金属材料的失效分析篇1
关键词：金属材料磨损失效防护措施
中图分类号：tH117.1文献标识码：a文章编号：1672-3791（2013）06（b）-0074-01
在内容繁多的基础科学中，材料科学的地位无疑是举足轻重的，材料科学的存在促进着工业企业的长远发展。而在材料科学中，金属材料则是其中最重要的材料之一。因此，金属材料的磨损失效现象往往会引起从业者的格外关注。在金属材料的众多失效形式中，磨损、磨蚀和断裂是最主要的三种形式，而在这三种形式之中，磨损失效又是最为常见的。所以，在金属材料的防护领域中，如何解决金属材料的磨损失效是其中的重中之重，并且是工业发展不可缺少的组成部分。
1金属材料磨损失效的危害
在金属材料的使用过程中，不同金属材料副表面之间的相互接触摩擦和相互运动是不可避免的；而这种金属的相互作用则会引起材料表面的损耗，这种损耗就是本文要研究的摩擦损耗。摩擦损耗往往会对金属材料的尺寸、外形、结构及性能造成不同程度的影响。在工业机械设备的运转过程中，周围环境相对而言较为恶劣，条件苛刻，同时机械设备往往是高速运转，所以，在机械设备工作时经常会有不少的杂物，如粉尘、水汽和其他有害气体，进入设备中，之后会和设备中的金属材料相互运动摩擦，如果这些杂物不能及时地清除，那么就会发生设备金属材料的摩擦损失。如果这种磨损积聚到一定程度，就会破坏设备各零件的相互协调运作，降低设备的各项性能，更有甚者会导致意外事故的发生，这不仅会损害企业的经济效益，还可能危害从业人员的人身安全。
2金属材料磨损失效的基本形式
金属材料的磨损失效在工业建设中是不可忽略的问题，也是亟待解决的问题。而在工业建设中，要想及时有效地解决这种金属失效问题，清楚掌握造成这种金属磨损失效的形式及机理显得尤为重要。在现代的工业建设中，金属的磨损失效主要有以下几种形式：
2.1磨粒磨损失效
磨粒磨损失效是由于金属的磨粒磨损造成的金属材料相应性能的损失，是材料磨损失效的普遍形式。根据磨粒磨损过程中金属材料磨损表面所受的应力和冲击力不同，我们可将磨粒磨损分为凿屑磨损、擦伤磨损以及碾碎磨损。通常情况下，在高应力和硬磨粒的状态下，会出现凿屑磨粒现象；而在磨损过程中，如果磨粒硬度相对较小，则会划伤金属材料表面，使得金属材料上出现凸凹不平的现象，这种磨损叫做碾碎式磨损；如果造成磨粒的应力相对较小，则会出现擦伤磨损。
2.2黏着磨损失效
黏着磨损失效则是由黏着磨损造成的金属性能失效，而这种黏着磨损则是一种较为复杂的磨损。一般情况下，如果两个相对滑动的金属材料表面不良或者超负荷工作，这就会造成金属表面的应力过高；当相对滑动的金属表面的应力达到一定程度时，就会造成接触面温度急剧上升，致使金属局部熔化，在之后的冷却过程中，接触面会固相焊接。当金属表面再次滑动时，足够的切向力会使得黏接点断开，破坏金属的摩擦表面，从而会产生金属磨屑，产生黏着磨损。
2.3疲劳磨损失效
当金属材料的摩擦副表面在相对滑动过程中，往往会忽略周期负荷的作用，这在循环往复的工作回合中，会使得接触应力增大，直到超过金属材料的承受范围，最终导致金属材料的变形以及其它各种失效现象。在摩擦学中，疲劳磨损往往会被认为是由长期的周期负载造成的。长期的周期负载会使金属材料结构变形，表面塑像变形，更有甚者会使金属表面出现裂纹。在弹力学中，金属材料的疲劳磨损则是十分严重的问题，必须快速有效地解决疲劳磨损。
