度之间的具体关系.模型中充分考虑了吸附原子扩散、原子沉积与蒸发等过程,与过去的模型不同的是采用Morse势来计算粒子之间的相互作用,并详细充分考虑了临近和次临近原子所产生的影响.研究结果表明,岛的形貌随基底温度的升高,从一个分形生长到凝聚生长的变化全过程.通过进一步的深入研究表明,岛的形貌和基底形貌两者之间的关系会随着基底温度的升高发生显著的变化,而基底温度低时,岛的形状与基底形貌没有任何关联.
2目前计算机模拟研究需要解决的问题
一般来说，纳米金属材料的计算模拟方法所采用的大多都是原子级模拟技术,它是将纳米金属材料作为数量较多的单个金属原子的集合体,并且将每个金属原子当作彼此独立的研究单元来进行模拟实验,然后通过统计力学和经典力学对其进行规律性的描述,并预测纳米金属材料的微观结构以及功能.但是由于纳米金属材料自身结构非常复杂，以及它对周围环境无法得到迅速的反应,所以目前还无法运用相关的模拟技术来得到理想的答案.本人建议可以从以下方面进行努力：
2.1选定模拟算法在进行纳米金属材料分子动力学的模拟实验中,应当是对包括金属、氧化物、金属氧化物等一系列的多原子体系实验.因为原子间的作用是一个多体效应,在这个效应当中所有的粒子会全部聚集到一起,是无法采用解析的方法进行求解的.这时我们可以选用有限差分方法来进行求解,目前运用的最多的包括：蛙跳法、预测-校正算法和Verlet算法三种类型.值得注意的是，虽然目前的计算机技术发展迅速,但是纯粹依赖提高单个CPU的计算速度根本就不能满足越来越繁琐的计算需要,鉴于此，我们可以考虑进行并行化进行计算，这样会更加有效.
2.2要充分考虑粒子间的相互作用微观粒子的运动本来是需要使用量子力学来进行描述的,但纳米金属材料的结构与性能往往会涉及到大量微观粒子而且还是多体作用,因此用量子力学第一性原理来对粒子间相互作用求解并非易事,而绝大多数模拟认为粒子的运动遵循牛顿力学规律,因此可以考虑采用半经验的原子间相互作用势来对粒子间的作用进行描述.一般来讲，势函数是否可靠决定了一个分子动力学模拟能否成功.原子或者离子间的相互作用势越复杂、拟合性质越多就越与实际的相互作用接近,不过越复杂的相互作用同时也会加大计算量和模拟量,因此在构建或使用原子间相互作用势的过程中,应根据所要研究的问题的具体情况,选择既能反映相互作用的本质,又可以在计算上切实可行的相互作用势.
2.3处理和分析模拟结果找到一种合适的分析模拟结果的方法对于计算机模拟来说是至关重要的.通常情况下，模拟的轨迹文件只包含了各个粒子的位置、速度和力的相关信息,因此一定要对这些信息进行有效的处理以后才能得到想要的物理量.而计算机模拟走向应用的关键之处在于，找到合适的方法处理结果,将宏观现象与微观轨迹进行有机联系.模拟结果的处理无疑会是一个非常复杂的过程,其重点问题是要从MD模拟的轨迹文件中讲可与实验直接比较的统计量提取出来.除此之外,轨迹中的坐标信息对于分析结构体系信息也十分重要,而这却是非常耗时的工作过程.
