时间：2023-03-25 10:43:03
导语：在合金工艺论文的撰写旅程中，学习并吸收他人佳作的精髓是一条宝贵的路径，好期刊汇集了九篇优秀范文，愿这些内容能够启发您的创作灵感，引领您探索更多的创作可能。
关键词：铝合金;预处理;化学镀镍;附着力
1引言
化学镀Ni-P具有厚度均匀、硬度高、抗蚀性优异等特点，因此镀层广泛被应用于需耐磨的工件。但是，铝合金表面即使在空气中停留时间极短也会迅速地形成一层氧化膜，以致影响镀层质量，降低镀层与基体的结合力。
本项研究得出了比较好的预处理方案，从而得到结合力良好，表面比较光亮的Ni-P镀层。
2实验方法
2.1实验工艺流程
试样制备配制除油溶液化学除油水洗侵蚀水洗超声波水洗去离子水洗一次锓锌水洗退锌水洗超声波水洗去离子水洗二次锓锌水洗去离子水洗碱性镀水洗酸性镀去离子水洗吹干冷却
2.2除油配方及工艺
除油：Na3PO4•12H2O(30g/L)NaCO3(30g/L)温度（65℃）时间（3min）
2.3浸锌配方及工艺
ZnSO4(40g/l)NaOH(90g/l)NaF(1g/l)Fecl3(1g/l)KNaC4O4H406(10g/L)
温度（42℃）一次浸锌时间（90S）二次浸锌时间（18S）
2.4镀液配方与工艺
碱性预镀液NiSO4•6H2O（30g/l）NaH2PO2•H2O（25g/l）NH4C6H5O7•H2O（100g/l）温度（65℃）PH值（8.2）施镀时间（8min）
酸性镀液NiSO4•6H2O（30g/l）NaH2PO2•H2O（25g/l）NH4C6H5O7•H2O（10g/l）
乳酸C3H6O3（40ml/l）NaC2H302（10g/L）温度（85℃）PH值（4.8）施镀时间（120min）3实验结果与分析
3.1镀层表面形貌及硬度
镀层表面为致密的胞状、非晶态结构。小胞之间有明显的界线，界线基本为直线，说明小胞在长大的过程中相互受到挤压而发生了变形，镀层中存在应力。镀层的含磷量为13.1%，镀层硬度可达686HV。
温度是影响化学镀沉积速率的最重要因。化学镀的催化反应一般只能在加热条件下发生，温度升高，离子扩散速度加快，反应活性增强，当温度高于50℃时，基体表面才有少量气泡生成，化学镀镍磷合金才能进行，随温度升高基体表面可见明显镀层。反应温度低于80℃时，沉积速率较慢；温度高于80℃，基体表面有大量气泡生成，沉积速率变快；当温度高于95℃时，镀液发生分解，镀液迅速变黑，产生大量气泡，在烧杯底部出现黑色沉淀。
3.2pH值对镀速的影响
在酸性化学镀液中，pH是影响沉积速率的重要因素之一。在化学镀过程中，随着反应的进行，H+不断的生成，镀液的pH值不断降低，使沉积速率受到影响，因此在施镀过程中必须随时补充碱液来调整pH值在正常的工艺范围内。pH值升高使Ni2+的还原速度加快，沉积速率变快。
4结语
(1)通过实验研究得到比较适宜的铝合金基材化学镀镍的前处理工艺,并得出了一套完整的铝合金基材表面化学镀镍工艺条件及配方。
(2)温度和pH值是影响反应速度重要的因素，温度的最佳工艺范围为85～95℃，超过95℃，镀液自分解现象严重；pH值的最佳范围是4.5～5.5，pH值超过5.5沉积速度开始下降。
(3)通过性能检测表明此工艺获得的镀层,镀层硬度可达686hHV,含磷量为11.17%且表面光亮、均匀、结合力好。
参考文献
［1］齐晓全.化学镀Ni-P工艺在制药设备上的应用［J］.电镀与涂饰,2006,25(7):15-16.
［2］ParkerK.ElectrolessNickle.StateoftheArtplatingandSurfaceFinishing，1992，34(3)：29-33.
［3］ColaruotoloJF.TrendsInElectrolessNicklePlating.PlatingandSurfaceFinishing，1985，27(12)：22-25.
【关键词】职工薪酬 会计准则 意义 问题
一、新应付职工薪酬会计准则存在的问题
（一）非货币利会计核算具有漏洞
在职工薪酬会计制度的不断发展过程中，非货币形式的职工福利薪酬发放普遍存在。新会计准则核算中主要采取三种形式，即将自产产品作为薪酬进行发放，将外购产品作为福利发放，或向员工提供无偿住房作为薪酬发放。但在具体操作中，非货币利会计核算的问题比比皆是，如新应付职工薪酬会计制度依然没有对非货币利的计量方法和适用情况做出清晰和系统的规范；核算中采取账面价值还是公允价值没有明确规定，并且对两种计量方式产生差额的处理方式也存在明显的破绽；而企业自行生产的产品作为福利向职工发放，并没有真正意义上的现金流入，一旦将此作为销售商品进行处理，可以增加企业的主营业务收入，期末结转主营业务成本，并在利润表中体现出来。在企业的利润额中，这部分利润是没有真正实现的毛利，利润表数据缺乏真实性。业务金额越大，对利润表影响就越大。这可能成为企业操纵利润的伎俩。
（二）福利费会计核算中存在一定的调节空间
新应付职工薪酬在应付福利费的计提上概念不够清晰，会计准则中规定“企业应根据历史经验，在没有计提比例和计提基础的前提下，合理预计应付职工薪酬”。在实际会计业务中，企业经营业绩和实际情况截然不同，计提福利费的标准没有统一性的规定，致使企业在计提福利费的问题上有了弹性空间，产生了一些会计核算问题。例如，一些企业试图将职工福利费的计提比例升高，从而增加企业成本，减少利润，避免过多缴纳企业所得税，或是任意降低福利费用比例侵害职工的合法权益，与此同时，同行之间福利费计提比例参差不齐势必对会计信息相比较的真实性产生影响。由于财务和税法处理差异，使财务的流动负债和存货成本产生变动。企业可能通过调整福利费的计提比例增加企业福利费发生额、降低利润，这将直接影响所得税缴纳金额。更有企业根本不对职工福利费进行计提，严重影响会计信息真实性。
（三）辞退福利的确认尚不明确
新会计准则规定，企业在当期一次性支付给员工的解除劳动合同补偿性支出确认为当期费用，借方计入管理费用，贷方计入应付职工薪酬；辞退福利补偿超过一年期限的，企业应选择合适的折现率，在当期管理费用的辞退福利金额中以折现后金额计量，辞退福利与该项金额之差，作为未确认融资费用，在后期支付辞退福利时，计入管理费用。在税务方面，如果履行足够的报批手续，原则上可以在企业所得税前扣除。个人所得税上，个人取得的一次性收入补偿金超出当地上年职工平均工资3倍金额之外的部分，需要依照规定如实缴纳个人所得税。和旧准则相比，新准则在辞退补偿的会计处理方法上做出了明确规定，但在实际操作中，这种操作流程和税法规定有着鲜明的差异，使企业的会计核算工作变得错综复杂。与此同时，辞退福利的获得方式并不能够信手拈来，其确认也并不明确，在某种程度上辞退福利变相成为企业调控利润的招数。例如，调低辞退福利侵害辞退职工利益，调高辞退福利，使成本增加，利润降低。
二、新应付职工薪酬会计准则的进步意义
（一）微观意义
1.使产品成本中的人工成本比例加大，有助于企业全方位地反映企业人工成本
原制度中，只是将职工工资总额的14%列入产品成本核算范围，将提取的福利费按其收益对象分别列入其成本费用，而如保险费、公会经费、职工教育费以及住房公积金等按工资比例计提的费用列入管理费用，直接计提当期损益，所以在产品成本核算中，人工成本的列支不完整，并且不够准确，表面看来企业人工成本非常低，但真正成本却隐藏了起来，企业实际耗用的人工成本无法真实体现，企业产品成本中的人工成本失真。新准则中，清晰了职工薪酬的范围，将企业向职工支付的报酬及其他相关支出列入人工成本范畴。核算内容做到具体、全面和细化，使企业真实人工成本信息更加直观准确地反映出来，随着人工成本的增加，导致企业产品实际价值随之有上浮趋势。让企业提供的成本及会计信息更加真实可靠，大大提升了会计信息质量。
