国外新型金属材料

钛合金材料《新型工程材料应用》课程论文摘要：随着新技术革命浪潮的推进，继合金钢和金属铝之后，新崛起的第三金属——钛，越来越多地渗透到工业、技术和科学的各个领域，它的魅力向人类展示了它的美好前景。

本文介绍了钛合金的合金化原理、性能特性，综述近年来国内外钛合金材料的发展应用和研发状况，对钛合金材料的发展前景进行了展望。

关键词：钛合金、合金化、特性、发展概述：钛是一种新型金属，钛的性能与所含碳、氮、氢、氧等杂质含量有关，最纯的碘化钛杂质含量不超过0.1％，但其强度低、塑性高。

99.5％工业纯钛的性能为：密度ρ=4.5g/cm3，熔点为1725℃，导热系数λ=15.24W/(m.K)，抗拉强度σb=539MPa，伸长率δ=25％，断面收缩率ψ=25％，弹性模量E=1.078×105MPa，硬度HB195。

而钛合金是以钛为基加入其他元素组成的合金。

合金化原理：钛有两种同质异晶体：882℃以下为密排六方结构α钛，882℃以上为体心立方的β钛。

合金元素根据它们对相变温度的影响可分为三类：（1）稳定α相、提高相转变温度的元素为α稳定元素,有铝、碳、氧和氮等。

其中铝是钛合金主要合金元素，它对提高合金的常温和高温强度、降低比重、增加弹性模量有明显效果。

（2）稳定β相、降低相变温度的元素为β稳定元素，又可分同晶型和共析型二种。

应用了钛合金的产品前者有钼、铌、钒等；后者有铬、锰、铜、铁、硅等。

（3）对相变温度影响不大的元素为中性元素，有锆、锡等。

氧、氮、碳和氢是钛合金的主要杂质。

氧和氮在α相中有较大的溶解度,对钛合金有显著强化效果,但却使塑性下降。

通常规定钛中氧和氮的含量分别在0.15～0.2％和0.04～0.05％以下。

氢在α相中溶解度很小,钛合金中溶解过多的氢会产生氢化物，使合金变脆。

通常钛合金中氢含量控制在 0.015％以下。

氢在钛中的溶解是可逆的，可以用真空退火除去。

室温下，钛合金有三种基体组织，钛合金也就分为以下三类：α合金,(α+β)合金和β合金。

新型拓扑结构金属—有机框架化合物及其性能研究一、简述随着科学技术的不断发展，新型拓扑结构金属有机框架化合物(MOFs)在材料科学和化学领域引起了广泛关注。

MOFs是一种具有特定孔道结构和表面活性的多功能材料，具有优异的吸附、分离、催化、传感等功能。

近年来研究人员通过调控金属离子或配体的结构和性质，成功合成了多种新型MOFs,这些新型MOFs在能源、环境、生物医药等领域具有广泛的应用前景。

1. 研究背景和意义随着科学技术的不断发展，人们对材料性能的需求也在不断提高。

新型拓扑结构金属—有机框架化合物(简称MOF)作为一种具有独特性质和广泛应用前景的新型材料，近年来受到了国内外学者的广泛关注。

MOFs具有高比表面积、丰富的孔道结构、可调控的孔径大小和可调变的表面化学性质等优点，因此在催化、传感、分离、储存等领域具有广泛的应用前景。

然而目前已报道的MOFs大多为单一结构的晶体型，其功能和性能往往受到限制。

因此研究具有新型拓扑结构的MOFs 对于拓展其应用领域具有重要意义。

本研究旨在通过合成一系列具有不同拓扑结构的金属有机框架化合物(MOF),并对其进行表征和性能分析，以期为新型MOFs的合成和应用提供理论依据和实验指导。

首先通过对不同金属离子和有机配体的组合，设计并合成了一系列具有不同拓扑结构的MOFs。

然后通过X射线单晶衍射、红外光谱、核磁共振等手段对所合成的MOFs的结构进行了表征。

通过原位聚合、电化学催化等方法研究了所合成的MOFs在催化、传感等方面的性能，为其在实际应用中提供理论依据。

本研究将有助于丰富和发展MOFs这一领域的研究内容，为新型MOFs的合成和应用提供理论依据和实验指导。

同时本研究还将为其他相关领域的研究提供新的思路和方法，如纳米材料的制备、功能材料的开发等。