2.4腐蚀磨损失效
在工业机械设备工作的过程中，其中的金属材料难免会和空气及水汽等介质接触，而金属的活泼性又使得金属极易和这些介质发生相应的化学或电化学反应，这就会造成金属的腐蚀磨损。在腐蚀磨损中，腐蚀物是不可避免的，而这些腐蚀物则会继续产生其他磨损，使得磨损重叠，加剧金属材料的磨损程度，产生更严重的失效。
2.5微动磨损失效
在机械设备的金属材料中，相对滑动的金属材料很容易产生磨损，而相对固定的金属材料也会产生磨损，只不过磨损情况相对较轻。在相对固定的金属材料和副材料的摩擦表面之间，往往会因为周围环境的影响产生接触面微小的相对运动，而这种振幅较小的相对振动则是产生微动磨损的原因。
3金属材料磨损失效的防护措施
3.1提供良好的工作环境
机械设备的工作环境是造成金属材料磨损的主要因素之一，因此改善机械设备的工作环境是处理金属磨损的有效方法。在机械设备的工作过程中，要最大程度的优化其工作环境，减少设备的超额工作时间，同时防止各种腐蚀性物质因操作不当而浸入机械设备中，从而营造一个良好的工作环境，增强金属的防护能力，保持金属材料的连续使用性。
3.2合理选择金属材料
在良好的工作环境的前提下，合理地选择抗磨性的金属材料也是金属材料的防护手段之一。通过上文的分析，金属材料的自身性质是金属磨损的决定性因素，所以在金属材料的选择过程中，要根据金属材料的工作环境，合理的选择工作材料。同时，在选定材料后，也可对金属材料进行表面强化，提高材料硬度，增强其耐磨性。
3.3金属材料表面和结构强化
在金属材料相对运动的过程中，材料的表面特征则会大大影响金属的磨损；因此，改善金属材料摩擦便面的光滑程度，降低摩擦表面的摩擦系数，可大大降低金属磨损。同时，金属材料的结构也大大的影响着金属材料的磨损，合理的金属配合方式便可在很大程度上降低金属磨损。
3.4定期进行金属材料保养
在做好了所有的前期处理之后，金属材料的定期保养也是非常重要的。在设备运作一段时间之后，对金属材料进行保养，可很大程度的修复和改善金属的性能，增强其抗磨性，从而提高金属材料的使用寿命。
4结语
由上文的分析可知，金属材料的磨损大大降低了金属的使用可靠性，同时减少了金属材料的使用寿命。所以，我们必须通过对金属材料磨损形式和机理的分析，采取合理的防护措施来增强金属材料的抗磨性，同时也要不断地研发新型耐磨金属材料，来降低金属材料磨损失效的可能性，这样才能避免工业生产中意外事故的发生，从而保证工业企业的经济效益和从业人员的人身安全。
参考文献
金属材料的失效分析篇2
四年以上工作经验|男|30岁（1986年2月5日）
居住地：广州
电 话：188********（手机）
e-mail：
最近工作[1年4个月]
公 司：XX有限公司
行 业：汽车及零配件
职 位：高级材料工程师
最高学历
学 历：本科
专 业：金属材料工程
学校：广东工业大学
自我评价
具有良好的金属材料学知识背景，对金属材料的成分、工艺、组织及性能间关系有深刻的理解。从事多年金属材料研发，检测及失效分析工作经验。熟悉铸造、锻造、热处理、机加工等产品加工流程，熟悉金属材料各类测试标准。掌握实验室常用的检测设备及分析方法。踏实,责任心强,较强的学习能力,对工作热情,有强烈的集体意识.