2.对企业的财务状况和经营成果产生影响，真实反映企业利润
新应付职工薪酬会计准则将影响企业的财务状况和经营成果。主要体现在以下几个方面：第一，新会计准则规定，企业可以根据实际发生的职工福利费列支，在与税法规定产生分歧时，职工福利费类的支出超出企业所得税税前列支限额的部分进行纳税调整。直接影响企业的流动负债、存货成本及经营成果。第二，在新职工薪酬会计准则中，企业要按照除辞退补偿外应向职工支付的劳务费用及其他应付职工薪酬相关内容确认为负债，依据收益对象的不同列入产品成本、在建工程及无形资产等成本或当期费用，这样将导致将原来计入期间费用的项目资本化，这样做的结果是库存商品、无形资产和固定资产的入账价值有所增加，从而也会增加企业当期利润。
3.让出口企业经营观念产生改变
由于新准则将社会保险、住房公积金等福利性支出列入了产品成本的人工成本当中，使人工成本提高，最终提升产品价值。进一步看，新准则的实施使得出口企业产品成本得到了提高。由此产生的结果是出口型企业将从劳动密集型企业向技术密集型企业转型，大幅提升出口产品的附加值，让出口产品在国际贸易中更富竞争力，为拓宽国际市场，增强国际贸易能力提供强有力的保证。
（二）宏观意义
1.有利于应对国际贸易中的反倾销
在过去的会计准则体系当中，应付职工薪酬会计核算范畴和内涵范围比较狭窄，导致我国企业产品人工成本在财务报表列示中比重偏低，进而导致产品成本较低，这成为了我国出口企业在国际贸易中被反倾销调查的理由。在职工和职工薪酬的范围内，新会计准则将其进行了不同程度的扩大，使我国企业产品成本核算向国际产品成本核算制度靠拢，为我国出口企业在国际贸易中面对反倾销调查赚足了底气。
2.有利于国家社保政策的实施
在新会计准则中，要求企业披露的职工薪酬信息更加明细、准确，这些规定促进了政府和社会大众对企业人力成本的监督和制约，降低企业欠薪和拖欠工资情况发生几率，避免企业降低员工福利和不遵守社会劳动保障政策情况的发生，维护企业职工利益，有利于国家良好地实施社会保障制度，提高社会保障水平，关闭以剥削劳动力来赚取价值的企业，使我国产业结构向更有利的方向调整。
3. 有利于国家扶持高科技企业政策的实施
新应付职工薪酬会计准则规定在无形资产研发方面对符合资本化条件的应予资本化，这对研发企业来说，为降低企业赋税、争取更多的优惠政策和补贴资金提供了良好的条件，所以，在薪酬核算部分，新会计准则有利于增加研发经费的投入，稀释了研发人员待遇和企业利润之间的矛盾，保证了企业的可持续发展。
总之，新应付职工薪酬会计制度将职工薪酬的概念、确认、计量和披露推向规范化，打下了更加准确、完整核算人工成本的根基，为企业正确核算资产、成本及当期损益提供了保证。在企业全面反映成本信息、完善补偿制度中所起的作用及其重大。会计信息质量得到长足提高，对企业产生积极影响。新的职工薪酬会计制度，对企业自身发展和国家经济政策落实起到了积极、正确的影响，推动了国计民生的发展速度，尽管新的职工薪酬制度存在缺陷，但其正面意义不容小觑。
参考文献
【关键词】S700MC 高强钢 断口分层
1 引言
随着工程机械向装备大型化、轻量化及重载荷等方向的发展，高强度钢使用比例和质量要求都有较大提高，国内高强度工程机械用钢的研发及生产已取得快速进展，对高强钢的质量和强度要求越来越高。S700MC属于属低碳微合金冷成型用钢，采用了铌、钛微合金化和控轧空冷技术，广泛用于工程机械和车辆结构等领域。
目前，600MPa级及以上的高强热轧卷板按的强化机制主要有两种，一是低碳贝氏体系列，其特点是在低C或是超低碳的基础上加一定贝的Mn、Mo、B、Nb、Cr等合金元素，其组织是细的低碳贝氏体组织。这类钢的优点是有好的低温冲击性能，缺点是生产难度大，需要较低的卷取温度，板卷性能波动大；二是析出强化系列，其特点是在C-Mn钢的基础上加一定量的Nb、Ti等微合金元素。析出强化系列的优点是成形性能好，容易生产。目前，绝大多数高强板采用析出强化，本论文的高强钢S700MC就属此第二系列[1]。
2 试验材料与拉伸断口分层现象
2.1 S700MC化学成分及力学性能
S700MC钢合金成分执行标准EN10149-2，化学成分见表1，钢卷卷取8小时以后取样，要求在尾部3米，板宽1/4处取样，钢板厚度12.6mm，进行纵向拉伸、冲击和横向冷弯实验，各项性能指标均满足S700MC标准要求，实际测量现场生产样品，屈服强度和抗拉强度分别为735和850MPa，伸长率18.5%，-20℃冲击功大于70J，冷弯性能良好。
表1 S700MC钢化学成分
Table 1 Chemical composition of S700MC /%
成分 C Si Mn P S Alt Nb Ti V Nb+Ti+V Mo
产品成分 0.056 0.16 1.76 0.017 0.001 0.05 0.055 0.13 0.004 0.189 0.15
2.2 拉伸断口形貌及分析
S700MC的拉伸试样，见图1，通过进行金相分析，S700MC的组织为贝氏体加铁素体，见图2，因硬脆相贝氏体体积含量大，钢板存在较大的残余应力。
在拉伸试样断口处取样进行金相分析，经过研磨抛光后，利用金相显微镜和扫描电镜对试样断口处夹杂物以及C、Mn的偏析进行观察，见图2，发现中心存在严重的偏析，呈明显的带状分布，通常，钢液在连铸坯冷却凝固过程中以树枝晶的方式长大，由于选择结晶，造成晶内和枝晶间的化学成分不均匀，枝晶间富集了较多的碳、合金元素及硫、磷等杂质。连铸坯加热时，碳作为间隙固溶原子在奥氏体内部扩散分布较均匀，而置换固溶原子锰均匀化较困难，枝晶偏析难以彻底改善，在轧制过程中，铸坯的枝晶偏析逐步转变为成品卷板的带状偏析[2]。对拉力分层处中心试样重新抛光，进行夹杂物分析，发现中心存在夹杂物，检测分析其中B类夹杂物达2.5级，D类和Ds类分别为1.0和1.5级，这也是导致拉伸断口分层的主要原因。
图1 S700MC拉伸断口 图2 S700MC心部显微组织（厚度方向）
Fig.1 Tensile fracture of S700MC Fig.2 Microstructure in the1/4 position（thickness direction）
3 S700MC钢拉伸断口分层的控制措施
以上研究表明，拉伸断口分层的产生的根本原因是连铸坯浇注钢水在凝固过程中合金元素产生的中心偏析造成的，通过优化炼钢和轧钢工艺可以加以控制其断口分层缺陷的形成。
3.1 炼钢工艺优化
连铸坯浇注过程中的钢水过热度、拉速、扇形段辊道开口度及夹杂物控制等因素直接影响连铸坯中心偏析。钢水过热度是影响等轴晶比例的重要因素。非金属夹杂物，特别是硫化物、氧化物夹杂的偏聚对钢材的性能产生恶劣影响，严重降低钢材的塑性、韧性[3]。
针对以上因素，对炼钢工艺进行了以下优化：
（1）中包过热度控制在10～30℃，铸坯拉速保持1.0m/min 恒速浇铸。
（2）采用轻压下以及电磁搅拌技术，以减轻铸坯中心偏析。
3.2 轧制工艺优化
优化轧制工艺主要目的是改善板坯中心偏析对钢卷中心分层的影响和细化铁素体晶粒，促进Ti（C、N）和Nb（C、N）的弥散析出，细化晶粒，提高产品强韧性，粗轧采用大压下工艺，将粗轧的3+5 道次调整为3+3 道次，以及降低冷却速率等。
4 结语
（1）S700MC钢板拉伸断口分层产生的主要原因是连铸坯存在C和Mn等元素产生的中心偏析，使脆性相贝氏体在中心碳、锰偏析的区域优先形成，从而造成整个断面组织产生较大的差异。
（2）炼钢工艺可采取控制浇注钢水过热度、降低铸坯拉速、采用动态压下或电磁搅拌；轧制工艺粗轧采用大压下工艺，将粗轧的3+5 道次调整为3+3道次和降低冷却速率等控制措施避免或减轻S700MC钢板拉伸断口分层。
参考文献：
[1]陆匠心.700MPa级高强度微合金钢生产技术研究[D].东北大学博士学位论文，2004.