3结束语
首先，考虑到难加工金属材料特殊的硬度和强度，需要更大的切削力，相比于普通材料力度要提高3～4倍，这无疑增加了切削的难度。其次，考虑到难加工金属材料的低导热率，其具有着较高的切削温度，很容易使材料表面形成烧伤、划痕等严重的质量问题。最后，考虑到在进行切削时道具很容易发生磨损，进而降低了刀具的使用寿命，并且在高温环境下，难加工金属材料的化学活性很高，在热力的作用下很容易形成有关钛的氧化物，这些氧化物反作用于工件，使其韧性降低，切削难度进一步加大。以上因素说明对难加工金属材料进行切削具有一定的难度。
2基于RBF神经网络的数控加工控制方法
2．1RBF神经网络及相关算法概述下页如图1所示，RFB的每一个神经元同输入层连接的向量W1i与输入的矢量Xq的距离设为b1，输入y＝radbas［dis（W，x）×b］，并且输出层的神经元对相应的输出函数采用线形的加权组合。对于基函数大齿常采用高斯函数：对于RBF的初始化及相关的学习可以参照图2。在进行训练前，先输入矢量X，与之对应的是目标矢量T以及径向基函数的一个拓展常数C。具体的训练目的是，求W1，W2以及b1和b2。当系统完成所有输入值的聚类以后，会自动求得每个隐层节点RBF的中心ci，进而确定相应的W1。在改进方法上，主要是针对第0个神经元进行初始的训练，排查出错误后自动的增加神经元［2］。
2．2难加工金属材料的RBF监控系统难加工金属材料的RBF监控系统构造如图3所示。整个系统采用的是M317069的速度传感器进行测速，SZMB－9的磁电转速传感器进行转速的测定，HK－NS－WY04的位移变送器进行对吃刀量的检测。一旦检测到加工过程存在问题，系统就会实行自主的参数控制。该系统的工作原理如图4所示，神经网络所采用的最基本单元是神经元结构的模型。它的输入模式具有线性不可分性，考虑到这些实行的是多层化的感知器网络，以实现多层次的网络输出，若最终的输出结果不是想要的，可以通过修改各个感知器的权值来达到目的。
3结语
为21世纪化工行业培养合格的金属材料工程专业人才，自2006年以来，沈阳化工大学金属材料工程专业对教学内容、课程设置、课程体系进行了统筹规划和整体安排。经过几年的改革和实践，建立了具有化工行业特点及金属材料工程专业特色、科学合理的教学内容与课程体系。一方面，课程设置与专业特色相契合，再结合沈阳化工大学的化工特色，针对化工单元设备的主要加工方法，如压力加工、焊接、机械加工及化工单元设备的腐蚀问题，对课程设置、课程体系统筹规划、整体安排，构建具有化工行业特色及金属材料工程专业特点、科学合理的新的课程教学体系。强化金属塑性加工原理、焊接冶金学、焊接工艺与设备、金属腐蚀与防护、金属热处理和材料无损检测等主要专业课程。在课程教学中，结合金属材料工程专业的特色，不断进行教学内容与教学方法的改革。采用将教学内容与工程实际、工程法规、工程问题、典型产品相结合，尤其与化工生产和化工设备制造过程相结合的案例教学。典型课程如，金属塑性加工原理、焊接工艺与设备及腐蚀与防护等都是以化工单元设备生产过程为背景的案例教学方法，着力打造精品课程，形成部分专业课程特色教材，加强金属工程材料专业本科学生能力和素质的培养，对其他课程的教学起到了示范作用，推动了教学改革的深入进行，提高了教学质量。另一方面，以强化工程实践能力、工程设计能力与工程创新能力为核心，实践内容贯穿培养过程的始终。首先，增加课程实验，尤其是综合性和设计性实验，然后开展灵活多样的实习实践，在原有的金工实习、认识实习、生产实习、毕业实习的基础上，增加个性化实习。开放办学、校企合作，结合学生的兴趣爱好、就业方向、教师的科研课题以及就业单位的培训等等，分别送学生到企业去学习实践。为方便学生到企业实习，我校先后建立了与沈阳铸锻工业有限公司、沈阳金杯广振汽车部件有限公司、沈阳来金汽车零部件有限公司、富奥辽宁汽车弹簧有限公司、抚顺机械设备制造有限公司等十余家企业合作的实习基地。通过加强实习基地与相关企事业单位的共建和合作，利用其设施、设备等条件开展实践教学，同时也帮助学生了解金属材料及其相关材料的科技发展动态，以及相关前沿技术和行业需求，培养分析和解决生产中的实际问题、从事科学研究和实际工作的初步能力。