因此本研究具有重要的理论和实际意义。

2. 国内外研究现状和进展近年来随着材料科学和化学领域的不断发展，金属有机框架(MOF)化合物作为一种新型的多功能材料在国内外得到了广泛的关注。

新金属材料国家重点实验室
新金属材料国家重点实验室是我国重要的科研机构之一，致力于新金属材料的研究与开发。

该实验室拥有一支由国内外知名专家组成的科研团队，拥有先进的实验设备和技术平台，为新金属材料的研究提供了强大的支持。

该实验室的主要研究方向包括新型金属合金材料、金属表面工程、金属材料性能测试与评价等领域。

在新型金属合金材料方面，实验室团队致力于开发具有高强度、高韧性、耐腐蚀性能的新型金属材料，以满足航空航天、汽车制造、能源装备等领域对材料性能的不断提升需求。

在金属表面工程领域，实验室团队致力于研究金属表面的改性技术，提高金属材料的耐磨、耐蚀、耐高温等性能，为材料的应用提供更广阔的空间。

在金属材料性能测试与评价方面，实验室团队拥有先进的材料测试设备，能够对新型金属材料的力学性能、热物理性能、化学性能等进行全面准确的评价。

实验室团队在科研成果方面取得了丰硕的成果，先后在新型金属材料领域发表了大量高水平的学术论文，申请了多项国家发明专利，取得了一系列具有重要科研价值和应用前景的成果。

实验室团队还与国内外多家企业和科研机构开展合作，推动科研成果向产业化方向转化，为我国新金属材料产业的发展做出了重要贡献。

未来，新金属材料国家重点实验室将继续深入开展新金属材料的研究与创新，不断提高材料性能，拓展材料应用领域，助力我国材料产业的发展。

同时，实验室将加强国际合作，吸引更多优秀的科研人才加入，推动实验室的科研水平和影响力不断提升，为我国在新金属材料领域的科技创新做出更大贡献。

新金属材料国家重点实验室将继续秉承“团结、创新、务实、奋进”的精神，不断探索前沿科学问题，为新金属材料领域的发展贡献力量，为我国科技进步和经济发展做出更大的贡献。

２１世纪的新材料——泡沫金属与泡沫陶瓷进入二十一世纪，可持续发展已成为全人类共同关注的话题，我国政府高度重视可持续发展，将可持续发展确定为国家的重大发展战略。

如何开发新能源和新材料、减少已有能源与材料的消耗，是其中一个重要方面，已成为科技工作者共同努力的新课题，泡沫材料的开发就是在这种大背景下提出的。

泡沫材料按材料性质分为泡沫金属材料和泡沫陶瓷材料，按使用状态又可分为泡沫结构材料和泡沫功能材料。

一、轻质泡沫金属材料泡沫金属材料是八十年代后期国际上迅速发展起来的一种物理功能与结构一体化的新型工程材料。

多孔结构和金属特征使其得以具备其他实芯材料未有的功能，如防震、吸声、隔声、阻燃、屏蔽、耐候、耐湿、质轻、可渗透性等，在航空航天、交通运输、建筑、能源等高技术领域具有广阔的应用前景。

泡沫金属材料的制备方法大致可分为以下几种：（1）粉末冶金法，又可分为松散烧结和反应烧结两种；（2）渗流法；（3）喷射沉积法；（4）熔体发泡法。

在上述众多的制备方法中，除特殊要求外，作为工业大生产最有前途的是熔体发泡法，它的工艺简单，成本低廉。

熔体发泡法技术难点在于选择合适的金属发泡剂，一般要求发泡剂在金属熔点附近能迅速起泡。

世界泡沫金属材料技术开发具有两大热点，即泡沫镍和泡沫铝的开发。

泡沫镍的制备技术目前已很成熟，国内外均有不少厂家进行大批量连续化生产，如国内的长沙力元等，主要作为电池的极板材料应用于镍氢电池领域。

但随着世界锂离子电池的迅速发展，镍氢电池在世界可充电二次电池市场的需求已日趋饱和，因此泡沫镍的市场需求增长幅度逐年减缓。

泡沫铝制备技术则在航空航天、交通运输等行业的发展以及这些产业对综合性能优异的材料的巨大需求下得以迅速地发展，主要有合金气体发泡、合金发泡剂混合搅拌、金属及发泡剂混熔固结、熔融金属高压渗透等。

