卓越工程师教育培养的科学发展观

卓越工程师应具备的工程素质涵盖技术、管理、经济等多方面,为实现卓越工程师的培养目标,促进高等工程教育的全面、协调、健康、可持续发展,必须对培养目标、培养方式、培养过程开展深入探索和研究。以中南大学材料科学与工程专业"卓越工程师教育培养计划"为例,探讨了将科学发展观渗透到卓越工程师的教育培养的每一个环节,从培养方案、师资建设、教学方法、校企合作等方面深化卓越工程师教育培养的改革实践,真正地、更好地落实科学发展观,由此促进整个社会经济的全面、协调、可持续发展。

基于专业课程教学的大学生创新训练模式的探索与实践——以中南大学材料科学与工程专业为例

在创新驱动发展的战略背景下,创新创业教育已成为高校人才培养的重要途径。针对创新训练项目实施过程中大学生参与度低、受益少等问题,从项目选题、项目实施等方面,提出并建立了一套基于专业课程教学的大学生创新训练模式,将专业课程学习与创新实践相结合,有效提升了大学生创新思维与实践能力的培养质量,并促进了大学生对课程专业知识的深度理解。

基于卓越工程师计划的研究生培养模式的改革与实践——以材料科学与工程专业为例

"面向企业,面向工程"是当前国内工科类研究生的主要就业方向。结合"卓越工程师教育培养计划",在本科生(3+1)培养计划的改革基础上,改革和优化研究生阶段(1+1)培养方案,以提高研究生的工程实践与创新能力,具有重要的现实意义。作者以中南大学材料科学与工程专业为例,从培养体系、实践基地建设以及产学研联合培养等方面探讨了"卓越工程师"计划研究生工程实践及创新能力培养的改革方向。

材料科学与工程专业全面实施“卓越计划”的困难与对策

中南大学材料科学与工程专业作为"卓越工程师教育培养计划"(以下简称"卓越计划")改革试点,2009年开始组建高级工程人才试验班,显著提升了工程试验班学生的工程实践与创新能力。2016年开始,本专业将全面推行"卓越计划"。从培养目标、师资队伍、实践基地、教学经费、管理体制及转变学生思想等各方面分析了本专业全面实施"卓越计划"的困难,并从教学团队建设、课程体系、教学模式、拓展与巩固实践教学基地、深化教学管理改革方面提出了对策。

材料类专业本科生生产实习教学改革探索

生产实习是材料类专业本科生培养的实践性教学环节,是学生为了解和熟悉专业而深入生产现场的学习与实践课程,它是破解“工科理科化”,培养新时代卓越工程师,为“中国制造”打造人才基础的重要培养环节。采用优化指导教师选拔、倡导企业项目牵引、强化通用型人才培养和弘扬工程师文化等举措可以提高学生实习兴趣和学习主动性,实现基础知识与实践能力有机融合,最终实现材料类专业本科生的人才培养目标。

创新人才培养的开放实验室管理实践与探索

实验室的开放管理在创新人才培养过程中有着极其重要的作用。以"学生为主体,教师做引导,全方位培养,多层次交流"的管理理念、"导师负责制"为主体的管理模式和以创新能力培养为中心的管理制度,在开放型实验室建设中取得了很好的实践效果,对学生综合素质提升具有重要的推动作用。

金属镁非共面位错相互作用强度的位错动力学模拟

采用位错动力学方法模拟金属镁在塑性变形过程中的基面、柱面及一阶锥面<a>位错非共面相互作用,利用扩展Taylor硬化方程计算潜硬化系数,探讨位错相互作用强度及其影响因素。研究结果表明,位错相互作用强度随滑移机制以及主滑移系与林滑移系的交换而变化,表现出显著的各向异性和非对称性。共线基面/柱面相互作用最强,非共线柱面/基面相互作用最弱,相应的潜硬化系数分别为0.43和0.11。共线相互作用下主位错长度由于位错湮灭明显比非共线相互作用下的小,非共线作用下则形成大量位错交结或交叉态位错。虽然共线相互作用总体上略强于非共线作用,但特定主位错−林位错相互作用对的共线与非共线作用相对强弱随非共线作用下形成的交结性质而变化。当非共线相互作用形成固着交结或交叉态时,非共线作用强度高于共线作用强度,而当形成的交结为可动交结时则弱于共线作用强度。充分考虑位错可动性及摩擦阻力的差异是有效预测位错相互作用强度及其各向异性的重要前提。

