非晶合金世界里的追梦人——记北京科技大学新金属材料国家重点实验室吴渊副教授

新金属材料国家重点实验室的科技新星吴渊,1997年考入北京科技大学材料学院铸造专业,因成绩优秀被保送读研,硕士毕业后选择继续攻读博士学位研究生,后留校任教,从此与非晶合金结下不解之缘。一份耕耘一份收获,在非晶世界里的不懈努力和执着追求让吴渊在金属材料领域崭露头角,已在先进材料(Advanced Materialia)等多个材料领域的国际顶级刊物上发表SCI论文50余篇,应邀在国际学术会议做报告9次,获得发明专利授权11项,获得教育部自然科学二等奖1次。2013年吴渊入选首批北京市高校青年英才计划,2014年荣获国家自然科学优秀青年基金,2015年入选中共中央组织部万人计划"青年拔尖人才"支持计划。

新金属材料国家重点实验室

依托于北京科技大学的新金属材料国家重点实验室（以下简称实验室）目前已建设有5个公共检测平台：材料性能测试平台、物理模拟系统平台、物质结构分析平台、材料制备与加工平台以及高性能计算模拟平台;4个重点研究基地：国家111创新引智基地、国家军工实验基地、中广核联合实验基地、中国铝业联合研发基地;是获得中国计量认证（CMA）和中国合格评定国家认可委员会（CNAS）实验室认可的＂二合一＂实验室。

新金属材料专题 序言

材料是人类文明的里程碑,金属材料已成为人类社会发展的重要物质基础。随着科学技术发展,人们在传统材料的基础上,根据现代科技的研究成果开发应用新材料。新材料的研究和应用,是人类对物质性质认识和应用向更深层次的进军。近些年,国家高度重视新材料产业发展。面向建设科技强国和制造强国的战略蓝图,立足国民经济和国防安全重大需求,以提高新材料自主创新能力为核心,创新驱动发展,全面提升我国新材料自主保障能力和市场竞争力,把我国建设成新材料强国。新金属材料由于具有优异的使用性能,在航空航天、交通运输、新能源、国防等重要领域具有举足轻重的作用。

新一代高导热金属基复合材料界面热导研究进展

热物理性质不同的材料之间存在界面热阻,界面热阻对热传输过程产生极大的影响,并在很大程度上决定了复合材料的导热性能。金刚石颗粒增强金属基复合材料(Metal matrix composites,MMCs)充分发挥了金刚石的高热导率和低热膨胀系数的优点,有望获得高的热导率以及与半导体相匹配的热膨胀系数,可满足现代电子设备在散热能力上提出的越来越高的要求,作为新一代电子封装材料已引起广泛关注。界面热导(界面热阻的倒数)既是决定复合材料导热能力的关键因素,也是研究的难点,复合材料制备工艺、界面改性方式(金属基体合金化或金刚石表面金属化)以及改性金属种类均会影响界面热导。详细论述了界面热导理论及实验研究的最新成果,并对金刚石/金属复合材料在未来研究中面临的主要问题进行探讨。

一种制备颗粒增强金属基复合材料的新工艺

提出一种新的制备陶瓷颗粒增强金属基复合材料的新方法———块体分散铸造法。介绍了立式混粉、卧式混粉和倾斜式混粉3种混粉方式,并比较了混粉的效果;利用SEM和XRD方法对所制得的复合材料进行了显微组织和成分的分析,检测了铝基体中SiC的存在,证实了块体分散铸造法的可行性。

金属材料半固态凝固及成形技术进展

简要介绍了金属材料半固态凝固及成形技术发展的历史和现状,重点介绍了近年开发的几种金属材料半固态凝固制备技术的代表性方法与特点、铝合金和镁合金等轻金属材料半固态凝固及流变成形的组织与性能、高熔点合金材料半固态凝固制备及成形技术的进展以及半固态凝固成形技术的应用现状,最后对金属材料半固态凝固及成形技术的进展状况及发展前景作了简单的总结和展望。

熔铸-原位反应喷射成形金属基复合材料制备新技术

研究开发了一种喷射成形金属基复合材料制备新技术———熔铸－ 原位反应喷射成形技术。该技术的突出优点是： 解决了颗粒损失和颗粒在合金基体中分布不均匀的问题； 合金的熔炼、颗粒的生成以及喷射成形金属基复合材料的制备同步进行， 明显缩短了复合材料的制备工艺流程， 降低了材料的制备成本。利用该技术制备了３ ％ ＴｉＣ／Ａｌ 复合材料。研究表明， ＴｉＣ 颗粒在铝基体中分布均匀， 制备的３ ％ ＴｉＣ／Ａｌ

金属材料热机械疲劳试验研究的现状

详细论述了金属材料的热机械疲劳试验与研究现状，分析了金属材料的热机械疲劳特性，讨论了热机械疲劳试验方法，并提出了目前热机械疲劳试验与研究中存在的问题，以及热机械疲劳研究领域的研究方向．