二、建立创新教育机制，培养学生创新能力
鼓励学生在教师指导下积极开展多样化的科技创新活动［5］。如参加指导教师的课题研究，申报并参加大学生创新创业训练计划项目，参加全国及辽宁省“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛、全国及辽宁省普通高等学校本科大学生机械创新设计大赛、全国大学生英语竞赛、全国大学生数学建模竞赛等。通过组织各种类型、各种形式和不同层次的课外活动，将各类工程实践活动、创新实践训练、学科竞赛活动、学术前沿讲座、社会实践、公益活动等课外活动作为第二课堂课程模块纳入到课程体系中统一实施和管理。从2006年开始，我们以学校“6S”，即ST(科技训练)、SC(系列竞赛)、SP(社会实践)、SW(社会工作)、SL(系列讲座)、SA(特色活动)为指导，以“挑战杯”“机械设计竞赛”活动为契机，以课外教学环节为突破口，开展了多项大学生课外竞赛活动。近年来，金属材料工程专业参赛学生项目获机械创新设计大赛国家二等奖一项;“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛国家三等奖一项;全国大学生英语竞赛二等奖、三等奖各一项;辽宁省级奖项几十项。通过创新竞赛的开展，活跃了创新教育的氛围，为金属材料工程专业学生的个性发展提供了平台，为学生毕业后从事科学研究活动奠定了一定的基础。此外，金属材料工程专业对学生实行实验室全天开放，先进的科研设备和仪器用于学生科研训练，促进了学生创新能力的提高。
三、结论
1．1无机非金属材料工程工艺实践
工艺实践是结合专业课程而制定的与现场实习类似的一类实践教学，通过自己动手，能够对无机非金属材料工程专业工厂的主要生产环节产生更为实际的感性认识，能对其生产过程有一个完整的了解，进而熟练掌握水泥、玻璃、陶瓷等工艺的操作流程，了解常用和现代无机非金属材料设备的性能和用途，能借鉴材料工艺应用的成功经验，通过工艺实践的开展，为毕业设计和今后从事的专业工作打下基础。
1．2专业实习
无机非金属材料工程专业实习包括教学实习和生产实习两个环节，实习均安排在企业进行。教学实习以现场参观、集中讲解和简单操作的形式完成，通过实习使学生获得对无机非金属材料工程工厂生产的感性认识，加深理解所学的理论知识，逐步提升学生分析问题、解决问题和动手实践的能力，并让学生对生产过程有全面的了解，生产实习安排在专业课程教学之后，采用集中学习、分散跟岗的模式，为避免学生在进入实习基地对专业课与实习内容产生脱节感，在学生进行实习之前，将安排学生自主查阅相关教材和资料，使学生在实习之前对所实习的工厂基地有一个全面的了解，这样有利于学生认真对待实习、重视实习。通过系统的专业实习后，学生能够熟悉无机非金属材料工程的各个生产环节，从原料准备到生产、运输与管理的全过程，了解先进的生产技术与装备，为今后的学习、工作及科研打下坚定的实践基础。学院要选择一个好的实习基地，要求实习基地配备经验丰富的指导老师，为学生提供实践、教学、科研场所以及设备，并且给学生可以参加实践的机会，力争通过生产一线的工程训练，提高学生的工程实践能力。另外，对于学生的考核不应该一味追求实习结束后撰写实习报告，可以采取灵活的手段进行考核，比如以现场提问，答辩的形式，结合实习报告的形式来完成。