【关键词】粉末冶金材料 热处理 密度 强度 淬透性 碳氮共渗
中图分类号：J523 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）35-079-01
一. 前言
粉末冶金材料在现代工业中的应用越来越广泛，特别是汽车工业、生活用品、机械设备等的应用中，粉末冶金材料已经占有很大的比重。它们在取代低密度、低硬度和强度的铸铁材料方面已经具有明显优势，在高硬度、高精度和强度的精密复杂零件的应用中也在逐渐推广，这要归功于粉末冶金技术的快速发展。全致密钢的热处理工艺已经取得了成功，但是粉末冶金材料的热处理，由于粉末冶金材料的物理性能差异和热处理工艺的差异，还存在着一些缺陷。各铸造冶炼企业在粉末冶金材料的技术研究中，热锻、粉末注射成型、热等静压、液相烧结、组合烧结等热处理和后续处理工艺，在粉末冶金材料的物理性能与力学性能缺陷的改善中，取得了一定效果，提高了粉末冶金材料的强度和耐磨性，将大大扩展粉末冶金的应用范围。
二. 粉末冶金材料的热处理工艺
粉末冶金材料的热处理要根据其化学成分和晶粒度确定，其中的孔隙存在是一个重要因素，粉末冶金材料在压制和烧结过程中，形成的孔隙贯穿整个零件中，孔隙的存在影响热处理的方式和效果。粉末冶金材料的热处理有淬火、化学热处理、蒸汽处理和特殊热处理几种形式：
1.淬火热处理工艺
粉末冶金材料由于孔隙的存在，在传热速度方面要低于致密材料，因此在淬火时，淬透性相对较差。另外淬火时，粉末材料的烧结密度和材料的导热性是成正比关系的；粉末冶金材料因为烧结工艺与致密材料的差异，内部组织均匀性要优于致密材料，但存在较小的微观区域的不均匀性，所以，完全奥氏体化时间比相应锻件长50%，在添加合金元素时，完全奥氏体化温度会更高、时间会更长。比如，以不同化合碳含量的烧结碳钢为例，淬火温度如表1所示，
在粉末冶金材料的热处理中，为了提高淬透性，通常加入一些合金元素如：镍、钼、锰、铬、钒等，它们的作用跟在致密材料中的作用机理相同，可明显细化晶粒，当其溶于奥氏体后会增加过冷奥氏体的稳定性，保证淬火时的奥氏体转变，使淬火后材料的表面硬度增加，淬硬深度也增加。另外，粉末冶金材料淬火后都要进行回火处理，回火处理的温度控制对粉末冶金材料的的性能影响较大，因此要根据不同材料的特性确定回火温度，降低回火脆性的影响，一般的材料可在175-250℃下空气或油中回火0.5-1.0h。
2.化学热处理工艺
化学热处理一般都包括分解、吸收、扩散三个基本过程，比如，渗碳热处理的反应如下：
2CO≒[C]+CO2 （放热反应）
CH4≒[C]+2H2 （吸热反应）
碳分解出后被金属表面吸收并逐渐向内部扩散，在材料的表面获得足够的碳浓度后再进行淬火和回火处理，会提高粉末冶金材料的表面硬度和淬硬深度。由于粉末冶金材料的孔隙存在，使得活性炭原子从表面渗入内部，完成化学热处理的过程。但是，材料密度越高，孔隙效应就越弱，化学热处理的效果就越不明显，因此，要采用碳势较高的还原性气氛保护。根据粉末冶金材料的孔隙特点，其加热和冷却速度要低于致密材料，所以加热时要延长保温时间，提高加热温度。
粉末冶金材料的化学热处理包括渗碳、渗氮、渗硫和多元共渗等几种形式，在化学热处理中，淬硬深度主要与材料的密度有关。因此，可以在热处理工艺上采取相应措施，比如：渗碳时，在材料密度大于7g/cm3时适当延长时间。通过化学热处理可提高材料的耐磨性，粉末冶金材料的不均匀奥氏体渗碳工艺，使处理后的材料渗层表面的含碳量可达2%以上，碳化物均匀分布于渗层表面，能够很好地提高硬度和耐磨性能。
3.蒸汽处理
蒸汽处理是把材料通过加热蒸汽使其表面氧化，在材料表层形成氧化膜，从而改善粉末冶金材料的性能。特别是对于粉末冶金材料的表面的防腐，其有效期比发蓝处理效果明显，处理后的材料硬度和耐磨性明显增加。
4.特殊热处理工艺
特殊热处理工艺是近些年来科技发展的产物，包括感应加热淬火、激光表面硬化等。感应加热淬火是在高频电磁感应涡流的影响下，加热温度提升快，对于表面硬度的增加有显著效果，但是容易出现软点，一般可以采取间断加热法延长奥氏体化时间；激光表面硬化工艺是以激光为热源使金属表面快速升温和冷却，使奥氏体晶粒内部的亚结构来不及回复再结晶而获得超细结构。
三. 粉末冶金材料热处理的影响因素分析
粉末冶金材料在烧结过程中生成的孔隙是其固有特点，也给热处理带来了很大影响，特别是孔隙率的变化与热处理的关系，为了改善致密性和晶粒度，加入的合金元素也对热处理有一定影响：
1.孔隙对热处理过程的影响
粉末冶金材料在热处理时，通过快速冷却抑制奥氏体扩散转变成其他组织，从而获得马氏体，而孔隙的存在对材料的散热性影响较大。通过导热率公式：
导热率=金属理论导热率×（1-2×孔隙率）/100
可以看出，淬透性随着孔隙率的增加而下降。另一方面，孔隙还影响材料的密度，对材料热处理后表面硬度和淬硬深度的效果又因密度影响而有关联，降低了材料表面硬度。而且，因为孔隙的存在，淬火时不能用盐水作为介质，以免因盐分残留造成腐蚀，所以，一般热处理是在真空或气体介质中进行的。
2.孔隙率对热处理时表面淬硬深度的影响
粉末冶金材料的热处理效果与材料的密度、渗（淬）透性、导热性和电阻性有关，孔隙率是造成这些因素的最大原因，孔隙率超过8%时，气体就会通过空隙迅速渗透，在进行渗碳硬化时，增加渗碳深度，表面硬化的效果就会降低。而且，如果渗碳气体渗入速度过快，在淬火中会产生软点，降低表面硬度，使材料脆变和变形。
3.合金含量和类型对粉末冶金热处理的影响
合金元素中常见的是铜和镍，它们的含量与类型都会对热处理效果产生影响。热处理硬化深度随铜含量、碳含量的增加而逐渐增高达到一定含量时又逐渐降低；镍合金的刚度要大于铜合金，但是镍含量的不均匀性会导致奥氏体组织不均匀；
4.高温烧结的影响
高温烧结虽然可以获得最佳的合金化效果和促进致密化，但是，烧结温度的不同，特别是温度较低时，会导致热处理的敏感性下降（固溶体中的合金减少）和机械性能下降。因此，采用高温烧结，辅助以充分的还原气氛，可以获得较好的热处理效果。
四、结语
粉末冶金材料的热处理工艺是一个复杂的过程，它与孔隙率、合金类型、合金元素含量、烧结温度有关系，同致密材料相比，内部的均匀性较差，要想获得较高的淬透性，要提高完全奥氏体化温度并延长时间，不均匀奥氏体渗碳可得到不受奥氏体饱和碳浓度限制的高碳浓度。另外，加入合金元素也可提高淬透性。蒸汽处理可显著提高其防腐性能和表面硬度。
参考文献：
[1]曹放，粉末冶金材料的热处理工艺试验，粉末冶金技术，1993，11
关键词：金属材料 性能 组织 使用
能源、信息、材料是社会发展的三大支柱。其中材料是人类生存和发展的物质基础，它是社会发展和进步的标志，是人类文明的重要支柱。而材料又主要分为金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料和复合材料，这其中，金属材料是人类历史上系统的应用研究时间最长，在目前应用也较为广泛的一种重要材料。
一、金属材料对人类社会的意义
金属材料是指由金属元素或以金属元素为主构成的具有金属特性的材料的统称。包括纯金属、合金、金属间化合物和特种金属材料等。金属材料可以说是人类社会发展的见证者，因为它在人类社会各个转型期起到了举足轻重的作用。人类文明的发展和社会的进步同金属材料关系十分密切。继石器时代之后出现的铜器时代、铁器时代，均以金属材料的应用为其时代的显著标志。现在，种类繁多的金属材料已经成为人类社会发展的重要物质基础，尤其是钢铁，对人类文明发挥着重要的作用。一方面是由于它本身具有比其他材料更加优越的综合性能，能够更适应科技和生活方面提出的各种不同的要求；另一方面，是由于它始终蕴藏着的在性能、数量、质量方面的巨大潜力，能够随着日益增长的要求不断发展和更新。作为人类最早发现并开始加以利用的一种材料，金属可以说从方方面面影响着人类的历史发展进程。
二、金属材料的应用