基于形状记忆聚合物复合材料的双向形状记忆行为

为了解决当前大多形状记忆聚合物仅能实现单向形状记忆效应的难题,将TDE-86环氧树脂改性的氢化双酚A型形状记忆环氧树脂和以聚丁二烯为软段的聚氨酯弹性体相结合,制备了一种具备层合结构的形状记忆聚合物复合材料。该复合材料通过形状记忆环氧树脂产生的回复力与预拉伸聚氨酯弹性体产生的收缩力之间的平衡从而实现无应力下的双向形状记忆行为,即在90~110℃温度范围内,加热弯曲而冷却反向弯曲。结果表明:聚氨酯弹性体预拉伸量越大,材料在整个温度范围内的弯曲程度也越大;当回复温度在形状记忆环氧树脂玻璃化温度及以上时,材料回复程度较大;增加聚氨酯弹性体厚度会增大材料初始的弯曲程度,但会减小材料在双向形状记忆过程中的变形和回复程度。

聚苯胺纳米线复合材料的制备与储能性分析

针对软、硬模板法制备纳米线的缺陷,提出一种步骤简单、快速且低成本的方法来获得直径均匀的PANI纳米线复合材料,并对所制备出的PANI纳米线复合材料进行表征和电化学性能研究。首先,采用阳极氧化剥离法,分别在硝酸体系、磷酸还原体系及硫酸体系中对表面光滑的石墨板进行电化学剥离处理。随后,在经过电化学剥离后的粗糙石墨表面上进行电聚合,从而得到PANI纳米线复合材料。表征分析发现,经电化学剥离处理的石墨纸表面分别生成具有大量活性点的石墨烯和氧化石墨烯,与PANI结合显著提高了PANI的导电性。其中硝酸体系制备的聚苯胺复合材料(PANI/GO)微观为纳米线组成的三维网状结构;磷酸还原体系制备的聚苯胺复合材料(PANI/GR1)微观是纳米线和纳米片层混合结构;硫酸体系制备的聚苯胺复合材料(PANI/GR2)的微观结构介于二者之间。以镁合金和上述三种PANI复合材料为电极,制备出简易的海水电池。使其在电流密度为3.75 mA·cm^(−2)下放电至0.9 V时止。三种电池的比能量分别为540、228和363 mWh·g^(−1),结果表明PANI/GO的储能性最优。随后进行的Tafel曲线分析和交流阻抗分析表明,PANI/GO复合电极的导电性和稳定性优异、比表面积大,有利于与电解液充分接触,促进离子在其上的传输和扩散,因而电池反应的极化小,电化学性能最优,有望应用于电池正极材料。

纳米SiO_(2)@MWCNT增强氰酸酯基形状记忆复合材料的制备及性能

形状记忆聚合物由于刚度、强度、回复驱动力等方面的限制,无法直接作为结构材料应用于航天航空。文中利用纳米二氧化硅包覆碳纳米管(SiO_(2)@MWCNT)改性的氰酸酯/聚丁二烯环氧树脂形状记忆树脂基体与T300碳纤维平纹织物通过热压成型法制备了一种形状记忆复合材料,系统表征和分析了形状记忆复合材料的力学性能、耐温性能和形状恢复能力。结果表明,在保证复合材料优异形状记忆效果的同时,以SiO_(2)@MWCNT作为增强纳米粒子显著提高了复合材料的玻璃化转变温度与力学性能。复合材料在玻璃化转变温度(212℃)附近仍保有1 GPa左右的储能模量,经过10次循环测试后,形状固定率和形状回复率都分别保持在96%和97%以上,并在35 s内完成由临时形状到初始形状的转变,展现出优异的回复速度与更大的形状回复力。

铜基偏晶合金的研究现状

铜基偏晶合金(Cu-Co、Cu-Fe、Cu-Cr等)具有优异的电、磁、力学等特性,受到国内外材料科学领域学者的广泛关注。在制备过程中,铜基偏晶合金由于发生液相分离行为并形成严重的偏析组织现象,被称为不混溶合金。过去的研究主要集中于寻求使铜基偏晶合金组织均匀的制备方法,然而近期研究表明,偏析组织异质结构的强度-韧性协同作用有利于提高材料的韧性,这为铜基偏晶合金的进一步发展提供了新思路。本文综述了目前国内外对铜基偏晶合金的液相分离和偏析组织形成机理的理论研究成果(包括液相分离组织结构演变、液相分离热力学以及第二相液滴形核生长动力学研究),归纳了目前主流的改善偏析组织方法(包括微合金化法、快速凝固法和激光成形法),阐述了铜基偏晶合金因液相分离特性产生的双相复合微观组织结构的强度-韧性协同作用,最后对铜基偏晶合金未来的研究发展方向进行了展望。

