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。

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。

热处理对镁合金负极材料组织和性能的影响

采用金相观察、X衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、结合能谱(EDS)研究了分级退火工艺对镁合金显微组织、相结构、表面形貌及成分分布的影响;采用化学浸泡和电化学方法研究了该镁合金在质量分数为3.5%NaCl溶液中腐蚀行为和电化学性能。结果表明,热处理可以改变镁合金的组织结构和成分分布,进而影响镁合金的电极电位和自腐蚀速度,经350℃分级退火工艺得到的镁合金晶粒尺寸均匀细致、成分分布均匀,在晶界形成Mg2Sn、Mg2Pb和Ga2Mg5网状的疏松多孔相,使镁合金负极的工作电极电位负而且稳定,自腐蚀速度很低且腐蚀产物更易于剥离从而促进电池反应深入进行。

W-15Cu电子封装材料导热性能的研究

研究了熔渗温度、退火温度及退火冷却速度对W-15Cu电子封装材料导热性能的影响,试验结果表明退火能改善W-15Cu电子封装材料的导热性能,经850℃退火随炉冷的导热性能稳定在190W/(m.K)左右;W-15Cu电子封装材料界面残余应力的大小是影响材料导热性能的重要因素之一,残余应力越大,材料导热性能越差;W-15Cu电子封装材料随熔渗温度升高,导热系数增加,熔渗温度在1 400℃时的导热性能最好。

制备工艺对AgSnO_2(6.32)Sb_2O_3(3.69)触头材料组织与性能的影响

分别采用内氧化-粉末热挤压工艺和内氧化-热锻工艺制备了AgSnO2(6.32)Sb2O3(3.69)触头材料,研究了制备工艺对AgSnO2(6.32)Sb2O3(3.69)材料组织与性能的影响。结果表明:内氧化-粉末热挤压工艺制备的AgSnO2(6.32)Sb2O3(3.69)材料组织分布的均匀性及其相对密度、硬度和导电率均优于内氧化-热锻工艺相同组分材料。

电子探针分析方法及其在电接触材料研究中的应用

电子探针是在电子光学和X射线光谱学原理的基础上发展起来的一种高效率分析仪器。为了使材料研究者更好地了解电子探针的分析功能和利用电子探针进行材料的研究与分析,本文介绍了JXA-8230型电子探针工作原理和主要分析方法,并采用电子探针对AgNi触头材料进行了定性、定量和元素面扫描分析。结果表明,AgNi触头中除了含有Ag和Ni元素外,还含有少量的C和W元素,其中W元素主要分布在Ni相中。

基于“企业案例分析”的课程思政教育探析

开展课程思政教育是我国高校当前教学改革的重大课题。以“企业案例分析”课程中的6个工程案例为例,挖掘分析其中相关的思政内容:榜样教育、爱国情怀、环保意识、工匠精神、职业道德和人格塑造等。从而提出相应的教学改革举措:采用列举正反面事例、课堂讨论、类比说明、现身说法等方式,将课程思政元素融入案例教学的全过程,实现寓教于学、立德树人的目标。

CeO_2对金属镍-陶瓷涂层组织与性能的影响

在BaO-Al2O3-B2O3体系玻璃相中分别磨加和熔加CeO2粉体(16%),同时加入适量的镍粉,成功地制备了含CeO2的金属镍-陶瓷复合涂层。利用XRD和DSC技术分析了CeO2粉体的存在状态以及对玻璃相软化温度的影响;采用热震试验和维氏硬度试验测试对比了CeO2添加方式对金属镍-陶瓷复合涂层性能的影响;根据宏观形貌观察并结合SEM/EDS微观分析了涂层的形貌特点以及界面结构。结果表明,添加16%CeO2粉末可显著改善BaOAl2O3-B2O3涂层体系的涂覆性能,并提高涂层与基体金属之间的结合力。熔加的CeO2粉末在玻璃块料中主要以立方萤石结构的形式存在,且对玻璃相软化温度无明显影响。与磨加方式相比,熔加的CeO2颗粒更为细小,分布更加均匀。