泡沫铝是一种高孔隙率、宏孔多孔材料。

它不仅具有优良的机械阻尼、消声降噪和电磁屏蔽等性能，而且具有轻便、坚固、耐热、美观等特点，在一些发达国家已经商品化，广泛地应用在噪声防护、电磁屏蔽、建筑装饰、吸能缓冲、医用植体、分离工程、生物工程以及国防高科技等领域。

书山有路勤为径，学海无涯苦作舟粉末冶金铝合金在20 世纪40 年代，瑞士R.Irmanm 等人，用球磨机在控制氧含量的保护介质中研磨工业纯铝粉，使粉粒表面生成很薄的氧化膜。

将铝粉经过压实、烧结和热加工制成烧结铝材料（SAP），它是最早出现的粉末冶金铝材。

在制取工艺过程中，氧化铝薄膜被破碎，弥散地分布在铝基体中，成为烧结铝的弥散强化相，它使烧结铝具有一定的室温强度和很好的高温性能。

50 年代及其以后，苏联、美国、英国等国的金属材料工作者相继研制出各种牌号的烧结铝。

60 年代中期，我国原东北轻合金加工厂研制的烧结铝（牌号为LT71、LT72）已应用于国防工业。

60 年代初期、美国的P.Duwez 用喷枪法制得了非晶态Al-Si 合金，揭开了开发快速凝固技术的序幕，很快引起了铝合金材料工作者的关注。

20 世纪70 年代以来，铝合金材料工作者的实践表明，采用传统的制备方法，例如提高合金纯度、调整成成、改变热处理规范等方式、来研制新的铝合金材料，所获得的效果已越来越小。

为了大幅度提高材料强度、耐蚀性、耐热性、断裂韧性等性能，将加速凝固技术与粉末冶金工艺相结合，能获得满意的效果。

它是通过将铝合金熔体雾化，快速凝固成粉末，再将粉末压制、烧结、压力加工成铝合金材料。

制得的材料晶粒细小，金属间化合物粒子细化，化学成分均匀，合金元素的过饱和固溶度增加，弥散强化、固溶强化和时效强化作用得到综合利用，因而材料有很高的强度，很好的抗应力腐蚀性能。

例如：美国铝业公司（Alcoa）研制成了粉末冶金高强度铝合金7090、7091、CW67 和粉末冶金耐热铝合金CU78、CZ42；凯撒铝及化学公司（Kaiser Aluminum & Chemical Co、）研制成了粉末冶金高强度铝合金Mr61 和MR64；Allied- signal Co、研制成了粉末冶金耐热铝合金FVS0812、FVS1212 和FVS0611。

高性能金属新材料（特种金属功能材料、高端金属结构材料）一、金属类新材料金属新材料按功能和应用领域可划分为高性能金属结构材料和金属功能材料。

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。

与其他材料相比，稀土具有优异的光、电、磁、催化等物理特性，近年来在新兴领域的应用急速增长，其中永磁材料是稀土应用领域最重要的组成部分，2009年永磁材料占稀土新材料消费总量的57%。

在国家新兴产业政策的推动下，新能源汽车、风力发电、节能家电等领域将拉动稀土永磁材料钕铁硼磁体的需求出现爆发式增长。

建议重点关注钕铁硼行业龙头中科三环、宁波韵升，以及稀土资源类企业包钢稀土、厦门钨业等。

钢铁材料、稀有金属新材料、高温合金、高性能合金是属于金属类工程结构材料。

①、钢铁材料和稀有金属新材料钢铁材料提高钢材的质量、性能，延长使用周期，在钢铁材料生产中，应用信息技术改造传统的生产工艺，提高生产过程的自动化和智能化程度，实现组织细化和精确控制，提高钢材洁净度和高均匀度，出现低温轧制、临界点温度轧制、铁素体轧制等新工艺。

