理化檢測(cè)在金屬材料研究中的地位與作用

俞耿華

（浙江省冶金研究院有限公司，浙江 杭州 310007）

材料、能源、信息與生物被譽(yù)為人類現(xiàn)代文明四大支柱，由此可見材料的重要性，而金屬材料則是其中不可或缺的重要組成部分。金屬材料為工農(nóng)業(yè)以及國防工業(yè)的發(fā)展提供重要的物質(zhì)基礎(chǔ)，同時(shí)也為提高人民的生活水平做出了重要貢獻(xiàn)。

國家的現(xiàn)代化重要標(biāo)志之一就是該國的金屬材料的質(zhì)量、數(shù)量以及種類。隨著金屬材料研究的日益發(fā)展，以及與之相關(guān)的基礎(chǔ)科學(xué)的不斷進(jìn)步，對(duì)于金屬材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及物理化學(xué)性能都有了更加深入的認(rèn)識(shí)，對(duì)于金屬材料的研究也日益科學(xué)化，有此誕生了“金屬材料科學(xué)”這一重要學(xué)術(shù)研究領(lǐng)域[1]。

在金屬材料的研究過程中，無論是研究金屬材料的性能、結(jié)構(gòu)和組成，還是研究材料的性能、結(jié)構(gòu)和組成三者之間的相互作用和變化的規(guī)律，都必須通過理化檢測(cè)的方法來完成。

理化檢測(cè)在金屬材料研究中的地位和作用正在逐漸加深。那么，我們就以實(shí)例來說明理化檢測(cè)在金屬材料研究中是如何應(yīng)用的[2]。

1 理化檢測(cè)在金屬材料研究中的應(yīng)用內(nèi)容

所謂金屬材料科學(xué)，旨在研究金屬材料的性能、結(jié)構(gòu)與組成的變化規(guī)律以及相互作用關(guān)系的科學(xué)。為金屬材料研究提供理論基礎(chǔ)的學(xué)科包括化學(xué)物理、固體物理、固體化學(xué)、動(dòng)力學(xué)、熱力學(xué)等[3]。

金屬材料的生產(chǎn)工藝參數(shù)和內(nèi)部組成等因素決定了金屬材料的結(jié)構(gòu)，而金屬材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)又決定了金屬材料的物理和化學(xué)性能。由此可見，想要深入研究金屬材料并且在研究中獲得最需要的物理化學(xué)性能和內(nèi)部組成結(jié)構(gòu)，用以滿足工業(yè)出生產(chǎn)或人們生活的使用，就必須把工作的重心和重點(diǎn)放在深入研究金屬材料的生產(chǎn)工藝參數(shù)和內(nèi)部組成如何對(duì)金屬材料的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，研究金屬材料的組成、生產(chǎn)工藝參數(shù)、結(jié)構(gòu)與物理化學(xué)性能等不同因素之間的內(nèi)在聯(lián)系和相互影響。

在金屬材料的研究過程中，常規(guī)化學(xué)法、原子光譜法、電化學(xué)法和分子光譜法是測(cè)定金屬材料的痕量和主量時(shí)經(jīng)常使用的測(cè)定方法。

而紅外光譜、核磁共振、拉曼光譜、熒光光譜、質(zhì)譜以及常規(guī)的對(duì)于有機(jī)化合物進(jìn)行元素分析等方法的相互配合使用，來對(duì)高分子進(jìn)行分析。對(duì)于金屬材料結(jié)構(gòu)的研究，分為以下幾個(gè)方面：金屬材料的內(nèi)部的夾雜物、裂痕以及微孑L洞的具體形態(tài)需要用工業(yè)CT來觀察。觀察析出相的形態(tài)及其斷口的形貌要利用透射電鏡，如果想要確定各相的大致成分，還可以利用波譜或者能譜檢測(cè)。鑒定第二相的應(yīng)力、晶體結(jié)構(gòu)和取向，可以借助選區(qū)電子衍射法或者X射線衍射法。

