時間：2023-03-20 16:25:14
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1.1一維的研究歷程作為機械系統(tǒng)的基本構(gòu)件的一維納米結(jié)構(gòu),其理論和實驗研究受到世界范圍內(nèi)的廣泛關(guān)注.在過去，由于納米絲的力學實驗受到實驗環(huán)境的制約,在普通的實驗室無法進行,然而計算機模擬可以通過原子運動的演化過程展示納米結(jié)構(gòu)的變形情況及其內(nèi)在機理,有效彌補了這一缺陷.
1.1.1中國科學技術(shù)大學教授倪向貴等眾多科學家對納米銅絲、納米鎳絲、等進行了拉伸過程的模擬實驗,重點放在納米結(jié)構(gòu)與能量應(yīng)力變化的模擬研究上面,以及表面效應(yīng)如何影響單晶納米材料的整體力學和原子運動的各種行為,根據(jù)反復的實踐和精確的計算，終于研究出了納米材料的破壞失效原理.這一實驗同時也表明通過建立模擬模型和有效的計算方法能非常有效地模擬納米金屬材料在微觀方面的變化過程.
1.1.2梁海弋等一批科學家利用EAM原子勢函數(shù)的相關(guān)原理模擬研究了納米銅絲的拉伸性能.結(jié)果表明，截面的變化對直接影響納米絲拉伸性能.這是由于表面原子松散,納米絲的表面張應(yīng)力等綜合因素造成的.而且拉伸強度會隨著納米絲截面減小而提高，同時會推遲屈服和增加初始拉伸模量的軟化程度.
1.2二維的研究歷程在納米薄膜的制備研究過程中,得出了很多薄膜生長現(xiàn)象,人們需要對其從理論計算上進行科學的解釋.日本的Huang等一批科學家對Au原子在MgO表面（100）點缺陷處的團簇生長進行了模擬實驗,同時也進行了Au原子擴散聚集對成膜的模擬研究;通過研究得出，原子的幾何形狀會隨著擴散力的不同以及能量的不同而發(fā)生變化.我國知名科學家張慶瑜在分子動力學研究的基礎(chǔ)上建立了氣相沉積原子動力學模型,同時采用MonteCarlo方法對Au外延薄膜的初期生長過程也進行了模擬研究,指出了薄膜外延生長會隨基體溫度的變化而發(fā)生怎樣的變化.劉祖黎等一批科學家采用MonteCarlo模型探索出了Pt/Pt（Ⅲ）薄膜生長初始階段島的形貌與基底溫度之間的具體關(guān)系.模型中充分考慮了吸附原子擴散、原子沉積與蒸發(fā)等過程,與過去的模型不同的是采用Morse勢來計算粒子之間的相互作用,并詳細充分考慮了臨近和次臨近原子所產(chǎn)生的影響.研究結(jié)果表明,島的形貌隨基底溫度的升高,從一個分形生長到凝聚生長的變化全過程.通過進一步的深入研究表明,島的形貌和基底形貌兩者之間的關(guān)系會隨著基底溫度的升高發(fā)生顯著的變化,而基底溫度低時,島的形狀與基底形貌沒有任何關(guān)聯(lián).
2目前計算機模擬研究需要解決的問題
一般來說，納米金屬材料的計算模擬方法所采用的大多都是原子級模擬技術(shù),它是將納米金屬材料作為數(shù)量較多的單個金屬原子的集合體,并且將每個金屬原子當作彼此獨立的研究單元來進行模擬實驗,然后通過統(tǒng)計力學和經(jīng)典力學對其進行規(guī)律性的描述,并預測納米金屬材料的微觀結(jié)構(gòu)以及功能.但是由于納米金屬材料自身結(jié)構(gòu)非常復雜，以及它對周圍環(huán)境無法得到迅速的反應(yīng),所以目前還無法運用相關(guān)的模擬技術(shù)來得到理想的答案.本人建議可以從以下方面進行努力：
2.1選定模擬算法在進行納米金屬材料分子動力學的模擬實驗中,應(yīng)當是對包括金屬、氧化物、金屬氧化物等一系列的多原子體系實驗.因為原子間的作用是一個多體效應(yīng),在這個效應(yīng)當中所有的粒子會全部聚集到一起,是無法采用解析的方法進行求解的.這時我們可以選用有限差分方法來進行求解,目前運用的最多的包括：蛙跳法、預測-校正算法和Verlet算法三種類型.值得注意的是，雖然目前的計算機技術(shù)發(fā)展迅速,但是純粹依賴提高單個CPU的計算速度根本就不能滿足越來越繁瑣的計算需要,鑒于此，我們可以考慮進行并行化進行計算，這樣會更加有效.
2.2要充分考慮粒子間的相互作用微觀粒子的運動本來是需要使用量子力學來進行描述的,但納米金屬材料的結(jié)構(gòu)與性能往往會涉及到大量微觀粒子而且還是多體作用,因此用量子力學第一性原理來對粒子間相互作用求解并非易事,而絕大多數(shù)模擬認為粒子的運動遵循牛頓力學規(guī)律,因此可以考慮采用半經(jīng)驗的原子間相互作用勢來對粒子間的作用進行描述.一般來講，勢函數(shù)是否可靠決定了一個分子動力學模擬能否成功.原子或者離子間的相互作用勢越復雜、擬合性質(zhì)越多就越與實際的相互作用接近,不過越復雜的相互作用同時也會加大計算量和模擬量,因此在構(gòu)建或使用原子間相互作用勢的過程中,應(yīng)根據(jù)所要研究的問題的具體情況,選擇既能反映相互作用的本質(zhì),又可以在計算上切實可行的相互作用勢.