求职意向
到岗时间：一个月之内
工作性质：全职
希望行业：汽车及零配件
目标地点：广州
期望月薪：面议/月
目标职能：高级材料工程师
工作经验
2013/8—2014/12：XX有限公司[1年4个月]
所属行业：汽车及零配件
工程部高级材料工程师
1.负责棒材、铸造铝合金、镁合金、各类铸铁及粉末冶金件的审核及批准；
2.材料性能测试及零部件的失效分析；
3.亚太区第三方材料实验室的认证及管理‘
4.支持产品工程师在金属材料选材，材料性能等方面的需求；
5.协助SQe、采购等部门进行金属材料相关供应商的技术评审。
2010/7—2013/7：XX有限公司[3年]
所属行业：汽车及零配件
研发部材料工程师
1.从事涡轮增压器各部件的失效分析；
2.负责对涡壳，转子，轴等零部件失效模式作出分析判断；
3.负责本地供应商及第三方实验室的质量评估及审核；
4.负责对涡轮增压器涡壳所用的Simo+铸铁材料的热处理工艺改进项目；
5.参与耐高温涡壳用镍基高温合金材料Hon273的开发及应用研究。
教育经历
2005/9—2010/6广东工业大学金属材料工程本科
证书
2006/12大学英语四级
金属材料的失效分析篇3
关键词：金属材料断裂韧性；影响金属断裂韧性因素
1.金属材料断裂韧性
断裂韧性――指金属材料阻止宏观裂纹失稳扩展能力的度量，也是金属材料抵抗脆性破坏的韧性参数。它和裂纹本身的大小、形状及外加应力大小无关。是金属材料固有的特性，只与金属材料本身、热处理及加工工艺有关。是应力强度因子的临界值。常用断裂前物体吸收的能量或外界对物体所作的功表示。例如应力-应变曲线下的面积。韧性金属材料因具有大的断裂伸长值，所以有较大的断裂韧性，而脆性金属材料一般断裂韧性较小，是表征材料阻止裂纹扩展的能力，是度量材料的韧性好坏的一个定量指标。在加载速度和温度一定的条件下，对某种材料而言它是一个常数。当裂纹尺寸一定时，材料的断裂韧性值愈大，其裂纹失稳扩展所需的临界应力就愈大；当给定外力时，若材料的断裂韧性值愈高，其裂纹达到失稳扩展时的临界尺寸就愈大。
2.课题研究的主要内容
通过对金属材料断裂韧性的影响因素进行了系统分析。假定影响金属材料断裂韧性的其它因素均保持不变，把温度对断裂韧性的影响进行单独研究。一些关于压力容器钢断裂韧性的研究结果表明，当温度达到上平台温度之后，断裂韧性会随着温度的继续升高而下降，即存在韧性劣化的现象。相对于低温范围断裂韧性的研究，中、高温范围内断裂韧性的研究仍显不足，且实际工程中许多构件在高温条件下工作，按照常温力学性能设计的构件存在某种意义上的安全隐患，因而研究温度对断裂韧性的影响就显得相当重要。文中结合钢韧断机理的研究成果与点缺陷在应力场中的迁移运动规律，通过理论分析建立了断裂韧性JiC与温度t的数学模型，在此基础上对多种压力容器钢断裂韧性的实验数据进行了分析，最后验证了模型的合理性。文中通过对断裂参量J积分进行了数值分析，分析了温度对J积分的影响。此外，还对试样几何因素以及裂纹尺寸和裂纹倾角等对J积分的影响进行了数值分析。文中最后结合实际工程算例，就中温范围内的韧性裂化行为对用于含缺陷压力容器和管道安全评定的失效评定图的影响进行了研究。结果表明，使用失效评定图对结构安全进行评定时，不考虑韧性劣化行为的评定结果与考虑韧性劣化行为的评定结果之间存在较大差异。因此，对于中温段工作的压力容器和管道的安全评定还应计入断裂韧性下降的影响。文中得到的一些结论具有一定的普遍性，对于压力容器以及管道等的安全性设计和评定具有非常重要的意义。主要研究内容和成果总结如下：
（1）对于所研究的压力容器钢，当达到上平台温度之后，其断裂韧性会随着温度的继续升高而存在下降的趋势，即存在韧性劣化的现象；
（2）建立的断裂韧性JiC与温度t的关系与实验结果符合的很好，此数学模型可较方便准确地估算材料的断裂韧性值；