预变形量对2050 Al−Li合金显微组织和力学性能的影响

研究经不同轧制预变形处理(0~20%)后2050 Al−Li合金T8时效状态的显微组织演变和力学性能。通过透射电子显微镜(TEM)和扫描电子显微镜(SEM)对其显微组织进行表征。结果表明:随着预变形量的增加,晶粒尺寸沿ND方向显著变小,晶内畸变增大。位错等的缠结为T1相的析出提供了大量的形核位点。这导致析出相数量增多,析出相之间的距离缩小,从而提高了对位错运动的阻碍作用和合金强度。当预变形量为16%时,T1相数量密度和合金强度最高(屈服强度和抗拉强度分别达到568和584 MPa,伸长率为8.6%);当预变形量进一步增加到20%时,由于位错缠结,原子扩散通道减少,T1相数量的减少最终导致合金强度降低。

预变形对2195铝锂合金拉伸力学性能的影响

通过硬度测试、室温拉伸测试、电子背散射衍射分析(EBSD)、透射电子显微分析(TEM)以及数字图像相关(DIC)等手段,研究不同拉伸预变形量对2195铝锂合金在155℃时效后拉伸力学性能的影响。结果表明:拉伸预变形量为2%、4%、6%、8%的合金经过155℃时效后,其抗拉强度分别为560.4 MPa、570.8 MPa、573.6 MPa、575.9 MPa。随着预变形量的增大,合金强度不断提高,这是由于位错是强化相T1相的有利形核点位,拉伸预变形量的增大使得位错密度增加,从而使得T1相数量密度增加。但随着拉伸预变形量的增大,拉伸预变形对合金的强度提升幅度逐渐减小,这主要是位错堆积缠结,析出相形核点重叠导致的。随着拉伸预变形量从2%增大到8%,合金的伸长率从9.6%下降到6.4%。通过DIC观察,拉伸预变形量的增大会使得拉伸过程中的应变集中现象提前出现,颈缩稳定性有所降低。这是由于较大的拉伸预变形量会使得合金在预变形阶段的应变分布不均匀,合金内出现破碎的变形组织晶粒。这些变形组织晶粒与周围其他晶粒组织的晶粒取向不同,更有利于微裂纹的萌生和扩展。4%的拉伸预变形量可以使2195铝锂合金达到最佳的强塑性匹配,此时抗拉强度为570.8 MPa、屈服强度为543.4 MPa、伸长率为8.7%。

Cu含量对Al-1Mg-0.6Si-xCu合金板材韧性及弯曲性能的影响

采用室温拉伸、Kahn撕裂以及弯曲实验,结合数字图像分析法和扫描透射电镜等手段,探究了Cu含量对Al-1Mg-0.6Si-xCu合金板材韧性及弯曲性能的影响。结果表明:随着Cu含量的增加,合金的伸长率、均匀伸长率、均匀断裂能和单位面积裂纹形核功逐渐增加,合金的弯曲性能变好,均匀阶段韧性提升,而合金的失稳伸长率、失稳断裂能及单位面积裂纹扩展功下降,合金失稳阶段韧性变差。随着Cu含量的增加,Al-1Mg-0.6Si-xCu合金中强化相β″的密度增加,且在0.5-Cu合金中出现Q′相和L相,晶内析出相密度增加,使得合金在形变过程中消耗的能量增加;晶界析出相间距增加,从而提高合金的韧性及弯曲性能。

应变速率对7065铝合金等温压缩软化机制的影响

采用等温压缩实验并结合电子背散射衍射手段,研究了应变速率对7065铝合金热变形行为的影响规律。结果表明,随着应变速率由0.001 s^(-1)增加到30 s^(-1),合金的动态再结晶面积分数先显著减少,在1 s^(-1)时达到较低水平,而后变化幅度小于10%,当应变速率大于1 s^(-1)时,合金的亚结构面积分数显著增加。低应变速率阶段(0.001~1 s^(-1))的软化机制为动态再结晶(DRX)机制和动态回复(DRV)机制,而高应变速率阶段(1~30 s^(-1))的软化机制为DRV机制。随着应变速率的增加,等温压缩变形后合金的形变储能逐渐增加。