金属材料通常分为黑色金属、有色金属和特种金属材料。①黑色金属又称钢铁材料，包括含铁90%以上的工业纯铁，含碳 2%～4%的铸铁，含碳小于 2%的碳钢，以及各种用途的结构钢、不锈钢、耐热钢、高温合金、精密合金等。广义的黑色金属还包括铬、锰及其合金。②有色金属是指除铁、铬、锰以外的所有金属及其合金，通常分为轻金属、重金属、贵金属、半金属、稀有金属和稀土金属等。有色合金是以一种有色金属为基体（通常大于50%），加入一种或几种其他元素而构成的合金。有色合金的强度和硬度一般比纯金属高，并且电阻大、电阻温度系数小。③特种金属材料包括不同用途的结构金属材料和功能金属材料。高性能金属结构材料指与传统结构材料相比具备更高的耐高温性、抗腐蚀性、高延展性等特性的新型金属材料，主要包括钛、镁、锆及其合金、钽铌、硬质材料等，以及高端特殊钢、铝新型材等。金属功能材料指具有辅助实现光、电、磁或其他特殊功能的材料，包括磁性材料、金属能源材料、催化净化材料、信息材料、超导材料、功能陶瓷材料等。
农业现代化、工业现代化、国防和科学技术现代化都离不开金属的支持，小到农具、机械零件、日常用品，大到飞机、导弹、火箭、卫星、核潜艇等尖端武器以及原子能、电视、通讯、雷达、电子计算机等尖端技术所需的构件或部件大都是由金属制成。现在世界上许多国家，尤其是工业发达国家，竞相发展金属、有色金属工业，增加金属的战略储备。所以说金属材料是国民经济、人民日常生活及国防工业、科学技术发展必不可少的基础材料和重要的战略物资。
三、影响金属材料性能的因素
金属材料，尤其是钢铁，因其本身具有优越的综合性能和在数量、质量方面的无限潜力，能够适应社会不断发展和需要，所以金属材料对人类文明发挥着重要的作用。对其成分、组织结构、性能三者之间的关系及变化规律的研究也显得至关重要。
金属材料中往往会含有不同种类的金属元素，不同金属元素成份对金属材料影响不同。例如，钢除含碳以外，还含有少量锰（Mn）、硅（Si）、硫（S）、磷（P）、氧（O）、氮（N）和氢（H）等元素。一些元素是为改善钢材质量有意加入的，而另一些是由矿石及冶炼过程中带入的，称为杂质元素。这些杂质对钢的性能是有一定影响，从而降低钢材使用性能，为了保证钢材的质量，在国家标准中对各类钢的化学成分都有严格的规定。决定金属材料性能的基本因素是化学成分和组织结构。同一化学成分，或是同一结构的金属材料，其某些性能可以在一个大的范围内变化，从而影响其性能（最主要是工艺性能和使用性能）。
金属材料的工艺性能和使用性能是既有联系又不相同的两类性能。金属材料从冶炼到制造成器件使用，需要经过铸造、压力加工、机械加工、热处理以及铆焊等一系列的工艺过程，其所具有的那种能够适应实际生产要求的能力统称为工艺性能，如铸造性、锻造性、深冲性、弯曲性、切削性、焊接性、淬透性等。而金属的使用性能是说金属材料制作成工件后，在使用过程中，要求其能适应或是抵抗作用到它上面的各种外界作用（诸如力学、化学、辐射、电磁场以及冷热作用等，这些作用有强有弱，有大有小，有单一有复合）。金属材料的这两种性能及相辅相成又互相制约，平衡两者之间的关系会促进金属材料发展，更有效利用资源。
四、新型金属材料的应用
由于金属材料具有其他材料体系不能完全取代的独特性质和使用性能，例如它具有很高的模量，较高的韧性，并且具有磁性和导电性等优异的性能。而且，在其他材料发展的过程中，金属材料也在不断地推陈出新。现在，许多新兴的金属材料应运而生，传统的钢铁材料正在不断提高质量、降低成本、扩大品种规格，在其加工和处理等工艺上不断革新。近些年，中国制造业迅速崛起，作为制造业的基础行业之一的金属加工、成形行业，发展更为明显：在过去几年，整个行业以年均增长20-30%的速度发展，产品品质也在以惊人的速度提升，逐渐获得整个世界制造业的认可。新型金属材料在整个发展浪潮中更是炙手可热。
现如今，节能减排已深入人心，而汽车工业更是改革重点。汽车工业节能减排的首选便是轻量化材料。据测算，汽车自重减轻10%，其燃油效率可提高5.5%，而镁、铝作为实际应用中最轻的金属结构材料，在汽车的减重和性能改善中发挥出重要作用。铝合金具有密度小、导热性好、易于成形、价格低廉等优点，已广泛应用于航空航天、交通运输、轻工建材等部门，是轻合金中应用最广、用量最多的合金。镁合金具有密度小，比强度高，弹性模量大，散热好，消震性好，承受冲击载荷能力比铝合金大，耐有机物和碱的腐蚀性能好等有点。如果每辆汽车能使用70公斤镁，CO的年排放量就能减少30%以上。世界各大汽车公司已经将镁合金制造零件作为重要发展方向。现在世界各国的汽车厂商正极力争取采用镁合金零件的多少作为自身车辆领先的标志。
五、合理利用金属材料
如今金属材料工业中，钢铁工业已经具有了一套相当完整的生产技术并拥有相应的生产能力，且具有质量稳定，供应方便，性价比高等优势。金属是可以回收循环使用的，其本身对环境并没有污染，但是在提炼过程中却会对环境产生污染。如有色金属，在生产过程中通常产生大量废气、废水和废渣，其中含有多种有用组分，有时含有有毒物质。因此，在生产过程中，必须注意综合利用与环境保护。金属矿石中常是多种金属共生，因此必须合理提取和回收有用组分，做好综合利用，以便合理利用自然资源。
自从人类发现了金属，金属就与我们的生活息息相关，密不可分。人类在不断的求知探索中，对金属材料的运用逐渐成熟，成熟的技术和先进的工艺方法使得金属材料为人类社会不断提供更便捷、更高效的服务。
参考文献：
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关键词：本科生 科研实践能力 实践环节 实验室平台 学科优势
中图分类号：G64文献标志码：A文章编号：1673-291X（2011）27-0302-02
科学技术的迅猛发展以及职业的多样性，对工科毕业生应具备的能力与目前传统教学环节周期性长、毕业生对工作的适应性差、培养的学生类型单一等提出了挑战。培养、提高本科生的科研实践能力是一项系统工程，涉及到学校的政策、教师的能力与积极性、教学实验平台的建设与管理等诸多方面。根据材料工程专业的特点，我们对本科生的科研实践能力培养进行了以下尝试。
一、强化实践环节的教学，改革实践教学模式
从适应社会发展要求出发，首先对教学计划进行的调整，金属材料工程的总授课计划学时从2 600学时降低到2 300学时，但原有课程中的实验学时不减少。独立开设的与专业有关的实践环节从原来的14周（金工实习3周、认识实习3周、生产实习4周、毕业实习3周）增加到20周（金工实习3周、认识实习3周、专业技能训练4周、专业课程设计6周、毕业实习3周）。通过调整内容、增加实践周数，为提高本科生的实践能力奠定基础。在上专业课课前进行认识实习，使学生对材料的生产加工过程及设备有一个基本的了解。在专业课进行过程中，将原有的生产实习改为专业技能训练。专业技能训练以专题的形式进行，内容包括金属及合金的熔炼与铸锭过程及其组织性能研究、合金材料的挤压与轧制过程及材料的组织性能研究、热处理工艺与合金组织性能关系研究、模具设计与制造等方向。结合教师的科研课题，拟定15~20个专题，供学生选择。学生也可自行选择研究课题，由教师指导完成研究计划。实训结束后，学生可以跟随教师的科研团队继续研究，并将其研究内容作为毕业研究论文提交。学生参与课题的时间可以从一个短学期到一年半。通过参与一个完全的科研过程，不但所学理论知识得到巩固，熟练掌握各种仪器设备的使用，而且熟悉了整个科研的工作过程。几年来的教学实践也证明，该教学模式可以使每一位大学生都能经过系统的、基本科研能力的训练。在第七学期增设为期6周、四个方向的专业课程设计，全面培养学生在金属材料专业方面的工程设计能力，为本科生的就业奠定基础。毕业实习及毕业设计（论文）以从业为目的，以适应工作内容要求为宗旨，学生既可以在学校完成毕业设计或毕业论文工作，也可以到就业单位进行毕业论文（设计）工作，在单位进行毕业设计（论文）工作的，所在单位需有专人指导学生。在校学生，由教师根据学生的就业方向帮助学生制定毕业设计（论文）内容，并指导学生完成计划。通过毕业设计（论文）活动，缩短了学生到工作单位的适应期。通过递进式实践教学活动，较好地实现了因材施教，培养学生的实践科研能力的目的。
二、开放实验室平台建设是保证本科生科研能力培养的基本条件