2.3處理和分析模擬結(jié)果找到一種合適的分析模擬結(jié)果的方法對于計算機模擬來說是至關(guān)重要的.通常情況下，模擬的軌跡文件只包含了各個粒子的位置、速度和力的相關(guān)信息,因此一定要對這些信息進行有效的處理以后才能得到想要的物理量.而計算機模擬走向應(yīng)用的關(guān)鍵之處在于，找到合適的方法處理結(jié)果,將宏觀現(xiàn)象與微觀軌跡進行有機聯(lián)系.模擬結(jié)果的處理無疑會是一個非常復雜的過程,其重點問題是要從MD模擬的軌跡文件中講可與實驗直接比較的統(tǒng)計量提取出來.除此之外,軌跡中的坐標信息對于分析結(jié)構(gòu)體系信息也十分重要,而這卻是非常耗時的工作過程.
3結(jié)束語
首先，考慮到難加工金屬材料特殊的硬度和強度，需要更大的切削力，相比于普通材料力度要提高3～4倍，這無疑增加了切削的難度。其次，考慮到難加工金屬材料的低導熱率，其具有著較高的切削溫度，很容易使材料表面形成燒傷、劃痕等嚴重的質(zhì)量問題。最后，考慮到在進行切削時道具很容易發(fā)生磨損，進而降低了刀具的使用壽命，并且在高溫環(huán)境下，難加工金屬材料的化學活性很高，在熱力的作用下很容易形成有關(guān)鈦的氧化物，這些氧化物反作用于工件，使其韌性降低，切削難度進一步加大。以上因素說明對難加工金屬材料進行切削具有一定的難度。
2基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)控加工控制方法
2．1RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及相關(guān)算法概述下頁如圖1所示，RFB的每一個神經(jīng)元同輸入層連接的向量W1i與輸入的矢量Xq的距離設(shè)為b1，輸入y＝radbas［dis（W，x）×b］，并且輸出層的神經(jīng)元對相應(yīng)的輸出函數(shù)采用線形的加權(quán)組合。對于基函數(shù)大齒常采用高斯函數(shù)：對于RBF的初始化及相關(guān)的學習可以參照圖2。在進行訓練前，先輸入矢量X，與之對應(yīng)的是目標矢量T以及徑向基函數(shù)的一個拓展常數(shù)C。具體的訓練目的是，求W1，W2以及b1和b2。當系統(tǒng)完成所有輸入值的聚類以后，會自動求得每個隱層節(jié)點RBF的中心ci，進而確定相應(yīng)的W1。在改進方法上，主要是針對第0個神經(jīng)元進行初始的訓練，排查出錯誤后自動的增加神經(jīng)元［2］。
2．2難加工金屬材料的RBF監(jiān)控系統(tǒng)難加工金屬材料的RBF監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)造如圖3所示。整個系統(tǒng)采用的是M317069的速度傳感器進行測速，SZMB－9的磁電轉(zhuǎn)速傳感器進行轉(zhuǎn)速的測定，HK－NS－WY04的位移變送器進行對吃刀量的檢測。一旦檢測到加工過程存在問題，系統(tǒng)就會實行自主的參數(shù)控制。該系統(tǒng)的工作原理如圖4所示，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)所采用的最基本單元是神經(jīng)元結(jié)構(gòu)的模型。它的輸入模式具有線性不可分性，考慮到這些實行的是多層化的感知器網(wǎng)絡(luò)，以實現(xiàn)多層次的網(wǎng)絡(luò)輸出，若最終的輸出結(jié)果不是想要的，可以通過修改各個感知器的權(quán)值來達到目的。
3結(jié)語
為21世紀化工行業(yè)培養(yǎng)合格的金屬材料工程專業(yè)人才，自2006年以來，沈陽化工大學金屬材料工程專業(yè)對教學內(nèi)容、課程設(shè)置、課程體系進行了統(tǒng)籌規(guī)劃和整體安排。經(jīng)過幾年的改革和實踐，建立了具有化工行業(yè)特點及金屬材料工程專業(yè)特色、科學合理的教學內(nèi)容與課程體系。一方面，課程設(shè)置與專業(yè)特色相契合，再結(jié)合沈陽化工大學的化工特色，針對化工單元設(shè)備的主要加工方法，如壓力加工、焊接、機械加工及化工單元設(shè)備的腐蝕問題，對課程設(shè)置、課程體系統(tǒng)籌規(guī)劃、整體安排，構(gòu)建具有化工行業(yè)特色及金屬材料工程專業(yè)特點、科學合理的新的課程教學體系。強化金屬塑性加工原理、焊接冶金學、焊接工藝與設(shè)備、金屬腐蝕與防護、金屬熱處理和材料無損檢測等主要專業(yè)課程。在課程教學中，結(jié)合金屬材料工程專業(yè)的特色，不斷進行教學內(nèi)容與教學方法的改革。采用將教學內(nèi)容與工程實際、工程法規(guī)、工程問題、典型產(chǎn)品相結(jié)合，尤其與化工生產(chǎn)和化工設(shè)備制造過程相結(jié)合的案例教學。典型課程如，金屬塑性加工原理、焊接工藝與設(shè)備及腐蝕與防護等都是以化工單元設(shè)備生產(chǎn)過程為背景的案例教學方法，著力打造精品課程，形成部分專業(yè)課程特色教材，加強金屬工程材料專業(yè)本科學生能力和素質(zhì)的培養(yǎng)，對其他課程的教學起到了示范作用，推動了教學改革的深入進行，提高了教學質(zhì)量。另一方面，以強化工程實踐能力、工程設(shè)計能力與工程創(chuàng)新能力為核心，實踐內(nèi)容貫穿培養(yǎng)過程的始終。