1．3毕业设计(论文)
毕业设计目的在于训练学生运用所学基础理论和工艺知识独立地解决有关无机非金属材料工程工厂设计中的工程技术问题。通过毕业设计把所学的理论知识和实际技能有机地结合起来，并应用于工程设计，进一步提高分析问题和解决问题的能力及运算和绘图能力，同时，要学会利用文献资料、查阅图表、手册等方法，初步掌握无机非金属材料工程工艺设计的基本原理、方法、步骤和编制设计文件的基本能力。毕业设计(论文)是学生在校学习期间一个重要的实践性教学环节，利用无机非金属材料专业加入“卓越计划”的契机，选派相关教师到合作企业中锻炼，加强教师的工程素养。建立一支“双师型”指导队伍，联合指导学生的毕业设计(论文)。学生在选题时，一方面结合学院对卓越计划的培养目标，另一方面结合学生在现场实习时所遇到的问题，共同为学生制定毕业设计(论文)题目，让学生能够“真刀真枪”完成毕业设计(论文)，提高学生研发和工程设计的能力。
2加强实践教学基地建设
校外实习基地是高校开展实践教学的重要场所，学院积极与相关企业联系，开展实习基地建设，根据企业规模和学生就业意图，经过广泛调研，无机非金属材料工程专业分别在淮南、淮北、蚌埠、南京，湖南等地二十多个单位建立了长期的实践教学基地，可以满足学生开展创新实践教学的需要。实践对于学生来说是非常重要的一个环节，学生在第7学期开始熟悉所在企业的工艺流程，做到所学理论知识与实践的相结合，到第8学期实行企业同老师双师型指导教学，可以聘请企业技术人员进行现场讲解，座谈，加深学生对实际生产与所学理论知识的融合，齐全的实践教学基地和产学研基地为无机非金属材料工程专业人才培养质量提供了支持和保障。
3加强教师队伍建设
无机非金属工程专业现有教师大部分是博士，硕士，参加工作就直接从事教学，现场经验不足，工程实践能力欠缺，为了使卓越计划的成功实施，需要加强无机非金属材料工程专业教师队伍的建设:一是加强对现有教师工程能力的培养，鼓励部分教师到企业工程岗位工作学习1～2年，丰富青年教师的工程实践背景;二是直接从企业聘请具有丰富工程实践经验的工程技术人员担任兼职教师，为学生在企业学习提供全面指导，让其承担专业课程教学，指导毕业设计等任务或担任本科生、研究生的联合导师。着力建设一支具有一定工程经历的高水平专、兼职教师队伍，强化师资队伍的教育素质和技能培训，提高教师的工程实践能力，加强和完善教学团队的教师队伍力量，使工程型教师达到专任教师总数的90%以上，形成专业水平高、实践能力强的教学团队。
4鼓励学生积极参与教师科研项目
将教师的科研课题与实践教学相结合，鼓励学生参与到教师的研究课题里，目的是提高学生的动手能力和对本专业的兴趣，学院鼓励学生以卓越计划为依托，尽早与导师联系，尽早走入实验室，自主进行研究。在学生进入实验室时，摒弃以往教师是实验的设计者，学生是实施者的角色，让学生积极查找文献、制定技术方案、研究探讨、方案实施、优化方案和撰写总结报告，这样就使学生在实验过程中把握学习主动性，加深对知识的理解，扩大学生的知识面，提高学生的科研创新能力和实践动手能力。
5加强实践教学管理