实验室是完成实践教学的重要基地，改善实验室的硬件，通过人性化的管理是实现本科生科研能力培养的前提。在学校的支持下，金属材料工程实验室已经建设成为校级重点、免费、开放实验室。利用省部共建项目基金，投资近千万添置、更新了适合本科生科研能力培养的仪器设备，金属材料实验室目前是江西省教育厅“人才培养创新实验区”建设项目。通过以上教学模式及教学方式的改进，金属材料工程专业的实验内容、实验类型、设备水平及实验环境更趋于合理。金属材料工程开放型实验室基本实现全天，开放不仅仅是时间意义上的开放，还包括实验方案的设计、实验计划的制定、实验方案的实施都由学生自主进行，教师作为配角参与、建议、指导本科生的科研实验活动。通过科研实验，培养了学生的动手能力，发现问题及独立解决问题的能力。
三、导师是实现本科生科研能力培养的关键
强化、发挥导师在本科生科技能力培养中的作用。金属材料工程专业具有较强的师资科研能力、丰富的教学经验、对教学工作勤恳、敬业。这些导师既是学生科研活动中的指导教师，也是学生学习的版样。从大学二年级开始，由同学自愿报名选择导师。通过参与科研活动，学生的专业知识、科研能力、工作方法、社交能力、团队意识都有很大的提高。兴趣是学习最好的导师。因此，在这些同学参与教学科研活动的同时，充分调动这些同学的积极性，利用同龄人之间容易沟通、相互影响力大等特点，使他们在其他同学中起到带头、影响作用，从而达到调动全体同学主动学习、参与科研的目的。由于每位导师都有研究课题、加之开放的实验室、检测平台等，为所有有兴趣参与科研的同学提供的非常好的学习条件与环境。参与教师的科研课题，进行规范的训练是科研人才培养的必要过程。同学可以根据自己实际情况选择从一个短学期到一年半不等的参与科研活动的时间。这样，既可以培养学生的科研能力，也保证学生有机会按照自己的个性发展。在整个参与科研团队活动中，实验室主要起到一个硬件平台作用，导师起帮扶作用。这种教学模式，学生容易获得自信心、建立主人翁意识。
四、让学科优势成为本科生科研能力培养的沃土
金属材料工程是江西省“九五”、“十五”、“十一五”重点学科、省级品牌专业、省级示范硕士点，并建有国家铜冶炼和加工工程技术研究中心、国家钨与稀土产品质量监督检验中心、钨资源高效开发及应用技术教育部工程研究中心、省有色金属加工工程技术研究中心、省铜冶炼和加工工程技术研究中心等科研平台。很多教师主持参与国家和省部级以及企业科研项目，并在长期的科研工作中形成了具有代表性的研究方向，如高性能铜加工新技术开发及应用研究、新能源材料制备技术及应用基础研究、钨及稀土新材料制备与应用研究、材料设计及组织性能控制理论与应用研究等。本科生在参与教师的课题活动过程中可以更加了解学科的前沿发展方向及内容、领会科研工作的切入点、找到从事科研工作的感觉。在参与科研的工作的过程中，也切实体会到常言所说的“要想到达顶峰，必有巨大付出”。通过艰辛的科研劳动，不仅可以提高学生的科研能力，还能培养学生的独立思考、解决问题、团结协作、战胜困难的意志，使学生树立正确的人生观及世界观。通过参与科研，加深了对理论教学的认识与理解，更加激发同学的学习积极性，提高了自身素质，企业也非常欢迎这种具有一定独立工作能力的毕业生，同时，材料工程专业的考研率及考研升学率都有提高。
五、开展科技论文竞赛活动，给学生提供一个展示的舞台
每年学校和分院都分别开展本科生科技创新论文竞赛活动。该活动不仅给本科生提供了一个展示参与科研成果的舞台，而且也是同学之间交流、学习好场所。对所参与科研活动的同学来说都有一个从感性阶段，上升到理性阶段的飞跃。在论文的撰写过程中，学生的科技论文写作能力得到提高。为了写好科技论文，学生会积极主动、认真地阅读外文文献，这促进了大学生的专业英语实际应用能力的提高，使我们培养出的学生更加适合“外向型”人才的需求。
“十年树木，百年树人”，学生的能力培养的长期成效要靠用人单位对毕业生的欢迎程度及毕业生在单位的工作能力来证明。注重实践是提高教学质量、培养创新意识、增强实际动手能力的必经之路。在教育改革纵深发展的今天，解放思想，勇于实践，大胆探索新时期教书育人之道，已经成为重要的研究课题。实践证明，“以课题研究为主线，培养学生综合创新能力”实践教学环节是高等院校教学活动中非常重要的一环。通过学校支持、教师努力、学生积极主动参与，实现大学生科研能力及综合素质的提高，更好地适应工作要求，早日成为国家的栋梁之才。
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Research of Practice Ability of Undergraduate Students
CAI Wei，RAO Ke，LIU Gan-hua
（Jiangxi University of Science and Technology，Materials Engineering Faculty，Ganzhou 341000，China）
论文关键词：淬火介质；双液淬火；飞雕淬火
0前言
金属进行淬火处理时，需要将金属工件加热到某一适当温度并保持一段时间，随即浸入淬火介质中快速冷却。钢的淬火(配合一定温度的回火)是热处理工艺中最重要、也是用途最广泛的工序。根据加热温度的不同、加热速度的快慢、加热介质及热源条件、淬火部位的不同及冷却方式不同，淬火方法有多种分类方法。
生产实践中应用最广泛的淬火分类是以冷却方式的不同划分的。主要有：单液淬火、双液淬火、马氏体分级淬火、贝氏体等温淬火、复合淬火、特殊工件也采用压缩空气淬火(风淬)、喷雾淬火、喷流淬火、预冷淬火法(在空气、水、油预冷以及擦水、擦油预冷)。
常用的淬火介质有：水、水玻璃水溶液、过饱和硝盐水溶液介质、氯化锌．碱光亮淬火介质、聚乙烯醇水溶液、矿物油、碱水、熔盐、熔碱等。
1“飞雕淬火术”一“擦油水冷”双液淬火法
淬火介质是实施淬火工艺过程的重要保证，对金属材料热处理后工件的质量有着很大的影响。武汉理工大学工程训练中心有一种节能环保淬火技术一“擦油水冷”双液淬火法，又称“飞雕淬火术”(飞雕技术创新之一)，非常值得推广。这种淬火方法适合结构简单的低碳钢、中碳钢、低合金结构钢及不锈钢的淬火和表面防锈处理。如：学生实训的产品小榔头、手柄、异形非标螺母及丝杆。特别是小榔头，全国理工科大学生、中专生、技校生及职业学校学生的钳工和金工实习，或实训大多数要制作小榔头。小榔头用这种方法淬火，非常方便。这样制作小榔头不仅可以提高硬度，而且可以防锈，学生还可以了解热处理知识。
这种方法非常简单，就是把擦洗机床、维修机床后不要的油棉纱放入水(最好是热水)中，做成淬火介质。那么，薄薄一层油就会浮出水面，形成上油下水淬火介质一“飞雕淬火液”，此法可取代“水淬油冷”介质。在传统双液淬火中用得最多的是先水后油法，而且水油分开，因为这样可以保证淬火硬度。虽然现在厨房所用菜刀已普及为不锈钢，但以前厨房所用铁匠打的菜刀为夹钢，即刃口为钢，刀体为铁，其淬火方法就是先油后水，也有用马尿淬火的。
我们在生产实践中，当水中发出“咝”声，到“咝”声微弱时立即取出。另一种方法是利用手感考察在水中的震动，震动开始减弱时立即取出。取出后在空气中冷却。这样做的目的是不用再加热回火，更节能环保，让其自回火。
对于某些局部淬火件，如錾子、扁铲等利用冷却的余热进行回火，叫自回火。自回火是利用工件的内外温差造成的温差使得淬火部分达到自回火。一般用在表面淬火的产品，控制冷却时间，使表面冷到一定的温度后停止冷却，这样靠余热回火。主要用在尺寸质量效应较大的工件上，例如：表面层淬完火后，其中部仍然有600—700℃的余温，那么余温传递到淬完火的表面层，就是一个自回火过程。在生产实践中进行自回火，主要靠零件表面色彩来控制温度，如黄色为220—255℃、蓝色为300～315℃。也可以用测温笔或表面测温接触温度计进行测温。低碳钢淬火时，由于Ms点温度较高(>350℃)，淬火时得到的低碳马氏体，在淬火冷中途便得到回火，获得回火马氏体组织，使钢的强度及韧性均得到提高。所以，低碳钢会发生自回火(或称“淬回火”)。我们配制的“飞雕淬火液”双液淬火介质节能环保，一般工厂油棉纱都是随垃圾一起倒掉，很不环保。如果把油棉纱反复泡热水或冷水(冷水在淬火中也可变热)，也可以把维修机器的废机油及皂化液等收集起来，不随意乱倒，再和水混合在一起，油及皂化液的比例不要超过10％。这样，既环保又节能。其淬火介质不易老化，使用寿命长，并具有优良防锈、防腐性能。也不用担心淬火介质不纯及淬火介质有杂质等问题。