首先，增加課程實驗，尤其是綜合性和設(shè)計性實驗，然后開展靈活多樣的實習實踐，在原有的金工實習、認識實習、生產(chǎn)實習、畢業(yè)實習的基礎(chǔ)上，增加個性化實習。開放辦學、校企合作，結(jié)合學生的興趣愛好、就業(yè)方向、教師的科研課題以及就業(yè)單位的培訓等等，分別送學生到企業(yè)去學習實踐。為方便學生到企業(yè)實習，我校先后建立了與沈陽鑄鍛工業(yè)有限公司、沈陽金杯廣振汽車部件有限公司、沈陽來金汽車零部件有限公司、富奧遼寧汽車彈簧有限公司、撫順機械設(shè)備制造有限公司等十余家企業(yè)合作的實習基地。通過加強實習基地與相關(guān)企事業(yè)單位的共建和合作，利用其設(shè)施、設(shè)備等條件開展實踐教學，同時也幫助學生了解金屬材料及其相關(guān)材料的科技發(fā)展動態(tài)，以及相關(guān)前沿技術(shù)和行業(yè)需求，培養(yǎng)分析和解決生產(chǎn)中的實際問題、從事科學研究和實際工作的初步能力。
二、建立創(chuàng)新教育機制，培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力
鼓勵學生在教師指導下積極開展多樣化的科技創(chuàng)新活動［5］。如參加指導教師的課題研究，申報并參加大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目，參加全國及遼寧省“挑戰(zhàn)杯”大學生課外學術(shù)科技作品競賽、全國及遼寧省普通高等學校本科大學生機械創(chuàng)新設(shè)計大賽、全國大學生英語競賽、全國大學生數(shù)學建模競賽等。通過組織各種類型、各種形式和不同層次的課外活動，將各類工程實踐活動、創(chuàng)新實踐訓練、學科競賽活動、學術(shù)前沿講座、社會實踐、公益活動等課外活動作為第二課堂課程模塊納入到課程體系中統(tǒng)一實施和管理。從2006年開始，我們以學校“6S”，即ST(科技訓練)、SC(系列競賽)、SP(社會實踐)、SW(社會工作)、SL(系列講座)、SA(特色活動)為指導，以“挑戰(zhàn)杯”“機械設(shè)計競賽”活動為契機，以課外教學環(huán)節(jié)為突破口，開展了多項大學生課外競賽活動。近年來，金屬材料工程專業(yè)參賽學生項目獲機械創(chuàng)新設(shè)計大賽國家二等獎一項;“挑戰(zhàn)杯”大學生課外學術(shù)科技作品競賽國家三等獎一項;全國大學生英語競賽二等獎、三等獎各一項;遼寧省級獎項幾十項。通過創(chuàng)新競賽的開展，活躍了創(chuàng)新教育的氛圍，為金屬材料工程專業(yè)學生的個性發(fā)展提供了平臺，為學生畢業(yè)后從事科學研究活動奠定了一定的基礎(chǔ)。此外，金屬材料工程專業(yè)對學生實行實驗室全天開放，先進的科研設(shè)備和儀器用于學生科研訓練，促進了學生創(chuàng)新能力的提高。
三、結(jié)論
1．1無機非金屬材料工程工藝實踐
工藝實踐是結(jié)合專業(yè)課程而制定的與現(xiàn)場實習類似的一類實踐教學，通過自己動手，能夠?qū)o機非金屬材料工程專業(yè)工廠的主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)產(chǎn)生更為實際的感性認識，能對其生產(chǎn)過程有一個完整的了解，進而熟練掌握水泥、玻璃、陶瓷等工藝的操作流程，了解常用和現(xiàn)代無機非金屬材料設(shè)備的性能和用途，能借鑒材料工藝應(yīng)用的成功經(jīng)驗，通過工藝實踐的開展，為畢業(yè)設(shè)計和今后從事的專業(yè)工作打下基礎(chǔ)。
1．2專業(yè)實習
無機非金屬材料工程專業(yè)實習包括教學實習和生產(chǎn)實習兩個環(huán)節(jié)，實習均安排在企業(yè)進行。教學實習以現(xiàn)場參觀、集中講解和簡單操作的形式完成，通過實習使學生獲得對無機非金屬材料工程工廠生產(chǎn)的感性認識，加深理解所學的理論知識，逐步提升學生分析問題、解決問題和動手實踐的能力，并讓學生對生產(chǎn)過程有全面的了解，生產(chǎn)實習安排在專業(yè)課程教學之后，采用集中學習、分散跟崗的模式，為避免學生在進入實習基地對專業(yè)課與實習內(nèi)容產(chǎn)生脫節(jié)感，在學生進行實習之前，將安排學生自主查閱相關(guān)教材和資料，使學生在實習之前對所實習的工廠基地有一個全面的了解，這樣有利于學生認真對待實習、重視實習。通過系統(tǒng)的專業(yè)實習后，學生能夠熟悉無機非金屬材料工程的各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)，從原料準備到生產(chǎn)、運輸與管理的全過程，了解先進的生產(chǎn)技術(shù)與裝備，為今后的學習、工作及科研打下堅定的實踐基礎(chǔ)。學院要選擇一個好的實習基地，要求實習基地配備經(jīng)驗豐富的指導老師，為學生提供實踐、教學、科研場所以及設(shè)備，并且給學生可以參加實踐的機會，力爭通過生產(chǎn)一線的工程訓練，提高學生的工程實踐能力。另外，對于學生的考核不應(yīng)該一味追求實習結(jié)束后撰寫實習報告，可以采取靈活的手段進行考核，比如以現(xiàn)場提問，答辯的形式，結(jié)合實習報告的形式來完成。
1．3畢業(yè)設(shè)計(論文)