Φ101.6 mm×9.7 mmTC4S钛合金管皮尔格温轧孔型曲线设计与优化

皮尔格温轧是无缝钛管生产的主要加工工序之一,而轧辊孔型设计是影响温轧生产效率和成品质量的关键因素。针对规格为Φ101.6 mm×9.7 mm的TC4S钛合金无缝管,分别采用SMS MEER法和Shevakin法设计了考虑温轧条件的轧辊环形孔型曲线。在此基础上建立轧辊、坯料和芯棒的3D模型,结合实际工艺参数和试验获取的材料参数,建立该规格无缝管的皮尔格温轧有限元模型。基于Abaqus/Explict软件平台,对两种方法设计的轧管模型开展仿真模拟,对比分析温轧过程中轧制力、不均匀变形程度和尺寸精度等变化规律。结果表明:Shevakin法的峰值轧制力和平均轧制力为6.01 MN和3.62 MN,相比于MEER设计法对应值分别低23.0%和14.2%,而外径相对偏差和壁厚相对偏差则较小,变形稳定性和尺寸精度相应较高,表明Shevakin法更适合所述规格管材的皮尔格轧辊孔型设计。

基于Archard理论的挤压次数对模具磨损量的影响分析

针对前次挤压对后次挤压的模具磨损有着显著影响,模具的总磨损量并不与单次磨损量呈简单的线性关系,将考虑温度影响的Archard磨损计算修正模型与有限元数值模拟分析方法相结合,预测铝合金挤压过程中模具表面磨损最严重的部位,建立该部位磨损量与挤压次数之间的确切关系,并由此提出一种考虑挤压次数影响的总磨损量计算公式。

固溶时效后高强高导Cu-Cr-Zr合金的性能与显微组织研究

在测试不同固溶时效阶段Cu-Cr-Zr合金力学性能和导电性能的基础上,采用金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)观察了合金的显微组织,发现经过490℃/240min时效处理后合金达到时效强度峰值,强度的提高主要是共格弥散强化相造成。运用Gerold及其推导公式计算了共格强化导致的最大拉伸应力增量(△σcsmax)的范围,同时应用单元体导电模型和马提申定则计算了合金时效时的导电率的增量值范围,与实验数值相比误差较小。说明所建模型能较好的反映时效析出过程中的强度和导电率变化。

微量元素含量对Al-Zn-Mg合金组织与性能的影响

通过光学显微镜、扫描电镜、透射电镜、强度实验、冲击韧度实验、应力腐蚀实验、剥落腐蚀实验及极化曲线测试,研究不同微量元素(Cr、Mn、Ti、Zr、Cu)含量添加对Al-Zn-Mg铝合金组织、力学性能与腐蚀性能的影响。结果表明:较多的微量元素使得合金内部第二相析出密度变大,对亚晶界/晶界的迁移起阻碍作用而未诱发粒子形核,提升合金抑制再结晶的能力,从而保持细小晶粒及亚晶组织,合金的抗拉强度提升69 MPa,应力腐蚀开裂延迟了108 h。但同时微量元素使得Al Fe Mn Cu等粗大的第二相增多,使自腐蚀电位正移、腐蚀电流密度变小,而塑性、韧性及耐剥落腐蚀性能均有所下降。

7B50高强铝合金的均匀化

采用光学显微镜、扫描电镜和透射电镜等研究7B50高强铝合金铸态和均匀化态的显微组织与成分分布,确定了实验合金一级均匀化后的过烧温度及二级均匀化工艺。结果表明:实验合金经465℃,24 h均匀化后的过烧温度为480℃,其最佳二级均匀化退火工艺为随炉升温到465℃保温24 h,再随炉升温到475℃保温4 h;实验合金经二级均匀化处理后,成分均匀,残留共晶很少,基体上析出大小适中及分布均匀的Al3Zr质点。