2其他常见淬火介质特性如下：
化学工业出版社2009年2月出版的《热处理实用淬火介质精选》一书介绍了各类淬火介质近400个品种和规格。但主要有下列3类淬火介质其特性如下：
(1)纯水是应用最早、最广泛、最经济的淬火介质，它价廉易得、无毒、不燃烧、物理化学性能稳定、冷却能力强。通过控制水的温度、提高压力、增大流速、采用循环水、利用磁场作用等，均可以改善水的冷却特性，减少变形和开裂，获得比较理想的淬火效果。但由于这些方法需增加专门设备，且工件淬火后性能不是很稳定，所以没有能得到广泛推广应用。所以，纯水只适合于少数含碳量不高、淬透性低且形状简单的钢件淬火之用。多数工件用纯水淬火易开裂，淬裂的原因是众所周知的：纯水的低温冷却速度太快。这是纯水的一大缺点。纯水因为水温升高，冷却的蒸汽膜阶段会迅速延长，使这种因素引起的内应力长期存在，为产生变形提供了塑性好、应力大和作用时间长的条件，因此不仅引起严重的硬度不均，更会加大工件的淬火畸变。纯水的冷却特性对水温特别敏感。
(2)淬火油通常以精制程度较高的中性石蜡基油为基础油，它具有闪点高、粘度低、油烟少，抗氧化性与热稳定性较好，使用寿命长等优点，淬火油只使用于淬透性好、工件壁厚不大、形状复杂、要求淬火变形小的工件。淬火油对周围环境的污染大，淬火时容易引起火灾。
(3)熔盐易老化，对工件有氧化及腐蚀的作用。熔碱有氢氧化钠，氢氧化钾等，它具有较大的冷却能力，工件加热时若未氧化，淬火后可获得银灰色的洁净表面，也有一定的应用。但熔碱蒸气具有腐蚀性，对皮肤有刺激作用，使用时要注意通风和采取防护措施。
3结语
论文内容摘要:人类的生存发展需要设计和造物,但设计和造物一刻也离不开大自然的恩赐。她慷慨地为我们提供物质资源;人类为适应不同的自然环境创造了不同功能和形式的器物;自然规律又以“巧生”启发了人类的许多发明创造,因此,自然与设计有着不解之缘。
人类是大自然的产物,并依靠自然资源而生存。自然为不同地域的人类提供相同或截然不同的资源，人类造物活动才有了可能性；人为适应自然要创造不同功能和形式的器具、用品，人类造物活动才有了多样性，从这个角度，我们把自然称为“设计之母”。当然，如果没有人类的智慧，自然永远是自然，绝无可能成为人造物。正如明代科学家宋应星（1587-1666年）反用古语所取的书名——“天工开物”。中国科技史家潘吉星对此作了这样的分析：“‘天工开物’思想强调人与天（自然界）相协调，人工（人力）与天工（自然力）相配合，通过技术从自然界中开发出有用之物，这种思想还有个内涵是，自然界本来蕴藏着取之不尽，用之不竭的美好而有用之物，但
不会从天而降、轻易取得，而是‘巧生以待’，必借人力和人的技术通过水火这种自然力的作用，再用金属、木石工具从自然界开发出来，为人所用。”⑴然而,自然的存在先于人类,如果没有自然的慷慨赐予,人类的设计只能是无米之炊。
一、自然是设计的物质之源
自然界所生万物皆可为人类设计的物质基础，反过来说，没有自然界的金、木、水、土、空气，人类根本无法生存，又何谈设计和造物。但是,不同自然环境为人类提供的物质基础，有的相同，有的又很不相同。这对于设计的发生阶段有很大的影响。
人类最初利用的相同物质可以列举出石、木、动物的骨角、黏土以及水和火，所以世界上多数原始民族都有石器、木器、骨角器和陶器，并且先后发明了弓箭、独木舟，在原始社会的最后阶段又发明了铜器。它们在形制上虽有差别，但在器物的种类上却是相同的。
不同的自然环境会提供不同的物质资源，形成有差异的设计。如纺织品，埃及最早的纺织原料是野生亚麻，随着原始农业的发展，人们种植亚麻用于织布。从开罗博物馆所藏的一件紧身衣来看，埃及古王国时期的亚麻布衣料质地光滑细腻，幅宽达60英寸，细纱有几十米长⑵。美索不达米亚的苏美尔人“最早的纺织品原料是羊毛”⑶。中国最早的纺织原料除野生的葛和麻纤维以外，最引人注目的是天然蚕丝。传说黄帝妃嫘祖发明养蚕和缫丝，其后在相当长的时间里，只有中国出产丝织品。以上所说的亚麻、羊毛和丝这几种不同的纺织原料，都是不同自然生态条件下形成的异性。
二、自然是设计的“课题”之源
人类在不同地域会遭遇不同的生态环境，我们常说的海洋文化、大陆文化、大河文化等不同文化类型,也包含着不同的设计。这些设计所以不同，是因为当地居民要适应环境、利用环境，进而要改造环境，就会出现需要解决的问题。在不同的生态环境中，这些问题可能不同，因而解决的方式也有不同。如果我们把问题看成“课题”，那么解决问题的方案就是设计。从这个意义上，可以把自然生态看成设计课题的来源。
人类最初的设计往往以顺应自然环境的方式来解决问题和矛盾,这与当时的技术技能、实践经验和对自然的认识水平相关。如人类的居所直接联系着基本生存问题，这不仅关系着人身安全，也关系着如何便于获取和利用生活资源的问题。最初的人类居所由树上巢居转移到地面的天然山洞穴居。新石器时期，永久性居所迁到河湖附近的阶地，已无天然穴居的可能，于是出现竖穴或地穴式建筑，使用木骨泥墙和木柱支撑地面以上的顶盖。到晚期，则出现了夯土墙、石砌墙和土坯墙的地面建筑。这些建筑形式遍布于我国南北各地温带气候区。而东南沿海地区的临水干栏式建筑和北方黄土高原窑洞式建筑，则因适应自然环境形成了截然不同的形式。
干栏式建筑的“干栏”，是从少数民族语言转译而来的。我国新石器时期的河姆渡文化、良渚文化都发现有干栏式建筑的遗迹。⑷其中，河姆渡文化的遗存较为典型。"河姆渡文化盛行一种栽桩架板高于地面的干栏式建筑。在河姆渡遗址各文化层，都发现了与这种遗址有关的圆柱、方桩、板桩、梁、柱、木板等木构件，共达数千件。干栏式建筑是我国长江以南地区新石器时代以来重要建筑形式之一，目前以河姆渡发现为最早。"⑸
同类的建筑在欧洲也可以见到。如瑞士日内瓦湖边，1854年干旱的冬季，水面降到很低的程度，暴露了新石器和早期青铜时代建于湖淀木桩上的房屋的基础。“这种湖上居所类似今天在西里伯斯岛及其他地方所见到的方式。不但古代站台的木桩还保留着，而且在下面泥炭堆里还找到了大量的木器、骨器、石器、陶制器皿及装饰品、剩余的食物等等。甚至还发现有网罟和衣服的残片。”⑹
以上这些建筑，都需要大量木材，可以想见当时在这些遗址周围森林茂密，有理想的取材之地。北方黄土高原的情况就很不相同，在木材渐见稀少的情况下，在新石器时期晚期出现了窑洞式住所。我们都知道，窑洞建筑在黄土高原上，至今还在广泛使用。"迄今为止时代最早的窑洞式建筑发现于甘肃的宁县阳遗址，属仰韶文化晚期遗存。龙山时期窑洞式建筑则发现较多，主要见于甘肃东部、宁夏南部、内蒙古中南部、陕西和山西的黄土高原地区。这些窑洞式建筑基本分布在青藏高原以东、太行山以西、秦岭以北的黄河中上游第二级阶梯上。这里属温带半干旱气候区，海拔较高，地下水位普遍较深，黄土堆积也较丰厚（最厚可达200余米），且多梁峁、台塬，为窑洞式建筑出现并长期流行提供了自然环境基础。"⑺
根据考古学家分析，窑洞建筑在局部地区流行，与当地生态环境的变化有关。一是建筑和生活用燃料大量使用木材，使这一地区森林资源极度萎缩，又不像南方那样容易再生；二是约公元前3000-前2000年的龙山期气温呈下降趋势，黄土高原地区气候向干凉发展。以上两方面因素使木材用量少而又冬暖夏凉的窑洞应运而生，在生态环境无法改善的情况下，这种建筑形式得以长期流传，至今已达数千年之久。
三、自然是设计的“巧思”之源
有一位学者在谈论天地造物与人类制作的关系时说："规律如河道，行船有顺逆。大自然总是采取‘顺流而下’的方式展示自然规律，而人类往往以‘逆流而上’的蓄势来运用同一条规律。……与滚滚波涛顺流而下的自然造物相比，人工制作不过是逆流而上的几叶小舟。”⑻