畢業(yè)設(shè)計目的在于訓練學生運用所學基礎(chǔ)理論和工藝知識獨立地解決有關(guān)無機非金屬材料工程工廠設(shè)計中的工程技術(shù)問題。通過畢業(yè)設(shè)計把所學的理論知識和實際技能有機地結(jié)合起來，并應(yīng)用于工程設(shè)計，進一步提高分析問題和解決問題的能力及運算和繪圖能力，同時，要學會利用文獻資料、查閱圖表、手冊等方法，初步掌握無機非金屬材料工程工藝設(shè)計的基本原理、方法、步驟和編制設(shè)計文件的基本能力。畢業(yè)設(shè)計(論文)是學生在校學習期間一個重要的實踐性教學環(huán)節(jié)，利用無機非金屬材料專業(yè)加入“卓越計劃”的契機，選派相關(guān)教師到合作企業(yè)中鍛煉，加強教師的工程素養(yǎng)。建立一支“雙師型”指導隊伍，聯(lián)合指導學生的畢業(yè)設(shè)計(論文)。學生在選題時，一方面結(jié)合學院對卓越計劃的培養(yǎng)目標，另一方面結(jié)合學生在現(xiàn)場實習時所遇到的問題，共同為學生制定畢業(yè)設(shè)計(論文)題目，讓學生能夠“真刀真槍”完成畢業(yè)設(shè)計(論文)，提高學生研發(fā)和工程設(shè)計的能力。
2加強實踐教學基地建設(shè)
校外實習基地是高校開展實踐教學的重要場所，學院積極與相關(guān)企業(yè)聯(lián)系，開展實習基地建設(shè)，根據(jù)企業(yè)規(guī)模和學生就業(yè)意圖，經(jīng)過廣泛調(diào)研，無機非金屬材料工程專業(yè)分別在淮南、淮北、蚌埠、南京，湖南等地二十多個單位建立了長期的實踐教學基地，可以滿足學生開展創(chuàng)新實踐教學的需要。實踐對于學生來說是非常重要的一個環(huán)節(jié)，學生在第7學期開始熟悉所在企業(yè)的工藝流程，做到所學理論知識與實踐的相結(jié)合，到第8學期實行企業(yè)同老師雙師型指導教學，可以聘請企業(yè)技術(shù)人員進行現(xiàn)場講解，座談，加深學生對實際生產(chǎn)與所學理論知識的融合，齊全的實踐教學基地和產(chǎn)學研基地為無機非金屬材料工程專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量提供了支持和保障。
3加強教師隊伍建設(shè)
無機非金屬工程專業(yè)現(xiàn)有教師大部分是博士，碩士，參加工作就直接從事教學，現(xiàn)場經(jīng)驗不足，工程實踐能力欠缺，為了使卓越計劃的成功實施，需要加強無機非金屬材料工程專業(yè)教師隊伍的建設(shè):一是加強對現(xiàn)有教師工程能力的培養(yǎng)，鼓勵部分教師到企業(yè)工程崗位工作學習1～2年，豐富青年教師的工程實踐背景;二是直接從企業(yè)聘請具有豐富工程實踐經(jīng)驗的工程技術(shù)人員擔任兼職教師，為學生在企業(yè)學習提供全面指導，讓其承擔專業(yè)課程教學，指導畢業(yè)設(shè)計等任務(wù)或擔任本科生、研究生的聯(lián)合導師。著力建設(shè)一支具有一定工程經(jīng)歷的高水平專、兼職教師隊伍，強化師資隊伍的教育素質(zhì)和技能培訓，提高教師的工程實踐能力，加強和完善教學團隊的教師隊伍力量，使工程型教師達到專任教師總數(shù)的90%以上，形成專業(yè)水平高、實踐能力強的教學團隊。
4鼓勵學生積極參與教師科研項目
將教師的科研課題與實踐教學相結(jié)合，鼓勵學生參與到教師的研究課題里，目的是提高學生的動手能力和對本專業(yè)的興趣，學院鼓勵學生以卓越計劃為依托，盡早與導師聯(lián)系，盡早走入實驗室，自主進行研究。在學生進入實驗室時，摒棄以往教師是實驗的設(shè)計者，學生是實施者的角色，讓學生積極查找文獻、制定技術(shù)方案、研究探討、方案實施、優(yōu)化方案和撰寫總結(jié)報告，這樣就使學生在實驗過程中把握學習主動性，加深對知識的理解，擴大學生的知識面，提高學生的科研創(chuàng)新能力和實踐動手能力。
5加強實踐教學管理
制定實踐教學計劃和實踐教學標準，同時加大監(jiān)督、管理、檢查力度，合理制定各層次的管理規(guī)章制度，并建立和完善各層次的管理目標責任制，加強實訓教學的考核管理，制定合理的實訓教學考核辦法，如教學制度的執(zhí)行情況，實驗教學內(nèi)容的安排及完成情況。將實驗設(shè)備的維護管理都融入到教學管理體制中，將教師實踐教學的積極性充分調(diào)動起來，形成一個良好的實踐教學機制，讓實踐教學真正落到實處。學生校內(nèi)的實踐課程考核主要由作業(yè)、出勤、考試、實驗等幾部分組成，根據(jù)課程的性質(zhì)不同，還可以加入項目設(shè)計及測驗等形式;對于企業(yè)實踐環(huán)節(jié)的考核，將由學院和實習基地共同完成，但主要評定由實習基地的導師根據(jù)學生參加工程訓練的情況給出。具體考核方法:單獨對每個培訓環(huán)節(jié)進行考核，在現(xiàn)場由每個實訓導師按照實習基地的標準對學生進行考核，考核方式可采取提問答辯、現(xiàn)場操作等，學生的實習成績由學生在該實習基地的實際表現(xiàn)給出。
6結(jié)語