高强度超细晶金属材料塑性行为及增塑研究进展

强度和塑性是金属结构材料最重要的力学性能指标,金属高性能化的关键是在高强度水平下保证良好的塑性,然而两者往往不能兼顾。在众多强化方法中,晶粒细化长期以来被认为是强化金属最理想的手段,在传统晶粒尺寸范围,细化晶粒既可以显著提高材料的强度,又能改善材料的塑韧性。因此,近几十年来超细晶/纳米晶金属得到了广泛研究和发展,出现了以大塑性变形(SPD)、先进形变热处理(ATMP)技术为代表的超细晶制备方法,所得晶粒可以细化到亚微米或纳米尺度,金属性能大大提高。然而,大量研究证实当晶粒细化到亚微米或纳米尺度时金属强度提高但塑性显著下降,与传统的细晶强化规律不符。对此,国内外学者进行了很多研究,试图阐明其机理、揭示晶粒超细化导致塑性降低的物理本质。此外,由于细化晶粒方法受到塑性的限制,新的高强度水平下增强塑性的方法成为钢铁材料高性能化的研究热点。针对塑性下降的事实,为了进一步提高超细晶金属材料性能,研究者开展了许多增强塑性的工作,获得了较好的效果,但仍存在一些不足。关于金属晶粒超细化导致塑性降低的普遍共性现象,目前广泛认可的理论主要有晶界捕获(吸收)位错的动态回复理论、位错运动湮灭理论、高初始位错密度以及位错源缺失机制等。前三者都主要关注超细晶金属材料低(无)加工硬化能力,并将其归结为延伸率降低所致。主要是因为低(无)加工硬化使材料在变形早期发生塑性失稳或局部变形从而表现出低塑性。超细晶金属增塑研究主要体现在增塑方法和机理方面,目前,增塑方法主要有(1)形成纳米孪晶;(2)获得粗晶-细晶双峰组织;(3)利用相变诱发塑性/孪生诱发塑性(TRIP/TWIP)效应;(4)引入铁素体软相;(5)利用纳米第二相粒子等。这些增塑方法的主要机理是利用组织结构的改变提高超细晶金属的加工硬化能力以维持良好的均匀塑性变形以及利用组织相变提高塑性。本文归纳了常用的超细晶金属制备方法,综述了超细晶金属材料塑性降低的研究进展,总结了超细晶金属增塑的研究结果,分析了目前研究中存在的不足,探讨了超细晶金属增强增塑的发展趋势,以期为超细晶金属塑性降低理论及增强增塑研究提供参考。

浅析金属材料室温拉伸试验方法变更后的证实

通过对低合金钢标准拉伸试样在不同加载条件下的拉伸试验,分析了控制方式和加载速率对材料力学性能的影响,并结合金属材料室温拉伸试验方法,详细论述了检测标准变更后实验室应采取的措施,以及对新标准重新确认的方法、步骤和应注意的问题,以证实实验室有相应的能力继续满足试验标准的要求。

高强韧金属材料中微结构的研究和应用

金属结构材料中的共格界面强化近年来受到广泛关注,虽然,该方法被证明是一种可同时实现强度、韧性双增的有效途径,但该类材料的制备往往受到尺寸、设备或工艺的制约。近期,一种全新的原位纳米颗粒强化技术被提出,旨在通过弥散分布的共格纳米粒子实现材料微观组织的优化及综合性能的提升。文中以铁基合金、铜合金、铝合金为例,对原位纳米颗粒增强合金的成分设计、制备方法及加工工艺选取进行详细介绍,建立该类共格粒子的强韧化机制理论,分析其对金属材料的微观结构和力学性能的影响,综述原位纳米颗粒高强高韧材料的研究现状,并指出其瓶颈与不足。在金属材料中引入原位纳米颗粒,可以实现共格纳米增强增韧,同时具有抑制偏析、细化晶粒、细化第二相/夹杂物、优化材料组织的作用,在多因素协同作用下实现材料的强韧双增,可被广泛应用于铁基合金、铜合金、铝合金、高熵合金等领域。最后对原位纳米强化技术的推进与工业化生产进行了展望。

核结构材料用多主元合金辐照损伤的研究进展

开发具有优异综合性能的核反应堆结构材料是核能发展的基础,并且是长期以来制约核能推广的难点之一。多主元合金(multiprincipal element alloys,MEAs)因具有良好的抗辐照性能、力学性能而被认为是先进反应堆结构材料的候选材料,为新型抗辐照材料的设计开辟了广阔空间。近年来,有关多主元合金在辐照损伤方面的研究多试图揭示多主元合金一些因素和特性对辐照过程中缺陷形成与演变的影响。例如:主元种类和数目、主元浓度、晶格畸变、化学短程序等。尽管现有的一些研究结果表明以上因素可以提高多主元合金抗辐照损伤能力,但是在不同辐照条件下,以上因素对多主元合金中缺陷形成和演变的影响机制存在较大差异,难以得出普适性的结论。本文围绕FCC和BCC系两类多主元合金的辐照肿胀、氦泡形成、辐照诱导元素偏析和相变、辐照硬化四方面内容,综述了近年来多主元合金在辐照损伤方面的研究进展,总结了多主元合金提高抗辐照性能的作用机制,并在此基础上对核电结构用多主元合金的未来研究方向做出了展望,包括短程序调控、高熵陶瓷、增材制造、高通量结合机器学习加速材料开发等。最后指出必须从合金成分设计的角度出发,基于材料服役的实际环境来设计新型抗辐照多主元合金。