人类的设计虽然在窥探大自然的奥秘，并按自然规律来进行自己的创造，但往往不是先作出科学的总结，再进行实践的探索。早期的人类，只能凭经验直觉指导实践，符合自然规律的才能成功，违背自然规律的就会失败。在第一只独木舟下水之后几千年，古希腊物理学家阿基米德才提出关于浮力的定律；在人工取火几千年后，18世纪的俄国化学家罗蒙诺索夫才提出燃烧是物质氧化的原理。总之，当初的设计是经验性的创造活动，然后再总结规律使之完善。在这样的反复实践之中，自然界不经意的“巧生”直接启发了设计的“巧生”，也就是某些物质特殊的原生状态启发了人的智慧，从而完成了一些十分关键的物质创造，例如从纯铜到青铜合金的发现就是如此。
“铜是人类最早认识和使用的金属之一。人类开始以天然铜锻制小件工具和饰物，继而发明冶铜技术。”⑼天然铜锻制的红铜并不坚硬，但延展性强，用于装饰十分理想，制作工具则很勉强。此后，先后出现了硬度较高的砷铜合金和锡铜合金（青铜），至青铜产生，铜才得到比较广泛的应用。
20世纪80年代以前，考古界对砷铜还比较陌生，这一概念的引出，因于对中国四坝文化青铜器的检测。砷是一种剧毒的半金属，大多以硫化物形式夹杂在铜、铅、镍、钴等金属矿物中，其中一种灰色晶体砷可用于制作硬合金材料。砷铜合金的出现，一种可能是人为实验的结果，更大的可能是因为砷铜共生，在冶炼中自然生成较硬的铜合金。考古学家在讨论这一问题时有一种意见是："最初，人们首先使用的是地表常与自然铜伴生的孔雀石、蓝铜矿等，用这种矿石冶炼的铜是较纯的自然铜。接着是开采氧化矿层中的矿石，冶炼出的铜往往含较多的砷或锑。含砷的铜经过冷锻会很快硬化，其性能优于红铜。可是，一旦采用了硫化矿石，由于在焙烧阶段大量的砷要流失，所以炼出的铜又是较纯的铜，其硬度低于砷铜。在这种情况下，人们需要寻找新的物质来提高铜的硬度，铜锡合金就成为生产“硬铜”的基本工艺，并最终导致青铜时代的到来。显然，铜器的起源发展依红铜、砷铜、青铜的先后序列，也是由铜矿矿床的结构和性质决定的。"⑽
然而，对锡铜合金的产生，也有一种认为是巧合的看法。西方学者认为，原始人“偶然把一堆铜矿石和普通石块一起筑成他们用来烹煮的火炕时发现了炼铜的秘密”，由于铜与锡常常同在一个矿脉里，炼铜时就偶然产生了铜锡合金。英国人类学家赫·乔·威尔斯认为："在中国、康沃尔和其它地方，常在同一矿脉里，有铜矿石又有锡矿石；在匈牙利，铜和锑混在一起；因此，与其说是由于手艺，倒不如说是偶然，古代冶炼的人才找到了较硬又较好的青铜。所谓‘纯铜’器具常常包含一小部分锡，这时期没有发现过锡器，也没有证据表明早期人类曾把锡看成另一种金属。在印度锌和铜的矿石出现在一起，黄铜（这是两种金属的合金）也是这样偶然制成的。"⑾
关于铜与砷、铜与锡合金的偶然发现仅仅是最初出现铜器时的状况，随着实践经验的丰富，工匠们逐渐找到铜（古称“金”）锡配比与合金硬度的关系，成书于春秋晚期的《考工记》就有关于“六齐”的记录。⑿虽然实物分析表明，商周青铜器的合金配置较“六齐”更复杂，但“六齐”仍是世界上关于铜锡配比最早的文字记载。
除青铜合金之外，炼丹引起对汞及其化合物的认识也是一例。丹砂即朱砂，朱砂是一种绯红色的矿物，成分为一硫化汞，是提取汞的重要原料，也是古代制作红颜料（银朱）的重要原料。在炼丹术出现前后，从原始社会到秦汉，在墓葬中用朱砂撒遍死者全身，或以朱砂铺垫时有发现。河南偃师二里头遗址Ⅲ区发掘的2号墓，墓底铺垫朱砂厚达6厘米。⒀这种现象应与山顶洞人在尸体周围撒赤铁矿粉相似，与巫术与象征生命有关。“现在化学史专家多认为，中国的炼丹术可能是发韧于战国和秦代齐燕方士的求‘不死之药’”。⒁炼丹与青铜冶炼有一定关系。“但炼丹又不同于青铜冶炼，它是以‘抽砂炼汞’，用汞来制造金汞齐和药金、药银的主要内容。”⒂由于汞能溶解金、银、铅、锡等金属，常用于提炼金银。金与汞的合金，古称“金汞齐”，是鎏金工艺的重要材料。方士从丹砂提炼水银，制成金汞齐为器皿镀金，是因为相信用镀金器皿饮食可以长寿，由此产生了一种鎏金新工艺。
自然界万物几乎都以它们的特性和内质不断地启发着人类设计的“巧思”。竹木富有弹性的枝条启发人发明了弓弩，木材浮在水上的性能启发人发明了船舶，草木灰覆盖在陶器上烧成釉，熔化的石英成了玻璃，空气和水流动的规律产生了流体动力学，天体运行的规律产生了天文学，空气急剧膨胀的原理产生了火药，磁铁与磁场的相应关系产生了指南针……冥冥之中，大自然造物的奥秘在一点点地启发人类的创造，大自然才是真正的设计之母。
摘要：
树脂结合剂金刚石砂轮由于具有自锐性好、胎体柔性和易于修整等特点而广泛用于各种难加工材料精密加工。文章主要就树脂结合剂金刚石砂轮的设计思路、性能影响因素以及加工应用进行简单综述，最后对提高我国树脂结合剂金刚石砂轮性能提出了几点建议。
关键词：
树脂结合剂；金刚石砂轮；精密加工；修整
1树脂结合剂金刚石砂轮介绍
树脂结合剂超硬材料工具主要是以金刚石或cBN为磨料，以树脂粉为粘接剂，加入适当的填充材料，经过配方设计、称混料、热压成型、二次固化、后续加工处理等工艺过程制成的适用于不同磨削要求的超硬工具［1］。与陶瓷结合剂或金属结合剂超硬磨具相比，它具有制造工艺简单，原材料易得，成本低等特点，且能够大量适用低品质超硬磨料，加工对象广泛，如各种难加工钢材、硬质合金、玻璃、陶瓷、石材等。由于树脂超硬磨具在磨削过程中具有较好的自锐性，不易堵塞，磨出的工件具有表面质量好，砂轮易于修整等优点而得到广泛的应用。树脂金刚石工具所用的树脂结合剂主要分为酚醛树脂和聚酰亚胺树脂两大类，其种酚醛树脂金刚石工具实际工作温度不超过120℃，聚酰亚胺树脂耐热性稍好，可在260℃下长期使用。由于聚酰亚胺树脂的价格相对昂贵，尤其是近年来科学家对酚醛树脂进行改性使其实际工作温度也能到达200℃以上，如英国AdvancedResinsLimited公司的939P，故酚醛树脂的使用日益广泛。本文将主要介绍树脂金刚石工具的设计思路及影响因素。
2树脂结合剂金刚石工具的设计树脂结合剂金刚石工具的设计主要基于如下五个方面［2］：
（1）粘结性必须好。结合剂能均匀分布于磨料表面，将磨粒牢固地把持在磨具中，并且能牢固地粘结在基体上，既使磨料不易过早脱落，又防止结合剂与基体分离，保证生产安全。
（2）磨削效率高，耐磨性好，加工光洁度（或表面粗糙度）好。树脂结合剂因具有弹性和脆性，所以在磨削中自锐性好，不易堵塞，但耐磨性较差。因此我们在研究和设计结合剂配方时必须考虑在保证光洁度要求的前提下，既要有高的磨削效率，又要尽可能有高的耐磨性。结合剂的配制非常关键，要选择最佳配比的结合剂，既要满足较高的磨削效率，又要满足较好的耐磨性，二者兼顾，才能保证磨削加工的要求，又能达到降低成本的目的。
（3）耐热性要好。如果结合剂的耐热性较差，使磨具在使用过程中不耐高温，消耗快，甚至因为磨削热过高，而使磨具烧伤、裂纹、脱环等，因此（1）选用耐热性好的粘结剂和加入适当的填充料，以提高其耐热性；（2）尽可能采用冷却液进行湿磨，以提高磨具的耐用度；（3）如果采用干磨，则尽可能使进刀量小一些，以提高磨具的耐用度。
（4）结合剂强度必须高。结合剂的强度直接影响磨具在使用过程中的磨削效率、磨耗的大小、工件质量好坏以及安全性能等，因此必须对影响结合剂强度的因素有所了解。影响结合剂强度的因素主要有：（1）填充料的加入会使结合剂强度提高或降低，多数填充料加入后能使机械强度提高，并且在一定范围内随着添加量的增加而增加，但磨耗比降低。有的填充料，如石墨和固体二硫化钼，加入后使强度反而降低，因此根据要求合理选用填充料；（2）磨具的成型密度（或磨具的气孔率）会影响结合剂强度。磨具的成型密度低，气孔率就高，则结合剂强度低，反之结合剂强度高。因此要合理设计磨具气孔率参数；（3）磨具成型的硬化温度和二次硬化温度高低以及升温曲线都会影响结合剂强度。
（5）结合剂硬度必须合适，耐磨性能好。结合剂的强度必须与金刚石（或cBN）磨粒的磨损速度相匹配，不能因为结合剂的磨耗过快，而使磨粒过早脱落，那样的话，磨料就得不到充分使用，造成浪费。
3树脂结合剂金刚石工具的影响因素
树脂金刚石工具由树脂结合剂、填料和金刚石磨料经混合后热压固化而成。其性能也直接受树脂结合剂、填料和金刚石磨料的影响。
