理化檢測在金屬材料研究中的地位與作用

侯世超

摘 要：金屬材料的性能取決于它的內部結構，探討其內部結構與性能之間的關系是金屬材料科學中重要的基礎性研究工作。而金屬材料的內部構同其性能間關系的研究與確立，則是通過理化檢測研究和檢測工作的參與得以實現。通過理論和實例的闡述，提出了理化檢測是金屬材料研究的重要組成部分的觀點。

關鍵詞：理化檢測；金屬材料；結構；地位

一、理化檢測在金屬材料研究中的研究內容

金屬材料科學組要是研究金屬材料的組成、結構與性能之間相互關系及其變化規律的科學。熱力學、動力學、同體物理、固體化學、化學物理等基礎學科為金屬材料科學提供理論基礎。金屬材料的性能主要取決于金屬材料內部的結構，金屬材料的結構又取決于金屬材料的組成、工藝參數等因素。因此，在金屬材料研究中，必須深入探討金屬材料的性能與其組成、結構、工藝參數等因素相互問的內在聯系，以確定合理的金屬材料組成和最佳的制備工藝、加工工藝和處理工藝，從而獲得最理想的內部結構和性能，以滿足使用的要求。

在金屬材料的組成研究中，對金屬金屬材料和無機非金屬金屬材料的主量和痕量元素的測定，應用較為普遍的方法有原子光譜法、分子光譜法、電化學法和常規化學法；對高分子的分析，則需要有諸如常規的有機化合物的元素分析、紅外光譜、核磁共振、質譜、熒光光譜拉曼光譜等方面的配合。對其結構研究，通常以光學顯微鏡觀察其基體組織及形貌；以工業CT觀察其金屬材料內部的微孑L洞、裂紋和夾雜物的形態；以透射電鏡觀察其斷口形貌、析出相的形態，借助于能譜或波譜檢測，還可給出各相的大致成分；以x射線衍射和選區電子衍射法，鑒定第二相的晶體結構、取向和應力；電子探針能將相的形貌與成分聯系起來，可表征微區域成分的相對變化；X射線光電子能譜、X射線熒光光譜、x射線衍射技術，可研究金屬材料的晶態、異構觀像及其中元素的價態；自射線攝照技術用以研究元素及其形成相在基體中的分布；熱分析可了解金屬材料晶體和無定形結構的關系；質譜能精確地測定有機高分子的分子量、給出分子式和其他機構信息；核磁共振波譜、質譜與色譜的聯用、質譜自身的串聯、激光拉曼光譜與紅外光譜研究有機結構；傅里葉變換一紅外光譜和色譜的聯合，被譽為鑒定有機結構的“指紋”；激光微探針質譜可獲得有機物元素的局部形態和有機物的機構信息；以電子能譜、二次離子質譜、脈沖激光原子探針、俄歇電子能譜、x射線光電子能譜、x射線衍射和X射線吸收精細結構技術等，研究表面與異質界面原子的幾何結構，表面與界面原子的遷移和擴散，表面電子態、異質界面化學鍵，異質界面擴散反映和界面化合物的形成動力學，異質界面的浸潤性、薄膜形成機制和界面失效等等。

在理化檢測領域中，尚有一門研究金屬金屬材料中第二相的類型、結構、組成、數量、形態、分布狀態及合金元素在相際間的分配，進而建立其合金系同相組成以及相組成同合金性能之間的關系，并可應用于他類金屬材料的物理一化學相分析科學。當然，在金屬材料研究中，金屬材料學科學家正在依靠科學理論及配合以高效率計算機工具，探索著金屬材料結構的設計和性能預測的工作，并從其化學元素組成預測高溫合金的某種性能、有機大分子的分子設計、復合金屬材料的組織設計和基于線彈性斷裂力學對與一定尺度以上裂紋長大與傳播過程來預測壽命的方法方面獲得一些成效。但由于金屬材料結構和性能影響因素的復雜性和純理論的局限性，要完全以“設計”和“預測”來代替其實際的理化檢測研究和檢測工作是不可能的。

二、解決金屬材料研究中具體問題的案例

（1）通過對析出相的類型、結構、組成與含量的研究，定量地研究了多種高溫合金的時效過程中相的析出、溶解規律和相變規律及其組成與各有關相間地關系、各相與性能間地關系。在對這些關系和規律的研究，選擇并確定了某些高溫合金有關合金元素的用量、熱處理制度，探討了其組織的穩定性及其合金化機理和強化機理、失效原因等內容。（2）針對50硼鋼出現的脆化現象，通過對硼在鋼中的存在狀態與分布情況，對硼相結構、組成與形成、溶解規律，測硼方法的系統研究，提出了Fe23（C，B）6相沿晶界析出的硼脆機理和通過高于9500C同溶處理，并結合快速冷卻，以達到消除或改善硼脆的措施。根據這種情況，國家對測硼方法進行統一，改訂了50硼鋼標準。（3）通過錳的加入量的變化對93W—Ni—Fe—Co合金力學性能的影響，以及對合金中鎢顆粒和粘結相的含量與組成，合金的顯微組織與斷口形貌，錳同氧、硫等原子的分布狀態及其所形成夾雜物的類型、結構、形態、尺寸及分布的系統研究，提出了錳在w—Ni—Fe—co系重合金中晶界凈化的作用機制，以及借加入某一或某些可凈化鎢顆粒/粘結相界面的合金元素。以提高鎢顆粒同粘結相問的結合強度，是提高其合金塑性和韌性的一種有效途徑。

結論：理化檢測學是研究建立物質的組成、結構和性能的測試方法，并提供其結果信息的科學。它在金屬材料研究中，為金屬材料提供其組成、結構和性能的準確結果，參與金屬材料的組成、結構和性能間相互關系及其變化規律的研究與確立。所以，理化檢驗是金屬材料研究的重要組成部分。

參考文獻：

[1] 李良，何東輝，陳鋼.高韌性中低強度金屬材料的疲勞試驗研究[J].理化檢驗.物理分冊，2004，03.