制定实践教学计划和实践教学标准，同时加大监督、管理、检查力度，合理制定各层次的管理规章制度，并建立和完善各层次的管理目标责任制，加强实训教学的考核管理，制定合理的实训教学考核办法，如教学制度的执行情况，实验教学内容的安排及完成情况。将实验设备的维护管理都融入到教学管理体制中，将教师实践教学的积极性充分调动起来，形成一个良好的实践教学机制，让实践教学真正落到实处。学生校内的实践课程考核主要由作业、出勤、考试、实验等几部分组成，根据课程的性质不同，还可以加入项目设计及测验等形式;对于企业实践环节的考核，将由学院和实习基地共同完成，但主要评定由实习基地的导师根据学生参加工程训练的情况给出。具体考核方法:单独对每个培训环节进行考核，在现场由每个实训导师按照实习基地的标准对学生进行考核，考核方式可采取提问答辩、现场操作等，学生的实习成绩由学生在该实习基地的实际表现给出。
6结语
1．1构建专业课程体系，科学配置理论、实践和创新教学内容课程体系建设是地方本科院校金属材料工程专业应用型创新人才培养的重要环节之一。基于应用型金属材料工程专业创新人才对基础理论、工程实践与技术创新和谐发展的目标要求，对金属材料工程专业现有教学体系进行梳理，合理规划基础知识、专业知识以及实践与创新能力培养等相得益彰的教学内容，统筹规划各阶段课程安排［2］。通过架构科学的金属材料工程专业知识体系，全面提高学生运用知识解决工程实际问题的能力和创新意识，改善金属材料工程专业教育教学质量。我校金属材料工程专业课程体系框架见表1。课程体系中，第一和第二学年以数理类基础课程、电学与计算机基础课程、力学机械类基础课程为主，通过少量专业基础课程的设置，对金属材料工程专业有初步认知。第三阶段和第四阶段主要以专业知识学习为主，确定了以金属材料的组成与结构、制备、性能与应用以及材料的表征为核心课程，涵盖若干专业理论课程和实践项目的金属材料工程本科专业课程体系。
1．2强化实践教学，突出实践能力和创新能力培养地方本科院校金属材料工程专业应根据专业人才培养目标，加大实践环节的比重，构建以能力为本位、突出学生实践能力的系统化的实践教学体系。我校金属材料工程专业课程体系中，以实践项目为载体进行实践教学，结合“三性”实验等多层次实验教学内容的合理配置，实现知识到能力的转化，以提高学生的工程能力［3］。地方本科院校金属材料工程专业可以实施“大学生创新创业能力培养工程”项目，实行本科生导师制，举办科技作品大赛，引导学生参加导师课题。通过组织协会、开办论坛讲座、举办创业大赛等形式开展创业教育、创业培训、创业实习，以学生创业促进学生就业。以地方科技园的资源优势为平台，鼓励在校研究生和大学生自主创业，实现自我价值。我校金属材料工程专业的教师以江苏省“材料表面技术”重点实验室、常州市“先进金属材料和制备技术”重点实验室为科研平台，开放材料科学与工程省级实验教学示范中心，从科研项目中提炼综合性实验项目，拓展学生创新能力培养途径。近三年指导学生参加了国家和省级大学生创新项目7项，鼓励学生参加大学生金相技能大赛，两次荣获一等奖，创新成果丰富，效果明显。
1．3加强与地方产业、行业、企业的互动，促进产学研合作，整合金属材料工程专业人才培养资源通过与材料和工程技术领域的重点企业紧密的产学研合作，形成高校与企业协同培养金属材料工程专业应用人才的机制。根据企业对人才知识结构和综合能力的要求，改革专业课程设置和课程教学内容，强化实践教学环节，增强学生创新能力和工程应用能力。建设大学生和研究生实践教学基地和实验教学平台，建设企业研究生工作站，聘请企业高级工程技术人员担任“产业教授”和“兼职硕导”，联合指导本科生和硕士研究生，从而为江苏省培养科研及实用型经济建设人才。目前，我校金属材料工程专业与南方轴承、江苏国强镀锌实业有限公司、常州鑫隆复合材料有限公司、常州中钢精密锻材有限公司等几十家公司建立了良好的合作关系。分别从铸造及轧制技术、热交换器焊接技术、金属材料热处理、新型镀锌合金成分优化、材料失效与防护等方面承担了多项产学研项目，不仅解决了企业的关键材料和工艺等技术问题，而且为人才培养提供优质的教学和科研条件保障，促进了教学与科研的有机衔接。