3．1结合剂的影响，主要包括结合剂种类和含量的影响等
（1）各种树脂结合剂金刚石工具的共同特点是耐热性较差，在加工工件的过程中，金刚石工具和工件之间产生的热量容易使局部温度过高，一旦达到临界值，树脂结合剂对金刚石的把持失效，金刚石在没有完全磨钝的条件下就会脱落，从而使加工费用大幅提升。目前主要是通过对树脂结合剂进行改性来提高其耐热性能的。高良倡［3］采用方烷基醚改性酚醛树脂，其耐热性能够达到180℃以上。杜杨等［4］以有机硅预聚合物、硼酸、苯酚和甲醛为原料合成的新型含硼硅酚醛树脂BSP，由于酚醛树脂结构中引入B—O键和有机硅链，BSP树脂具有优良的耐热性和韧性，同时也改善了树脂的耐水性和储存稳定性。肖东政等［5］采用BMI（双马来酰亚胺）改性酚醛树脂获得了耐热性较好的双马来酰亚胺改性酚醛树脂。
（2）树脂结合剂含量的影响。树脂结合剂含量对金刚石工具加工性能有较大的影响。文献［24］介绍了在单晶硅片减薄砂轮中，树脂结合剂含量增加，砂轮的硬度、抗压强度逐渐增大，当树脂结合剂含量增加到一定程度时，砂轮磨耗比的提高趋于缓慢，同时砂轮表面容易出现堵塞现象，同时含量越高，堵塞现象越严重。
（3）树脂结合剂粒度的影响。国内用作金刚石磨具生产的树脂粉粒度大多在80～180目之间，这样的粒度范围存在两个缺陷，一是影响磨具的压制成形性能，二是可能影响结合剂的性能。在压制过程中，树脂粉虽可受热软化，并有一定流动性，达到包覆磨粒的目的，但在压制过程中，结合剂料是在模具内受压的，空间有限，树脂的流动范围也有限，当树脂粉粒度粗时，就会有部分磨料粘结不牢固，从而过快脱落。有研究表明当树脂粒度细化后，可改善成形料的流动性，有利于磨具的热压成形［6］。
3．2填充料的影响，主要包括填料种类和含量的影响等
填充料是金刚石磨具的一个重要组成部分，加入适量的填充料不仅可以大大降低成本，还可提高磨具的机械强度，延长使用寿命。（1）填充料种类较多，加入不同种类的填料对磨具的影响也不同。按性质和用途可分为四类：①不活泼填充料。用于可塑工艺，目的是降低磨具成本；②活泼填充料。增塑吸附效应，使磨粒与结合剂粘合能力增强；③补强填料。如玻璃纤维，碳纤维等，目的是增加结合剂强度；④降低结合剂强度填料。制成适合修整工具的磨具。在超硬材料树脂磨具中，其作用主要是用来改善结合剂的耐热性、硬度、强度，最终目的是提高耐用度。填充料的种类繁多，对于金刚石树脂磨具，酚醛树脂结合剂所用填料，国内常见的是Cr2O3，ZnO和Cu粉；聚酰亚胺结合剂所用填料，除Cu粉外，国外用于干磨时加Zr、Co、CaCO3等，用于湿磨时，可加石英粉（SiO2）、铝氧粉（Al2O3）等陶瓷材料。车剑飞等［7］人采用原味生产法对酚醛树脂进行了纳米粒子TiO2＼Al2O3＼SiO2填充改性，研究了纳米粒子填充改性对树脂分子结构、耐热性、冲击性能和流变性能的影响，结构表明，改性结构无影响，能够显著提高树脂的耐热性能，提高其分解温度约150℃，当填充量为5wt％时，用TiO2改性树脂的冲击强度可提高到普通酚醛树脂的231％。各种改性树脂又都具有不同的特性，邹文俊等［8］利用纳米SiO2（原位聚合和共混方法分散到酚醛树脂中）改性酚醛树脂，可提高磨具的耐热性以及磨削比，且材料价格廉价，适用性较高。陈锋等［9］研究表明，铜锡合金粉的铜锡比例，含量、粒度对树脂结合剂超硬制品的力学性能影响显著，只有选择适当铜锡比例、含量、粒度的铜锡合金粉才能获得具有优异力学性能的树脂超硬制品。
3．3磨料金刚石的影响，主要包括金刚石镀覆、种类和粒度等的影响
（1）金刚石表面镀覆金属后，单颗粒抗压强度都有所提高，同时磨耗比下降，即延长了使用寿命。与不镀覆的金刚石相比，具体作用还包括以下几个方面：①镀层减缓对树脂结合剂的热脉冲，金刚石镀层的导热率比金刚石小，因此金刚石磨粒接触工具时，产生的瞬时高温经过镀层后传给树脂，从而保护紧接磨料部位的树脂不受高温损伤；②镀层提高金刚石与结合剂的结合强度，金属镀层内包金刚石，外部与树脂结合剂能良好粘结；③镀层提高金刚石颗粒抗破碎强度，镀覆金属后金刚石颗粒的缺陷得到弥补，起到了补强作用，且镀层含有韧性金属，有利于提高颗粒抗破碎强度；④镀层对磨粒起隔离保护作用，隔绝外界氧及其它有害介质的作用，同时在磨削高温下，镀层对金刚石晶体的石墨化能起抑制作用。
（2）国内外超硬材料厂家对超硬磨料进行了较为细致的分类，其中低品质的金刚石磨料或通过特殊工艺处理的具有高自锐性和微破碎性的金刚石磨料，主要用于树脂结合剂金刚石工具的制备。如E6公司提供的PDA433，PDA321，PDA311，PDA211等牌号的金刚石，具有高自锐性和微破碎性。目前国内树脂模具普遍使用RVD型金刚石磨料，其颗粒多为针片状，晶型不规则，强度低、脆性大、表面粗糙但磨削锋利，与树脂结合剂结合良好；近年来国内开发的多晶CSD型金刚石磨料用于树脂结合剂磨具，显著提升了树脂金刚石工具的锋利度。
3．4修整对树脂结合剂金刚石砂轮的影响
修整过程是砂轮制备中不可或缺的因素，通过整形能够获得各种形状的树脂金刚石砂轮，通过砂轮修锐使树脂结合剂金刚石砂轮表面金刚石出刃，合适的修整加工直接影响砂轮的使用性能。邹大程［10］设计了一种新型树脂结合剂金刚石砂轮修整方法，并用白刚玉、碳化硅、碳化硼、钼、钼铁合金等方法分别进行砂轮修整实验，通过对比分析各种方法的修整力、表面形貌精度、砂轮修锐效果以及磨削性能，以此对比不同修整方法对树脂结合剂金刚石砂轮的修整效果。选用适合于实际应用的修整技术将有助于提高树脂金刚石砂轮的使用性能。
4树脂结合剂金刚石工具的应用
树脂结合剂超硬工具具有磨削力小、磨削热少、自锐性好、加工效率高、加工表面光洁度高等优异特性，主要用于切割、精磨、半精磨、刃磨和抛光等加工，目前已经成为超硬工具中使用量最大的一类，在贵重陶瓷材料加工，半导体材料加工，磁性材料加工，金属材料加工方面的应用越来越广泛。树脂金刚石研磨盘应用于显示屏玻璃加工，替代传统游离磨料研磨加工，能够提高显示屏的加工效率，改善表面质量，降低加工成本。邓朝晖等［11］对纳米结构金属陶瓷（n－WC／Co）涂层材料在金刚石砂轮精密磨削工程中的磨削力进行了较详细的试验研究。在相同磨削条件下，纳米结构陶瓷涂层的磨削力始终高于常规结构陶瓷涂层的磨削力；同等磨削条件下，树脂结合剂砂轮磨削工具按所需的磨削力大于金属结合剂砂轮。本俊之等［12］利用紫外线固化树脂开发树脂结合剂金刚石线锯替代传统游离磨料切削半导体大直径硅片，解决了传统切割加工工作环境恶劣、生产效率低等问题。Ke－huaLi等［13］对IC硅片超精密背面用树脂2000＃金刚石砂轮加工问题进行了研究，结果表明通过优化结合剂配方，使结合剂磨损速度与金刚石脱落速度达到匹配，材料去除率达到10．236mm3／s，表面粗糙度Ra为5．122nm。林培勇等［14］介绍了树脂结合剂金刚石砂轮在单晶硅片磨削中轴向磨削力的变化规律以及轴向磨削力与磨削工艺参数之间的关系，为树脂砂轮在单晶硅应用方面的力学分析提供一个思路。
5结语
从目前的市场而言，我国已经是树脂金刚石砂轮的生产使用大国，产品数量已经远远超过了国外树脂金刚石砂轮，但质量上还有相当大的差距，国内目前只局限于生产中低端砂轮。例如，笔者曾经在国内某合金加工厂见到3A1－150的树脂砂轮，美国进口单价为人民币10000元，该厂厂长介绍说国内没有厂家能够提供该产品，就连转型比较成功的韩国金刚石企业新韩公司和二和公司都不能生产。笔者认为提高树脂金刚石砂轮质量应该从如下几个方面开展工作：
（1）从树脂源头来开展工作，树脂结合剂砂轮制造厂家、树脂生产厂家和砂轮使用厂家形成联盟共同开发合适的树脂结合剂，同时细化树脂的粒度。
（2）引进控温精度高的热压机，优化热压合成工艺以及二次固化工艺。笔者了解国外树脂砂轮生产商采用的热压机温度误差控制在3℃以内，而国内设备温差基本上都在5℃以上。
（3）优化砂轮配方，根据不同的加工对象来设计砂轮配方，形成配方与使用对象相对应的数据库，便于指导砂轮的配方设计。
参考文献：
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