1．1構(gòu)建專業(yè)課程體系，科學配置理論、實踐和創(chuàng)新教學內(nèi)容課程體系建設(shè)是地方本科院校金屬材料工程專業(yè)應(yīng)用型創(chuàng)新人才培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)之一。基于應(yīng)用型金屬材料工程專業(yè)創(chuàng)新人才對基礎(chǔ)理論、工程實踐與技術(shù)創(chuàng)新和諧發(fā)展的目標要求，對金屬材料工程專業(yè)現(xiàn)有教學體系進行梳理，合理規(guī)劃基礎(chǔ)知識、專業(yè)知識以及實踐與創(chuàng)新能力培養(yǎng)等相得益彰的教學內(nèi)容，統(tǒng)籌規(guī)劃各階段課程安排［2］。通過架構(gòu)科學的金屬材料工程專業(yè)知識體系，全面提高學生運用知識解決工程實際問題的能力和創(chuàng)新意識，改善金屬材料工程專業(yè)教育教學質(zhì)量。我校金屬材料工程專業(yè)課程體系框架見表1。課程體系中，第一和第二學年以數(shù)理類基礎(chǔ)課程、電學與計算機基礎(chǔ)課程、力學機械類基礎(chǔ)課程為主，通過少量專業(yè)基礎(chǔ)課程的設(shè)置，對金屬材料工程專業(yè)有初步認知。第三階段和第四階段主要以專業(yè)知識學習為主，確定了以金屬材料的組成與結(jié)構(gòu)、制備、性能與應(yīng)用以及材料的表征為核心課程，涵蓋若干專業(yè)理論課程和實踐項目的金屬材料工程本科專業(yè)課程體系。
1．2強化實踐教學，突出實踐能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)地方本科院校金屬材料工程專業(yè)應(yīng)根據(jù)專業(yè)人才培養(yǎng)目標，加大實踐環(huán)節(jié)的比重，構(gòu)建以能力為本位、突出學生實踐能力的系統(tǒng)化的實踐教學體系。我校金屬材料工程專業(yè)課程體系中，以實踐項目為載體進行實踐教學，結(jié)合“三性”實驗等多層次實驗教學內(nèi)容的合理配置，實現(xiàn)知識到能力的轉(zhuǎn)化，以提高學生的工程能力［3］。地方本科院校金屬材料工程專業(yè)可以實施“大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)工程”項目，實行本科生導師制，舉辦科技作品大賽，引導學生參加導師課題。通過組織協(xié)會、開辦論壇講座、舉辦創(chuàng)業(yè)大賽等形式開展創(chuàng)業(yè)教育、創(chuàng)業(yè)培訓、創(chuàng)業(yè)實習，以學生創(chuàng)業(yè)促進學生就業(yè)。以地方科技園的資源優(yōu)勢為平臺，鼓勵在校研究生和大學生自主創(chuàng)業(yè)，實現(xiàn)自我價值。我校金屬材料工程專業(yè)的教師以江蘇省“材料表面技術(shù)”重點實驗室、常州市“先進金屬材料和制備技術(shù)”重點實驗室為科研平臺，開放材料科學與工程省級實驗教學示范中心，從科研項目中提煉綜合性實驗項目，拓展學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)途徑。近三年指導學生參加了國家和省級大學生創(chuàng)新項目7項，鼓勵學生參加大學生金相技能大賽，兩次榮獲一等獎，創(chuàng)新成果豐富，效果明顯。
1．3加強與地方產(chǎn)業(yè)、行業(yè)、企業(yè)的互動，促進產(chǎn)學研合作，整合金屬材料工程專業(yè)人才培養(yǎng)資源通過與材料和工程技術(shù)領(lǐng)域的重點企業(yè)緊密的產(chǎn)學研合作，形成高校與企業(yè)協(xié)同培養(yǎng)金屬材料工程專業(yè)應(yīng)用人才的機制。根據(jù)企業(yè)對人才知識結(jié)構(gòu)和綜合能力的要求，改革專業(yè)課程設(shè)置和課程教學內(nèi)容，強化實踐教學環(huán)節(jié)，增強學生創(chuàng)新能力和工程應(yīng)用能力。建設(shè)大學生和研究生實踐教學基地和實驗教學平臺，建設(shè)企業(yè)研究生工作站，聘請企業(yè)高級工程技術(shù)人員擔任“產(chǎn)業(yè)教授”和“兼職碩導”，聯(lián)合指導本科生和碩士研究生，從而為江蘇省培養(yǎng)科研及實用型經(jīng)濟建設(shè)人才。目前，我校金屬材料工程專業(yè)與南方軸承、江蘇國強鍍鋅實業(yè)有限公司、常州鑫隆復合材料有限公司、常州中鋼精密鍛材有限公司等幾十家公司建立了良好的合作關(guān)系。分別從鑄造及軋制技術(shù)、熱交換器焊接技術(shù)、金屬材料熱處理、新型鍍鋅合金成分優(yōu)化、材料失效與防護等方面承擔了多項產(chǎn)學研項目，不僅解決了企業(yè)的關(guān)鍵材料和工藝等技術(shù)問題，而且為人才培養(yǎng)提供優(yōu)質(zhì)的教學和科研條件保障，促進了教學與科研的有機銜接。
2結(jié)語
1.1化學熱處理薄層滲透技術(shù)化學熱處理薄層滲透技術(shù)能夠提高材料的韌性和性能，提高效率，還會減少能源浪費。薄層滲透技術(shù)不需要滲透到金屬材料深處就可以改變金屬表面的性能，降低了環(huán)境污染，減少了生產(chǎn)成本。化學熱處理不需要過分滲透，薄層滲透技術(shù)就是總結(jié)了傳統(tǒng)熱處理存在的問題后應(yīng)運而生的。
1.2激光熱處理技術(shù)激光熱處理技術(shù)主要是利用激光對金屬材料進行熱處理。由于激光穿透力強，因此可以實現(xiàn)其他熱處理方式達不到的效果，使金屬材料表面硬度增強，性能提高。使用電腦控制激光熱處理技術(shù)，可以大大提高效率，實現(xiàn)熱處理自動化。