在理化檢測(cè)的分支中，有一門可以廣泛應(yīng)用于金屬材料研究的物理化學(xué)相位分析的科學(xué)。此科學(xué)主要研究金屬材料中的第二相的分布狀態(tài)、形態(tài)、數(shù)量、組成、結(jié)構(gòu)、類型，以及相際間的合金元素的分配，在此基礎(chǔ)之上探索出合金組成及其性能之間的相互關(guān)系。在研究金屬材料時(shí)，科學(xué)家依靠計(jì)算機(jī)和科學(xué)理論設(shè)計(jì)著金屬材料的結(jié)構(gòu)，預(yù)測(cè)著金屬材料的性能，并且從合金的化學(xué)元素的組成預(yù)測(cè)合金的性能，設(shè)計(jì)有機(jī)大分子，設(shè)計(jì)復(fù)合金屬材料等。但是因?yàn)榧兝碚摼哂芯窒扌裕医饘俨牧暇哂衅浔旧淼男阅芎徒Y(jié)構(gòu)因素，所以想要完全地用設(shè)計(jì)與預(yù)測(cè)來替代實(shí)際檢測(cè)與研究是不切實(shí)際的。

2 理化檢測(cè)在金屬材料研究中應(yīng)用的具體案例

在探究高溫合金的性能與各相之間的關(guān)系、各個(gè)有關(guān)相和組成之間的相互關(guān)系、相變規(guī)律、溶解規(guī)律以及相的析出之間的相互關(guān)系的過程中，可以借助對(duì)析出相的含量、組成、結(jié)構(gòu)及其類型進(jìn)行研究。

在此過程中，探究了金屬材料的失效原因、強(qiáng)化機(jī)理、合金化機(jī)理及其組織的穩(wěn)定性，確立了部分高溫合金的熱處理制度、合金元素的用量等。

為了解決50硼鋼的脆化問題，通過觀察硼在鋼中的分布情況以及存在的狀態(tài)，系統(tǒng)地研究測(cè)硼方法、溶解和形成規(guī)律、硼相的組成與結(jié)構(gòu)，提出的可實(shí)施的解決方案，即通過同溶處理和硼脆機(jī)理，在結(jié)合后快速地冷卻，就能夠達(dá)到改善或消除硼脆的目的。以此為依據(jù)，國家修改了50硼鋼的標(biāo)準(zhǔn)。

通過研究合金中粘結(jié)相和鎢顆粒的組成及其含量，合金的斷口形貌及其顯微組織，硫、氧和錳的原子狀態(tài)以及它們所形成的夾雜物的分布、尺寸、形態(tài)、結(jié)構(gòu)以及類型，錳的不同加入量對(duì)于93W-Ni-Fe-Co性能的作用等，發(fā)現(xiàn)了錳元素在W-Ni-Fe-Co重合金里的作用，通過加入一種或幾種鎢顆粒或粘結(jié)相合金元素，可以提高結(jié)合強(qiáng)度、韌性和可塑性。

3 結(jié)語

理化檢測(cè)的目的是為了探究物質(zhì)的性能、結(jié)構(gòu)及組成，并最終得出結(jié)果的一門科學(xué)。在金屬材料的研究過程中，理化檢測(cè)是不可或缺的一部分。理化檢測(cè)能夠確定金屬材料的性能、結(jié)構(gòu)和組成，并最終確定金屬材料的性能、結(jié)構(gòu)以及組成的內(nèi)在聯(lián)系和相互影響變化規(guī)律。

參考文獻(xiàn)

[1]于桂洋,石敏,蔣云志,蘇海林,左如忠,許育東,伍光,王麗,龐志成,陳云幫.退火溫度對(duì)鈷鐵氧體薄膜結(jié)構(gòu)和性能的影響[J].金屬功能材料.2011(02).

[2]席國喜,焦玉字,路邁西. 廢舊鋰離子電池溶膠-凝膠法制備鈷鐵氧體的研究[J].材料導(dǎo)報(bào). 2008(10).

[3]紀(jì)仁龍,張濤,房洪杰,朱鵬程,孫杰.鈷鐵氧體亞微米球吸波性能與成分的關(guān)系研究[J].人工晶體學(xué)報(bào).2017(04) .