超塑性变形对2A97铝锂合金微观组织和力学性能的影响

本文将2A97铝锂合金板材在430℃、2×10^(-3)s-1条件下进行超塑性拉伸实验,拉伸至不同真应变(ε=0.4、0.7、0.9、1.1)后对其进行室温拉伸测试和断口形貌分析,并结合电子背散射衍射(EBSD)和扫描电子显微镜(SEM)研究不同超塑性变形量对2A97铝锂合金微观组织的影响。结果表明:随着超塑性变形量的增加,小角度晶界通过动态再结晶转变为大角度晶界,晶粒形貌从条带状向等轴状演变;在真应变0~0.9阶段,平均位错密度由于动态再结晶作用从0.6×10^(13)m^(-2)下降至0.2×10^(13)m^(-2),但在真应变达到1.1时,由于由于协调晶界滑动平均位错密度反而上升至0.3×10^(13)m^(-2)。合金室温拉伸强度在真应变0~0.4阶段下降,在0.4~1.1阶段上升;而伸长率变化规律相反,由于在真应变0~0.4阶段,动态再结晶软化作用使强度下降;在真应变0.4~1.1阶段,第二相回溶增强固溶强化效果,同时晶界强化和析出强化综合作用使强度增加,而空洞面积分数从0.09%增加至0.47%,第二相粒子粗化,导致伸长率下降。

超高强弹性铜合金材料的研究进展与展望

超高强弹性铜合金是导电弹性元器件的关键材料之一,它广泛应用在电子电工、通信导航、汽车工业和海洋工程等领域。综述了超高强铜合金材料的研究开发现状,以强度超过1000 MPa的Cu-Be、Cu-Ti、Cu-Ni-Sn、CuNi-Mn、Cu-Ni-Si和Cu-Ni-Al合金为例,概述了它们的合金化设计原则,时效过程中的相变机理,包括相变贯序、析出相的分布、取向关系等,同时对它们的制备特点、主要应用领域、强化机制和相关物理性能进行了阐述,在此基础上对它们开发应用中所存在的问题、前景和市场需求进行了分析和展望。

难熔金属合金及其高温抗氧化涂层研究现状与展望

难熔金属合金具有熔点高、高温强度高和加工性能良好等优点,被广泛用于航空航天、核工业等领域,但其高温抗氧化性能较差,涂覆高温抗氧化涂层是解决难熔金属合金热/氧防护问题的有效方式。概述钼、铌、钽、钨、铼等五种难熔金属合金国内外常用合金牌号及其主要性能,总结这五种难熔金属合金的高温抗氧化涂层常用体系、制备方法及其高温抗氧化性能,并提出多组元成分设计、复合梯度结构设计以及制备方法组合优化将是涂层研发的发展方向,有望逐步满足难熔金属合金各类热端部件的高温防护需求。

汽车用5182铝合金板温冲压实验研究及数值模拟

以5182铝合金板本构方程为基础,采用ABAQUS有限元模拟软件对5182铝合金板温冲压过程进行数值模拟,研究冲压温度和冲压速度等工艺因素对板材成形性能的影响;通过温冲压实验探讨5182铝合金板在不同冲压温度、冲压速度下的极限拉深比(LDR)。实验及模拟结果表明:冲压速度为0.1 mm/s时,合金的LDR值并非随着温度的升高而单调增加;冲压温度为523 K时,随着冲压速度的增加,LDR值逐渐降低;5182铝合金板的冲压性能主要受变形过程中板材的温度梯度与应变速率的影响;模拟结果与实验结果具有良好的一致性。

Cu含量对铝锂合金局部腐蚀行为的影响

通过晶间腐蚀、剥落腐蚀和电化学实验,结合金相显微镜、扫描电子显微镜和透射电子显微镜对组织的观察,研究了三种Cu含量对铝锂合金局部腐蚀行为的影响。结果表明:三种Cu含量铝锂合金(3.15Cu、3.63Cu和3.88Cu合金)的抗腐蚀性能由好到差依次为3.15Cu合金、3.88Cu合金、3.63Cu合金。3.15Cu合金中粗大相和T1相的数量最少,腐蚀深度最浅,腐蚀电流密度最小,EIS容抗弧半径最大,具有最好的抗腐蚀性能。与3.15Cu合金相比,3.63Cu和3.88Cu合金中粗大相和T1相的数量较多,导致合金腐蚀更容易萌生和扩展,使抗腐蚀性能变差;与3.63Cu合金相比,3.88Cu合金中粗大相与基体间的电位差减小,使抗腐蚀性能略有提升。