1.3真空熱處理技術(shù)真空熱處理技術(shù)利用真空作為金屬材料熱處理的環(huán)境，可以縮短時間，提高效率，減少有毒氣體的排放，有明顯的節(jié)能效果和環(huán)保效果。目前，在一些發(fā)達國家，真空熱處理技術(shù)還在不斷研究和更新，力求在無氧環(huán)境的基礎(chǔ)上填充惰性氣體作為熱處理環(huán)境，使熱處理效率更高。
1.4超硬涂層技術(shù)超硬涂層技術(shù)可以提高材料表面硬度，使其更加耐用，提高性能，是目前應(yīng)用范圍較為廣泛的熱處理技術(shù)之一。隨著現(xiàn)代金屬材料加工技術(shù)的不斷發(fā)展，超硬涂層技術(shù)采用電腦進行實時監(jiān)控，方便該技術(shù)更好地應(yīng)用。
1.5振動時效處理技術(shù)振動時效處理技術(shù)依靠振動原理穩(wěn)定金屬材料性能，可以有效防止金屬材料變形。振動時效處理技術(shù)采用計算機設(shè)備進行監(jiān)控，既可以減少生產(chǎn)時間，提高效率，還能夠降低成本，節(jié)能減耗，克服了傳統(tǒng)熱處理技術(shù)的不足。
2金屬材料熱處理工藝與技術(shù)展望
隨著金屬材料熱處理工藝與技術(shù)的不斷發(fā)展，誕生了許多熱處理技術(shù)。其中，可控氣氛熱處理就是較為成熟的熱處理技術(shù)之一。可控氣氛，顧名思義，就是一種可以控制和保護的氣氛，是一種保護金屬材料的氣體介質(zhì)。可控氣氛可以有效保護金屬材料的表面性能，使熱處理過程更為完善。對于鋼制工件而言，可控氣氛熱處理極為適合，可以給鋼材料提供更為妥善的保護。這是因為鋼在熱處理高溫中很容易被氧化，表面破壞較為嚴重，但可控氣氛熱處理卻能夠避免鋼被氧化。對于其他金屬材料而言，可控氣氛熱處理同樣適用，在尺寸上可以調(diào)控，使操作更加靈活。目前，可控氣氛熱處理的應(yīng)用較為廣泛，但依然有很大的局限性。因此，未來的金屬材料熱處理工藝和技術(shù)需更加普及，才會有更廣泛的發(fā)展空間。
3結(jié)束語
一般情況下，對于晶界工程進行形變熱處理工藝的途徑主要有變形、退火，而對于工藝系數(shù)的控制需要對多晶體金屬材料的變形量、退火時間和退火溫度等進行科學合理的控制。為了能夠使金屬材料的晶粒更加得到細化，可以采用對金屬材料進行軋制等變形工藝進行加工，采取這一變形工藝還能夠促使在接下來的退火過程殊晶界的產(chǎn)生。如表1所示，就是在晶界工程中采取的形變熱處理工藝的總結(jié)表格。1．反復再結(jié)晶。反復再結(jié)晶指的是對金屬材料采取20%～30%的形變工藝以及使用再結(jié)晶退火工藝，同時對其形變和再結(jié)晶退火過程進行反復多次，其中，再結(jié)晶退火的時間要控制在20min以內(nèi)。2．單步再結(jié)晶。單步再結(jié)晶就是指對金屬材料采取50%～70%的中等變形工藝之后再使其處于較高的溫度下進行短時退火，一般來說短時退火的時間在1～2min內(nèi)。3．反復應(yīng)變退火。反復應(yīng)變退火指的是對金屬材料采取2%～6%的微小變形之后再讓其置于較高溫度下進行短時退火的工藝，也可以是當金屬材料進行微小變形之后使其在比較低的溫度下進行長時間的退火工藝。其中，高溫下的短時退火時間要求控制在幾分鐘之內(nèi)，而低溫下的長時間退火則要求有1～20h，并且退火處理的過程要求要進行反復多次。由于反復應(yīng)變退火產(chǎn)生的變形量比較小，而在退火的過程中卻很難再對金屬材料的再結(jié)晶提供所需的驅(qū)動力，這樣一來就無法使金屬材料出現(xiàn)再結(jié)晶的情況，因此可以說，此工藝實際上是屬于一個回復、重復、反復的過程。4．單步應(yīng)變退火。單步應(yīng)變退火指的是對金屬材料進行6%～8%的較小變形或者是充分利用金屬材料中所剩余的應(yīng)變力作為進行退火工藝的一個驅(qū)動力，將其置于低溫下進行長達數(shù)十小時的退火過程。通過采用以上幾種工藝都能夠使晶界的移動性得到明顯的提高，從而有助于特殊晶界的產(chǎn)生，并且最后使金屬材料的性能得以明顯提高，由此可見，由于受到不同變形量所具有的形變以及之后熱處理工藝之間的不同的影響，要想更好地使晶界工程得以實現(xiàn)，最好的途徑就是對以上幾種工藝進行綜合性的復合運用。
二、晶界特征分布的優(yōu)化工藝
(一)晶界特征分布的優(yōu)化工藝判斷。對于金屬材料是否已經(jīng)完成了晶界特征分布的優(yōu)化，若是單憑低ΣCSL晶界所具有的比例來判斷是不夠科學和不具充分性的。這是由于在特殊晶界中，其所具有的較高比例會因為對一般較大角度的晶界網(wǎng)絡(luò)無法進行阻斷的時候，那么金屬材料的晶界特征分布優(yōu)化就無法達到效果，就無法對晶界所具有的開裂、腐蝕等性能進行提高，同時，對于特殊晶界來說，并不是在任何條件下都能夠?qū)⑵涞奶厥庑阅苓M行表現(xiàn)。因此，這就要求對特殊晶界的比例、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和特性等進行綜合性的考慮，才能夠?qū)Ы缣卣鞣植純?yōu)化工藝的效果進行科學合理全面性的準確判斷。