室温多向锻压AZ31镁合金的静态再结晶行为

通过光学显微镜(OM)及电子背散射衍射分析技术(EBSD)研究室温多向锻压(MDF)下AZ31镁合金在473K下的静态再结晶(SRX)行为,对高密度孪晶组织的再结晶行为、显微组织演变、再结晶动力学及退火初期再结晶晶粒取向进行研究。结果表明:室温多向锻压AZ31镁合金的累积应变量越大,孪晶密度越高,退火过程中越容易发生再结晶。不管试样累积应变量高还是低,硬度曲线在退火过程中均分为3个阶段,且第一阶段硬度值均基本不变,但低累积应变量试样比高累积应变量试样更迟进入第二阶段,进入第三阶段低累积应变量试样硬度继续呈下降趋势而高累积应变量试样硬度基本处于稳态。高累积应变量试样能用JMAK方程很好地描述退火组织的再结晶过程,但低累积应变量试样却不能。退火初期,再结晶晶粒与母相仍然保持孪晶关系,且其基面取向与最终压缩方向垂直或平行。

密度泛函理论预测微量元素在Al(100)表面的偏聚

通过周期性层状模型,利用密度泛函理论预测了微量杂质元素原子M(M=Fe,Si,Mg,Cu,Mn,Ga,In,Sn,Pb)在高纯铝箔(100)表面的偏聚趋势.计算得到表面偏聚能与已有实验结果相吻合.表面偏聚能由表面取代的微量元素原子M的位置、原子半径和金属的表面能决定.当表面偏聚能为负时,微量元素原子M在表面偏聚,反之则杂质原子不发生表面聚集.微量元素原子在铝箔表面偏聚可以使铝箔表面产生大量的缺陷和位错,它们在铝箔腐蚀时容易成为腐蚀的形核起点,进而增加铝箔的腐蚀发孔密度.

X5214铝合金型材挤压过程的数值模拟

通过采用有限元法与有限体积法相结合,在MSC.Super Forge有限元商业软件上实现了挤压比λ=98.28的X5214铝型材挤压过程的数值模拟;对比了3种不同导流孔形状对型材挤出模口处z向的流速均匀性;获得该型材挤压过程的材料流动速度场、应力场和温度场分布图,并对金属的流动过程进行分析。模拟分析结果表明:对于X5214铝型材,采用对称导流模可获得较佳的流速均匀性。

微量Er,Y对Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金均匀化的影响

采用光学显微镜(OM)、差热分析(DTA)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和X射线衍射(XRD)等分析技术研究了在Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金中添加微量稀土元素Er和Y对其均匀化行为的影响。研究结果表明:在Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金中复合添加微量Er,Y(质量分数<0.4%)使合金的共晶化合物溶解温度升高,其均匀化温度相应提高。合金经二级均匀化处理后仍残留较多的S(Al2CuMg)相和Al8Cu4Er相,其中S(Al2CuMg)相能在三级均匀化条件下得到有效消除,但Al8Cu4Er相很难消除。经465℃/24h+475℃/4h+485℃/4h三级均匀化处理后,合金中残留的共晶化合物数量已经很少,基体上分布有大量、均匀、细小的第二相质点,对抑制合金再结晶,提高合金性能十分有利。

铝晶体自由表面的稳定性计算

采用第一原理赝势平面波方法,计算铝晶体学自由表面(100)、(110)和(111)的能量、几何与电子结构。根据表面能计算预测铝自由表面结构的稳定性。结果表明:铝自由表面结构稳定性由强到弱的顺序为(111)、(100)、(110);表面原子驰豫不仅引起表面几何结构的变化,而且使表面层的电子结构与键合特性发生改变;(100)、(110)和(111)表层驰豫分别为3.337%、-6.147%和-2.364%;表面电荷密度不同引起表面能差异,表面原子层和次表面原子层的电荷面密度在s和p轨道上重新分布;表面原子层电荷密度越大,表面能越低。