2结语
1.1化学热处理薄层渗透技术化学热处理薄层渗透技术能够提高材料的韧性和性能，提高效率，还会减少能源浪费。薄层渗透技术不需要渗透到金属材料深处就可以改变金属表面的性能，降低了环境污染，减少了生产成本。化学热处理不需要过分渗透，薄层渗透技术就是总结了传统热处理存在的问题后应运而生的。
1.2激光热处理技术激光热处理技术主要是利用激光对金属材料进行热处理。由于激光穿透力强，因此可以实现其他热处理方式达不到的效果，使金属材料表面硬度增强，性能提高。使用电脑控制激光热处理技术，可以大大提高效率，实现热处理自动化。
1.3真空热处理技术真空热处理技术利用真空作为金属材料热处理的环境，可以缩短时间，提高效率，减少有毒气体的排放，有明显的节能效果和环保效果。目前，在一些发达国家，真空热处理技术还在不断研究和更新，力求在无氧环境的基础上填充惰性气体作为热处理环境，使热处理效率更高。
1.4超硬涂层技术超硬涂层技术可以提高材料表面硬度，使其更加耐用，提高性能，是目前应用范围较为广泛的热处理技术之一。随着现代金属材料加工技术的不断发展，超硬涂层技术采用电脑进行实时监控，方便该技术更好地应用。
1.5振动时效处理技术振动时效处理技术依靠振动原理稳定金属材料性能，可以有效防止金属材料变形。振动时效处理技术采用计算机设备进行监控，既可以减少生产时间，提高效率，还能够降低成本，节能减耗，克服了传统热处理技术的不足。
2金属材料热处理工艺与技术展望
随着金属材料热处理工艺与技术的不断发展，诞生了许多热处理技术。其中，可控气氛热处理就是较为成熟的热处理技术之一。可控气氛，顾名思义，就是一种可以控制和保护的气氛，是一种保护金属材料的气体介质。可控气氛可以有效保护金属材料的表面性能，使热处理过程更为完善。对于钢制工件而言，可控气氛热处理极为适合，可以给钢材料提供更为妥善的保护。这是因为钢在热处理高温中很容易被氧化，表面破坏较为严重，但可控气氛热处理却能够避免钢被氧化。对于其他金属材料而言，可控气氛热处理同样适用，在尺寸上可以调控，使操作更加灵活。目前，可控气氛热处理的应用较为广泛，但依然有很大的局限性。因此，未来的金属材料热处理工艺和技术需更加普及，才会有更广泛的发展空间。
3结束语
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
关键词：接地网；耐蚀金属材料；电化学测试
1引言
变电站容量的扩大对接地网安全运行的要求更为严格，对接地体的热稳定性的要求更高。在我国，由于资源、经济等原因，接地网所用的材质主要为普通碳钢。接地网腐蚀通常呈现局部腐蚀形态，发生腐蚀后接地网碳钢材料变脆、起层、松散，甚至发生断裂。某盐碱性土壤变电站现场与接地网连接的普通碳钢试片埋置2年后的表面情况。一般性土壤变电站现场与接地网连接的普通碳钢试片埋置226天后的表面情况。无论在盐碱性土壤中还是在一般性土壤中，接地网的碳钢试片腐蚀是非常严重的，其表面有许多局部腐蚀坑，试片边缘也不完整。
腐蚀是导致接地体事故扩大的一个主要原因。因为对于运行多年的接地网而言，由于腐蚀性土壤环境中的电化学腐蚀以及电网设备等运行中的泄流造成的腐蚀使得接地体截面减小，甚至断裂，造成接地性能不良，不能满足热稳定性的要求，因而电路电流将会烧坏接地网，使得变电站内出现高电位差，造成其它主设备的毁坏事故，还会危及人身安全。由于接地网埋设在地下，一旦腐蚀严重到使接地网的接地电阻不合格，甚至局部断裂时，对接地网的翻修改造是相当费劲和困难的，费用也是巨大的。因此防止接地网腐蚀，保证接地性能的稳定性，延长接地网的使用寿命，是电力系统安全经济生产所迫切需要解决的课题。
