理化检测在金属材料研究中的地位与作用

2018-01-30俞耿华

世界有色金属 2018年6期

俞耿华

（浙江省冶金研究院有限公司，浙江杭州 310007）

材料、能源、信息与生物被誉为人类现代文明四大支柱，由此可见材料的重要性，而金属材料则是其中不可或缺的重要组成部分。金属材料为工农业以及国防工业的发展提供重要的物质基础，同时也为提高人民的生活水平做出了重要贡献。

国家的现代化重要标志之一就是该国的金属材料的质量、数量以及种类。随着金属材料研究的日益发展，以及与之相关的基础科学的不断进步，对于金属材料的内部结构以及物理化学性能都有了更加深入的认识，对于金属材料的研究也日益科学化，有此诞生了“金属材料科学”这一重要学术研究领域[1]。

在金属材料的研究过程中，无论是研究金属材料的性能、结构和组成，还是研究材料的性能、结构和组成三者之间的相互作用和变化的规律，都必须通过理化检测的方法来完成。

理化检测在金属材料研究中的地位和作用正在逐渐加深。那么，我们就以实例来说明理化检测在金属材料研究中是如何应用的[2]。

1 理化检测在金属材料研究中的应用内容

所谓金属材料科学，旨在研究金属材料的性能、结构与组成的变化规律以及相互作用关系的科学。为金属材料研究提供理论基础的学科包括化学物理、固体物理、固体化学、动力学、热力学等[3]。

金属材料的生产工艺参数和内部组成等因素决定了金属材料的结构，而金属材料的内部结构又决定了金属材料的物理和化学性能。由此可见，想要深入研究金属材料并且在研究中获得最需要的物理化学性能和内部组成结构，用以满足工业出生产或人们生活的使用，就必须把工作的重心和重点放在深入研究金属材料的生产工艺参数和内部组成如何对金属材料的结构产生影响，研究金属材料的组成、生产工艺参数、结构与物理化学性能等不同因素之间的内在联系和相互影响。

在金属材料的研究过程中，常规化学法、原子光谱法、电化学法和分子光谱法是测定金属材料的痕量和主量时经常使用的测定方法。

而红外光谱、核磁共振、拉曼光谱、荧光光谱、质谱以及常规的对于有机化合物进行元素分析等方法的相互配合使用，来对高分子进行分析。对于金属材料结构的研究，分为以下几个方面：金属材料的内部的夹杂物、裂痕以及微孑L洞的具体形态需要用工业CT来观察。观察析出相的形态及其断口的形貌要利用透射电镜，如果想要确定各相的大致成分，还可以利用波谱或者能谱检测。鉴定第二相的应力、晶体结构和取向，可以借助选区电子衍射法或者X射线衍射法。

在理化检测的分支中，有一门可以广泛应用于金属材料研究的物理化学相位分析的科学。此科学主要研究金属材料中的第二相的分布状态、形态、数量、组成、结构、类型，以及相际间的合金元素的分配，在此基础之上探索出合金组成及其性能之间的相互关系。在研究金属材料时，科学家依靠计算机和科学理论设计着金属材料的结构，预测着金属材料的性能，并且从合金的化学元素的组成预测合金的性能，设计有机大分子，设计复合金属材料等。但是因为纯理论具有局限性，而且金属材料具有其本身的性能和结构因素，所以想要完全地用设计与预测来替代实际检测与研究是不切实际的。

2 理化检测在金属材料研究中应用的具体案例

在探究高温合金的性能与各相之间的关系、各个有关相和组成之间的相互关系、相变规律、溶解规律以及相的析出之间的相互关系的过程中，可以借助对析出相的含量、组成、结构及其类型进行研究。

在此过程中，探究了金属材料的失效原因、强化机理、合金化机理及其组织的稳定性，确立了部分高温合金的热处理制度、合金元素的用量等。

为了解决50硼钢的脆化问题，通过观察硼在钢中的分布情况以及存在的状态，系统地研究测硼方法、溶解和形成规律、硼相的组成与结构，提出的可实施的解决方案，即通过同溶处理和硼脆机理，在结合后快速地冷却，就能够达到改善或消除硼脆的目的。以此为依据，国家修改了50硼钢的标准。

通过研究合金中粘结相和钨颗粒的组成及其含量，合金的断口形貌及其显微组织，硫、氧和锰的原子状态以及它们所形成的夹杂物的分布、尺寸、形态、结构以及类型，锰的不同加入量对于93W-Ni-Fe-Co性能的作用等，发现了锰元素在W-Ni-Fe-Co重合金里的作用，通过加入一种或几种钨颗粒或粘结相合金元素，可以提高结合强度、韧性和可塑性。