稀有金属新材料指高强、高韧、高损伤容限钛合金，以及热强钛合金、锆合金、难熔金属合金、钽钨合金、高精度铍材等。

②、高温合金和高性能合金高温结构材料主要种类包括：高温合金、粉末合金、高温结构金属间化合物，以及高熔点金属间化合物等。

二、高性能结构材料从世界上新材料的发展趋势看，钢铁材料和有色金属材料的生产一直在向短流程、高效率、节能降耗、洁净化、高性能化、多功能化的方向发展。

结构材料其主要功能是承担负载（如火车、汽车、飞机）。

汽车用钢近年来已从一般钢铁发展为使用高强合金钢、铝合金或特殊的高强Mg基合金，高强Ti合金在高强钢中有重要位置，不锈钢则有取代碳钢的趋势。

1、新型金属材料是指具有特殊物理性能的新金属材料,如非晶态合金和形状记忆合金.它们在汽车上的应用已成为热门课题2、新型金属材料强韧化研究现状新近发展的或正在发展的具有优异性能及更高质量的金属材料称为新型金属材料.在研制和开发新型金属材料过程中除沿用传统的工艺技术外还采用了微合金化、添加变质剂、联铸联轧、快速冷凝、非晶态、控制轧制、控制锻造、形变热处理、表面强化、超塑性和材料复合等新技术新型金属材料应用广泛，前景乐观一、镁及镁合金镁由于优良的物理性能和机械加工性能，丰富的蕴藏量，已经被业内公认为最有前途的轻量化材料及21世纪的绿色金属材料，未来几十年内镁将成为需求增长最快的有色金属。

1、汽车、摩托车等交通类产品用镁合金 20世纪70年代以来，各国尤其是发达国家对汽车的节能和尾气排放提出了越来越严格的限制，1993-1994年欧洲汽车制造商提出“３公升汽油轿车”的新概念。

美国提出了“PNGV”（新一代交通工具）的合作计划。

其目标是生产出消费者可承受的每百公里耗油3公升的轿车，且整车至少80%以上的部件可以回收。

这些要求迫使汽车制造商采用更多高新技术，生产重量轻、耗油少、符合环保要求的新一代汽车。

据测算，汽车自重减轻10%，其燃油效率可提高5.5%，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。

镁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的重要作用受到人们的重视。

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。

在欧美国家中，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，大众、奥迪、菲亚特汽车公司纷纷使用镁合金。

90年代初期，欧美小汽车上应用镁合金的重量，平均每车约1公斤，至2000年已达到3.6公斤左右，目前欧美各主要车厂都在规划在今后15~20年的期间，将每车的镁合金用量上升至100～120公斤。

行家预测，在未来的7-8年中，欧洲汽车用镁将占总消耗量的14%，预计今后将以15%的速度递增，2005年将达到20万吨。

2023金属材料应用装备轻量化的国内外现状和发展趋势随着全球能源短缺和环境污染问题的日益严重，轻量化设计已经成为各个领域发展的必然趋势。

在金属材料应用装备轻量化方面，国内外现状和发展趋势如下：
- 高强度钢的研究与应用：高强度钢是一种具有高强度、高韧性和优良的加工性能的钢材。

它可以在保证产品结构强度的同时，实现零部件的轻量化设计。

目前，高强度钢的研究主要集中在提高其强度和韧性的同时，降低其成本和生产难度，以便更好地应用在汽车等大规模生产领域。

- 铝合金的研究与应用：铝合金是一种具有优良的加工性能、高强度和轻量化的材料。

在汽车、航空航天等领域，铝合金被广泛应用在零部件的制造中。

目前，铝合金的研究主要集中在提高其强度和韧性的同时，改善其成形性和焊接性能等方面的不足，以便更好地满足实际应用的需求。

- 钛合金的研究与应用：钛合金是一种具有高强度、高耐蚀性和优良的生物相容性的材料。

在航空航天、医疗等领域，钛合金被广泛应用在高温、高压等极端环境下的零部件制造中。

目前，钛合金的研究主要集中在降低其成本和提高其生产效率的同时，进一步拓展其应用领域。

未来，随着新材料和新技术的不断发展，金属材料在轻量化方面的研究将会取得更加重要的成果。