对于接地网防腐蚀的研究，目前国内主要有两条路线[1]，一是研制耐蚀性能优良而且经济性好的导电材料以取代目前普遍使用的碳钢；二是采用电化学保护技术以减缓正在服役的接地网的腐蚀速度，延长使用寿命。原武汉水利电力大学“接地网防蚀研究及应用”课题组经过长期大量的试验，已经筛选出耐蚀性能优良且价格合理的材料，可以取代目前广泛使用的普通碳钢。
2试验情况
由于接地网土壤腐蚀是一个缓慢过程，因此为了能快速优选出所需的材料，在实验室里进行了电化学测试，试验测试方法包括极化曲线、交流阻抗和动电位扫描。由于变电站接地网要承受雷电流及电网不平衡电流的泄流作用，因此在对材料进行筛选时必须了解材料的耐电解电流腐蚀的性能，为此在实验室里进行了材料的电解试验。试验所用土壤介质的理化性质分析结果，其自腐蚀电位为-688mV。根据德国DIN50929土壤腐蚀性评价标准评价该土壤为腐蚀性土壤[2]。试验所筛选的材料为2种稀土钢材（CL4和CL5）及3种常见表面处理的合金钢（CL1、CL2和CL3）。为了便于对比，试验还使用了普通碳钢及镀锌钢。根据实验室初步试验的结果，在变电站现场土壤中埋置了一定数量的材料试片以了解材料在变电站土壤现场中的耐蚀性能。
（1）极化曲线测试
1）试验条件
试验采用三电极体系，即工作电极、参比电极和辅助阳极。其中工作电极是将各种材料制作成体积为1cm3的小块，留出一表面作为研究面，其余表面用环氧树脂密封；参比电极为饱和甘汞电极，通过鲁金毛细管插入电解池；辅助阳极为铂电极。试验介质为土壤水土比为5:1的浸出液。试验所用仪器为TD3690型恒电位仪，HD-1A型信号发生器及3086-1AX-Y型记录仪。
试验时，起扫电位的选择是阳极极化时起扫电位比自腐蚀电位低100mV，阴极极化时起扫电位比自腐蚀电位高100mV。每次扫描的速度为2mV/s。
2）试验数据处理
采用BETACRUNCH（VERSION）程序进行计算。
（2）交流阻抗测试
1）试验条件
试验采用三电极体系，介质为水土比为5:1的土壤浸出液和水土比为2:1的泥浆，试验使用的仪器为EG&G公司的交流阻抗测试仪，包括锁相放大器，M283恒电位仪。计算机3个硬件部分通过GPIB总线连接起来。软件为M398阻抗数据专用测量软件。
2）数据处理
以频率最低处的阻抗值（|Z|0.05）来表征材料在介质中的耐蚀性能。|Z|0.05越高，说明材料的耐蚀性能越好，反之亦然[3]。
（3）电解测试
电解时试验材料与直流电源正极连接，用石墨棒作为阴极与直流电源的负极连接，电解所用介质为变电站土壤的水土比为2:1的泥浆，电解时间为3h，电解电流为64.0mA，槽压为150V。
3试验结果和讨论
3.1极化曲线测试
极化曲线测试试验的结果可见，在这些土壤介质中，材料CL1、CL2的腐蚀速率较其它材料低，其耐蚀性能较好。
3.2交流阻抗测试
试验结果可见，材料CL1、CL2的阻抗值明显高于其它材料，比普通碳钢高出2个数量级。材料CL4、CL5的耐蚀性能与普通碳钢差不多，甚至有时还不如普通碳钢。
3.3电解测试
从试验结果可以看出，镀锌钢耐电流电解腐蚀性能较差，材料CL1和CL2的耐电流电解腐蚀性能较好，其耐蚀性能比普通碳钢要高得多。电解结束后观察材料表面可以看出，镀锌钢表面的镀层出现了局部剥离现象，而其它材料表面均没有出现这种现象。
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3.4现场埋置试验
不同材料制作的试片在变电站现场土壤中埋置624天后挖出，经过表面处理后测定材料的腐蚀速率，结果可见，材料CL1和CL2的腐蚀速率较碳钢及镀锌钢要小得多。