(二)晶界特征分布的優(yōu)化工藝研究的發(fā)展。20世紀60年代以來，材料科學得到了快速的發(fā)展，人們對于晶界的結(jié)構(gòu)和行為也都有了更加深入的研究，從中獲得了有關(guān)于晶界結(jié)構(gòu)和晶界特征的重要數(shù)據(jù)信息。但是一直以來對于多晶體金屬材料性能的應(yīng)用大都局限于細化晶粒上，直到20世紀80年代中期，才開始有科學研究者提出了晶界特征分布這個概念，同時提出的概念還有“晶界設(shè)計”。經(jīng)過了科學研究人員幾十年來的不懈努力和研究，在鋁合金、奧氏體不銹鋼、鎳基合金、銅合金等各種金屬材料中所采取的晶界特征分布優(yōu)化工藝都獲得了重大的突破和發(fā)展。
三、結(jié)語
關(guān)鍵詞：接地網(wǎng)；耐蝕金屬材料；電化學測試
1引言
變電站容量的擴大對接地網(wǎng)安全運行的要求更為嚴格，對接地體的熱穩(wěn)定性的要求更高。在我國，由于資源、經(jīng)濟等原因，接地網(wǎng)所用的材質(zhì)主要為普通碳鋼。接地網(wǎng)腐蝕通常呈現(xiàn)局部腐蝕形態(tài)，發(fā)生腐蝕后接地網(wǎng)碳鋼材料變脆、起層、松散，甚至發(fā)生斷裂。某鹽堿性土壤變電站現(xiàn)場與接地網(wǎng)連接的普通碳鋼試片埋置2年后的表面情況。一般性土壤變電站現(xiàn)場與接地網(wǎng)連接的普通碳鋼試片埋置226天后的表面情況。無論在鹽堿性土壤中還是在一般性土壤中，接地網(wǎng)的碳鋼試片腐蝕是非常嚴重的，其表面有許多局部腐蝕坑，試片邊緣也不完整。
腐蝕是導致接地體事故擴大的一個主要原因。因為對于運行多年的接地網(wǎng)而言，由于腐蝕性土壤環(huán)境中的電化學腐蝕以及電網(wǎng)設(shè)備等運行中的泄流造成的腐蝕使得接地體截面減小，甚至斷裂，造成接地性能不良，不能滿足熱穩(wěn)定性的要求，因而電路電流將會燒壞接地網(wǎng)，使得變電站內(nèi)出現(xiàn)高電位差，造成其它主設(shè)備的毀壞事故，還會危及人身安全。由于接地網(wǎng)埋設(shè)在地下，一旦腐蝕嚴重到使接地網(wǎng)的接地電阻不合格，甚至局部斷裂時，對接地網(wǎng)的翻修改造是相當費勁和困難的，費用也是巨大的。因此防止接地網(wǎng)腐蝕，保證接地性能的穩(wěn)定性，延長接地網(wǎng)的使用壽命，是電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟生產(chǎn)所迫切需要解決的課題。
對于接地網(wǎng)防腐蝕的研究，目前國內(nèi)主要有兩條路線[1]，一是研制耐蝕性能優(yōu)良而且經(jīng)濟性好的導電材料以取代目前普遍使用的碳鋼；二是采用電化學保護技術(shù)以減緩正在服役的接地網(wǎng)的腐蝕速度，延長使用壽命。原武漢水利電力大學“接地網(wǎng)防蝕研究及應(yīng)用”課題組經(jīng)過長期大量的試驗，已經(jīng)篩選出耐蝕性能優(yōu)良且價格合理的材料，可以取代目前廣泛使用的普通碳鋼。
2試驗情況
由于接地網(wǎng)土壤腐蝕是一個緩慢過程，因此為了能快速優(yōu)選出所需的材料，在實驗室里進行了電化學測試，試驗測試方法包括極化曲線、交流阻抗和動電位掃描。由于變電站接地網(wǎng)要承受雷電流及電網(wǎng)不平衡電流的泄流作用，因此在對材料進行篩選時必須了解材料的耐電解電流腐蝕的性能，為此在實驗室里進行了材料的電解試驗。試驗所用土壤介質(zhì)的理化性質(zhì)分析結(jié)果，其自腐蝕電位為-688mV。根據(jù)德國DIN50929土壤腐蝕性評價標準評價該土壤為腐蝕性土壤[2]。試驗所篩選的材料為2種稀土鋼材（CL4和CL5）及3種常見表面處理的合金鋼（CL1、CL2和CL3）。為了便于對比，試驗還使用了普通碳鋼及鍍鋅鋼。根據(jù)實驗室初步試驗的結(jié)果，在變電站現(xiàn)場土壤中埋置了一定數(shù)量的材料試片以了解材料在變電站土壤現(xiàn)場中的耐蝕性能。
（1）極化曲線測試
1）試驗條件
試驗采用三電極體系，即工作電極、參比電極和輔助陽極。其中工作電極是將各種材料制作成體積為1cm3的小塊，留出一表面作為研究面，其余表面用環(huán)氧樹脂密封；參比電極為飽和甘汞電極，通過魯金毛細管插入電解池；輔助陽極為鉑電極。試驗介質(zhì)為土壤水土比為5:1的浸出液。試驗所用儀器為TD3690型恒電位儀，HD-1A型信號發(fā)生器及3086-1AX-Y型記錄儀。
試驗時，起掃電位的選擇是陽極極化時起掃電位比自腐蝕電位低100mV，陰極極化時起掃電位比自腐蝕電位高100mV。每次掃描的速度為2mV/s。
2）試驗數(shù)據(jù)處理
采用BETACRUNCH（VERSION）程序進行計算。
（2）交流阻抗測試
1）試驗條件
試驗采用三電極體系，介質(zhì)為水土比為5:1的土壤浸出液和水土比為2:1的泥漿，試驗使用的儀器為EG&G公司的交流阻抗測試儀，包括鎖相放大器，M283恒電位儀。計算機3個硬件部分通過GPIB總線連接起來。軟件為M398阻抗數(shù)據(jù)專用測量軟件。
2）數(shù)據(jù)處理
以頻率最低處的阻抗值（|Z|0.05）來表征材料在介質(zhì)中的耐蝕性能。|Z|0.05越高，說明材料的耐蝕性能越好，反之亦然[3]。
（3）電解測試
電解時試驗材料與直流電源正極連接，用石墨棒作為陰極與直流電源的負極連接，電解所用介質(zhì)為變電站土壤的水土比為2:1的泥漿，電解時間為3h，電解電流為64.0mA，槽壓為150V。
3試驗結(jié)果和討論
3.1極化曲線測試
極化曲線測試試驗的結(jié)果可見，在這些土壤介質(zhì)中，材料CL1、CL2的腐蝕速率較其它材料低，其耐蝕性能較好。