金属基复合材料的发展现状及展望

介绍了金属基复合材料的发展现状,重点介绍了几种制备金属基复合材料的方法,提出了一种新的制备方法—块体分散法,并指出了在制备技术中存在的主要问题及其对应问题的解决方法,最后展望了金属基复合材料的发展趋势。

新型60Si40Al合金封装材料的喷射成形制备

利用喷射成形技术制备了60Si40Al合金新型电子封装材料。研究了各工艺参数对沉积坯件的影响,确定了较佳工艺参数。研究了材料的显微组织以及沉积态合金在加热保温过程中的组织转变规律,确定了热等静压温度,进行了热等静压致密化处理。研究结果表明:材料显微组织细小,一次硅相尺寸约为10μm,且均匀弥散分布,该材料的热膨胀系数为9×10-6～10×10-6/K,热导率约为110W/(m·K),是一种理想的电子封装材料。

喷射沉积成形颗粒增强金属基复合材料制备技术的发展

分析了喷射沉积成形颗粒增强金属基复合材料制备技术的研究现状。系统地介绍了原位反应喷射沉积成形过程中进行的各类反应。在总结国内外喷射沉积成形颗拉增强金属基复合材料制备技术优缺点的基础上,发展了熔铸-原位反应喷射沉积成形金属基复合材料制备新技术。

Ti-Al金属间化合物多孔材料的研究进展

Ti-Al金属间化合物多孔材料兼备陶瓷和金属多孔材料的性能优势,为具有很大发展潜力的新型无机多孔材料。目前,对于Ti-Al金属间化合物多孔材料的研究包括以下3个方面:反应合成Ti-Al金属间化合物多孔材料的制备及孔结构形成过程和机理;偏扩散-反应合成-烧结制备的Ti-Al金属间化合物多孔材料的物理、化学性能;偏扩散-反应合成Ti-Al金属间化合物多孔材料的应用及其潜力。Ti-Al金属间化合物多孔材料包括多孔体、多孔膜和多孔纸型膜等多种形式;Ti-Al金属间化合物多孔材料的性能主要包括膨胀特性、孔结构性能、抗环境腐蚀性能及焊接性能;Ti-Al金属间化合物多孔材料的现有应用范围主要包括过程工业中流体介质的过滤分离净化,以及化学工业中复合钯膜的支撑体。

颗粒增强金属基复合材料制备工艺评述

介绍了陶瓷颗粒增强金属基复合材料的进展状况,重点介绍了几种常用的制备方法,提出了一种新的制备工艺—块体分散法。指出了在制备技术中存在的主要问题及其解决方法。

钨丝增强ZrTiCuNiBeNb金属玻璃基复合材料界面

采用渗流铸造工艺制备了钨丝增强ZrTiCuNiBeNb金属玻璃基复合材料,利用X射线衍射、扫描电镜、电子探针以及NanoIndenterⅡ纳米显微力学探针考察了复合材料的界面结构以及界面微区力学性能。结果表明:钨丝增强ZrTiCuNiBeNb金属玻璃基复合材料界面仅由单纯的界面溶解和扩散形成,并未发生界面反应,该界面应属于金属基复合材料的Ⅱ类界面;并且溶解和扩散的存在使界面微区的硬度和弹性模量高于基体,界面结合较强,没有沿界面的裂纹扩展。

金刚石颗粒增强金属基高导热复合材料的研究进展

随着我国电子技术的不断发展,对于电子封装材料的要求不断提高,作为新一代电子封装材料的金刚石颗粒增强金属基复合材料由于具备优异的热物理性能和良好的机械性能,受到了广泛的关注。就金刚石增强金属基复合材料的研究进程进行了总结,并列举了国内外研究者们在金刚石增强金属基复合材料方面所取得的进展。包括针对复合材料界面优化所采用的金属基体合金化、金刚石表面金属化以及先进制备技术的开发。并且总结了复合材料导热理论研究中所提出的理论和模型。最后,对于金刚石颗粒增强金属基高导热复合材料的进一步研究方向提出了展望。

喷射沉积成形合金及金属基复合材料力学性能

介绍了近年来北京科技大学在该领域的部分研究结果，重点介绍典型喷射沉积材料（Ni3Al金属间化合物为基的合金和2618Al+SiC颗粒增强金属基复合材料的显微组织和力学性能．