同种材料，当与接地网连接时其腐蚀速率高于接地网不连接时的腐蚀速率，原因是与接地网连接的试片除了要受到土壤自然腐蚀作用外，还要受到变电站接地网泄流时的电流电解腐蚀。
在变电站土壤现场埋置试验过程中发现，与接地网连接的镀锌钢材料在不到1年时间其表面镀锌层就已经被电解腐蚀掉，而未与接地网连接的镀锌钢材料其表面镀锌层却完好。从现场埋置材料试片测定的腐蚀速率结果也可以看出，镀锌钢用作接地网材料时其耐蚀性能较普通碳钢没有多大提高，因此用镀锌钢材料来延长接地网使用寿命意义不大。
4结论
（1）在土壤腐蚀性较严重的地区，为了延长接地网使用寿命，在设计时往往考虑采用镀锌钢。其防腐蚀的原理是锌的腐蚀电位较普通碳钢的低，在土壤介质中锌优先被腐蚀掉从而保护了普通碳钢，达到延长碳钢使用寿命的目的。在没有电流作用下，镀锌钢的使用寿命的确较长，在变电站土壤现场埋置试验的结论也是如此。但是作为接地材料，由于其要受到接地电流的作用，镀锌钢表面的镀锌层很快就会被电解掉，因而镀锌钢对延长接地网的使用寿命实际作用不大。
（2）根据实验室电化学测试的结果可知，无论是在土壤浸出液中还是在土壤泥浆中，材料CL2的耐蚀性能较其他材料的耐蚀性能好，是普通碳钢耐蚀性能的5~7倍。
（3）经试验测试表明，材料CL1和CL2的耐蚀性能较普通碳钢要强得多，这对于延长变电站接地网的使用寿命，确保接地网安全经济运行具有重大意义。同时考虑材料的经济性及来源等因素，本文推荐用非铜质材料CL2替代普通碳钢用于接地网防腐蚀。
参考文献
[1]许崇武，胡学文，彭泉光，等．接地网防蚀研究及应用[R]．武汉：武汉水利电力大学，2000．
有关研究发现，脉冲电流对一系列冷加工金属材料，如镍、铝、铜等退火组织结构产生了一定的影响，能够明显促进铜金属再次结晶。如图1所示，冷变形铜的显微硬度会随着铜再结晶的时间变化而发生相应的改变。由此可见，在金属材料退火过程中，适当施加脉冲电流，可以大大缩短金属材料的再结晶过程，使其在较短时间内迅速完成。这一研究结果表明了脉冲电流能够有效抑制结晶晶粒生长，使再结晶晶粒更加细化。同时使Arrhenius公式的前指数因子数值大大增加，对于激活能几乎没有任何的影响。针对铜金属材料而言，施加脉冲电流还能够使其结构锐化，延迟其退火结晶的形成。这说明，漂移电子流在一定程度上对其显微组织结构和固态相变产生了影响，同时，还对晶体中的缺陷造成了影响。但是，在电场退火条件下，有相关研究人员认为，电场退火能够抑制铜再结晶及晶粒生长，从而促进铜再结晶立方结构在短时间内形成与发展，具有非常重要的作用。
2脉冲电流对金属材料性能的影响
有关研究人员通过实验发现，脉冲电流不仅能够使金属材料的流变应力大大降低，同时可以有效延长金属材料的疲劳寿命。通过研究高密度脉冲电流对a-Ti和多晶铜等金属材料的疲劳性能的影响，发现针对a-Ti的低周疲劳，高密度脉冲电流不仅能够彻底消除软化过程中的硬化峰，同时，还能够有效降低其疲劳初期的软化速率。脉冲电流能够使多晶铜的沿晶断裂倾向大大降低，有效延长高多晶铜的疲劳寿命。有研究人员认为，高密度脉冲电流不仅在一定程度上影响了次滑移系中的位错运动，同时，还影响了驻留滑移带中的位错运动，从而使滑移的均匀性得到有效提升。并且，随着所施加应力的不断降低，脉冲电流对多铜晶疲劳寿命的影响也会相应地有所增加。另外，有大量研究证明，用脉冲电流进行处理，可以有效减少驻留滑移带的平均间距和平均宽度，并且有效减小驻留滑移带和基体界面处的应力集中，从而大大延长其疲劳寿命。除此之外，脉冲电流还能够有效阻止疲劳裂纹进一步扩展，使金属材料的疲劳寿命大大延长。
3结语