3.2交流阻抗測試
試驗結(jié)果可見，材料CL1、CL2的阻抗值明顯高于其它材料，比普通碳鋼高出2個數(shù)量級。材料CL4、CL5的耐蝕性能與普通碳鋼差不多，甚至有時還不如普通碳鋼。
3.3電解測試
從試驗結(jié)果可以看出，鍍鋅鋼耐電流電解腐蝕性能較差，材料CL1和CL2的耐電流電解腐蝕性能較好，其耐蝕性能比普通碳鋼要高得多。電解結(jié)束后觀察材料表面可以看出，鍍鋅鋼表面的鍍層出現(xiàn)了局部剝離現(xiàn)象，而其它材料表面均沒有出現(xiàn)這種現(xiàn)象。
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3.4現(xiàn)場埋置試驗
不同材料制作的試片在變電站現(xiàn)場土壤中埋置624天后挖出，經(jīng)過表面處理后測定材料的腐蝕速率，結(jié)果可見，材料CL1和CL2的腐蝕速率較碳鋼及鍍鋅鋼要小得多。
同種材料，當與接地網(wǎng)連接時其腐蝕速率高于接地網(wǎng)不連接時的腐蝕速率，原因是與接地網(wǎng)連接的試片除了要受到土壤自然腐蝕作用外，還要受到變電站接地網(wǎng)泄流時的電流電解腐蝕。
在變電站土壤現(xiàn)場埋置試驗過程中發(fā)現(xiàn)，與接地網(wǎng)連接的鍍鋅鋼材料在不到1年時間其表面鍍鋅層就已經(jīng)被電解腐蝕掉，而未與接地網(wǎng)連接的鍍鋅鋼材料其表面鍍鋅層卻完好。從現(xiàn)場埋置材料試片測定的腐蝕速率結(jié)果也可以看出，鍍鋅鋼用作接地網(wǎng)材料時其耐蝕性能較普通碳鋼沒有多大提高，因此用鍍鋅鋼材料來延長接地網(wǎng)使用壽命意義不大。
4結(jié)論
（1）在土壤腐蝕性較嚴重的地區(qū)，為了延長接地網(wǎng)使用壽命，在設(shè)計時往往考慮采用鍍鋅鋼。其防腐蝕的原理是鋅的腐蝕電位較普通碳鋼的低，在土壤介質(zhì)中鋅優(yōu)先被腐蝕掉從而保護了普通碳鋼，達到延長碳鋼使用壽命的目的。在沒有電流作用下，鍍鋅鋼的使用壽命的確較長，在變電站土壤現(xiàn)場埋置試驗的結(jié)論也是如此。但是作為接地材料，由于其要受到接地電流的作用，鍍鋅鋼表面的鍍鋅層很快就會被電解掉，因而鍍鋅鋼對延長接地網(wǎng)的使用壽命實際作用不大。
（2）根據(jù)實驗室電化學測試的結(jié)果可知，無論是在土壤浸出液中還是在土壤泥漿中，材料CL2的耐蝕性能較其他材料的耐蝕性能好，是普通碳鋼耐蝕性能的5~7倍。
（3）經(jīng)試驗測試表明，材料CL1和CL2的耐蝕性能較普通碳鋼要強得多，這對于延長變電站接地網(wǎng)的使用壽命，確保接地網(wǎng)安全經(jīng)濟運行具有重大意義。同時考慮材料的經(jīng)濟性及來源等因素，本文推薦用非銅質(zhì)材料CL2替代普通碳鋼用于接地網(wǎng)防腐蝕。
參考文獻
[1]許崇武，胡學文，彭泉光，等．接地網(wǎng)防蝕研究及應(yīng)用[R]．武漢：武漢水利電力大學，2000．
有關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，脈沖電流對一系列冷加工金屬材料，如鎳、鋁、銅等退火組織結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了一定的影響，能夠明顯促進銅金屬再次結(jié)晶。如圖1所示，冷變形銅的顯微硬度會隨著銅再結(jié)晶的時間變化而發(fā)生相應(yīng)的改變。由此可見，在金屬材料退火過程中，適當施加脈沖電流，可以大大縮短金屬材料的再結(jié)晶過程，使其在較短時間內(nèi)迅速完成。這一研究結(jié)果表明了脈沖電流能夠有效抑制結(jié)晶晶粒生長，使再結(jié)晶晶粒更加細化。同時使Arrhenius公式的前指數(shù)因子數(shù)值大大增加，對于激活能幾乎沒有任何的影響。針對銅金屬材料而言，施加脈沖電流還能夠使其結(jié)構(gòu)銳化，延遲其退火結(jié)晶的形成。這說明，漂移電子流在一定程度上對其顯微組織結(jié)構(gòu)和固態(tài)相變產(chǎn)生了影響，同時，還對晶體中的缺陷造成了影響。但是，在電場退火條件下，有相關(guān)研究人員認為，電場退火能夠抑制銅再結(jié)晶及晶粒生長，從而促進銅再結(jié)晶立方結(jié)構(gòu)在短時間內(nèi)形成與發(fā)展，具有非常重要的作用。
2脈沖電流對金屬材料性能的影響
有關(guān)研究人員通過實驗發(fā)現(xiàn)，脈沖電流不僅能夠使金屬材料的流變應(yīng)力大大降低，同時可以有效延長金屬材料的疲勞壽命。通過研究高密度脈沖電流對a-Ti和多晶銅等金屬材料的疲勞性能的影響，發(fā)現(xiàn)針對a-Ti的低周疲勞，高密度脈沖電流不僅能夠徹底消除軟化過程中的硬化峰，同時，還能夠有效降低其疲勞初期的軟化速率。脈沖電流能夠使多晶銅的沿晶斷裂傾向大大降低，有效延長高多晶銅的疲勞壽命。有研究人員認為，高密度脈沖電流不僅在一定程度上影響了次滑移系中的位錯運動，同時，還影響了駐留滑移帶中的位錯運動，從而使滑移的均勻性得到有效提升。并且，隨著所施加應(yīng)力的不斷降低，脈沖電流對多銅晶疲勞壽命的影響也會相應(yīng)地有所增加。另外，有大量研究證明，用脈沖電流進行處理，可以有效減少駐留滑移帶的平均間距和平均寬度，并且有效減小駐留滑移帶和基體界面處的應(yīng)力集中，從而大大延長其疲勞壽命。除此之外，脈沖電流還能夠有效阻止疲勞裂紋進一步擴展，使金屬材料的疲勞壽命大大延長。
3結(jié)語