（3）有限元计算表明，随着温度的不断升高，恒定外力作用下，材料的断裂参量J积分呈现上升的趋势，且在温度变化的初始阶段，J积分变化较缓慢，随着温度的不断升高，J积分变化的幅度会越来越大；试样几何因素对J积分的计算结果产生显著的影响；裂纹尺寸对J积分也产生明显的影响，裂纹越长，构件破坏的可能性就越大；在倾角变化的开始阶段，J积分变化不怎么明显，随着倾角的不断增加，J积分呈现显著下降的趋势；且从裂纹张开位移δ得到的结论与J积分较为相似；
（4）实际工程算例的分析表明，在中温范围内，材料的韧性劣化行为对用于压力容器和管道安全评定的失效评定图产生显著的影响。考虑韧性劣化行为的评定结果与不考虑韧性劣化行为的评定结果存在较大差别。因此，使用失效评定图对含缺陷压力容器和管道进行安全评定时，应计入韧性劣化的影响。
（5）还有试样厚度严重影响裂纹前端的应力约束，进而影响材料的断裂韧性，数学模型表明金属材料的断裂韧性随着厚度的增加先升高后降低最终趋于一个稳定的值。试样取向对韧性裂纹的影响，研究表明LS与tS是最危险的。L-R取向明显高于紧凑拉伸试样的断裂韧性明显高于R-L取样和C-R取样。加速载体对断裂韧性的影响可通过应变速率来表示，增加速率可降低断裂韧性，一般认为应变速率每增加一个数量级，断裂韧性降低10%。但是，当应变速率很大时形变热量来不及传导，造成绝热状态，导致局部温度升高，断裂韧性又升高。
3.金属材料断裂韧性的影响因素
3.1内部因素
3.1.1组织结构的影响
马氏体，指淬火马氏体在回火后获得的，在不出现回火脆性的情况下，随着回火温度的提高，强度逐渐下降，塑性和韧性逐渐升高。因此，通过淬火、回火获得回火马氏体组织的综合力学性能最好，即材料的屈服强度和断裂韧性值都高。马氏体有两种精细结构：一种是孪晶马氏体，其呈透镜状，交叉排列（约成60°角），内部由孪晶组成。它的特点是在孪晶相交处容易形成微裂纹，所以孪晶马氏体组织的形成会降低钢的断裂韧性。另一种是板条马氏体，其呈板条状，平行排列。板条马氏体的亚结构是位错，在其板条内不存在显微裂纹，回火过程中也没有碳化物沿孪晶带析出而造成韧性降低的缺点。
贝氏体，一般可分为无碳贝氏体、上贝氏体和下贝氏体。无碳贝氏体因热加工工艺不当而变得非常脆，且冲击韧性非常低，即魏氏组织，使断裂韧性下降。但调整成分和工艺，使针状铁素体细化就可使其韧性提高。上贝氏体中在铁素体片层之间有碳化物析出，裂纹扩展阻力较小，其断裂韧性较低。下贝氏体的碳化物是在铁素体内部析出的，裂纹扩展阻力较大，其断裂韧性值比上贝氏体高。
金属材料的失效分析篇4
关键词：金属材料磨损防护
中图分类号：to407文献标识码：a文章编号：1672-3791（2014）04（a）-0080-01
材料科学是众多基础科学里面的重中之重，材料科学的健康推动着工业企业的正常发展，然而金属材料又是材料科学里的最重要的材料之一，所以金属材料的磨损问题一直受到相关行业的青睐，磨损、断裂与腐蚀是金属材料失效的三种主要形式，然而磨损失效又是这三种形式当中最常出现的，因此，怎么样来应对金属材料的磨损失效是金属材料防护的关键，同时也成为工业领域发展的不可或缺的一部分。
1磨损的基本含义及其过程
1.1磨损的含义
构件表面相接触并作相对运动时，表面逐渐有微小的颗粒物分离出来形成松散的尺寸与形状均不相同的碎屑，使表面材料逐渐损失，即导致机件尺寸变化和质量的损失，这一表面损失的过程就是磨损。
1.2磨损的过程
跑合阶段：出现在摩擦副的初始运动阶段，由于物体的表面存在着粗糙度，微凸体的接触面小，接触应力较大，磨损速度则快；在一定程度的载荷作用力下，摩擦表面渐渐磨平，实际的接触面积逐步增大，磨损速度则变慢。
稳定磨损阶段：出现在磨损副的正常运行阶段，经过了跑合之后，摩擦表面加工硬化，微型几何形状改变，实际接触面积增大，压强减小，从而创造了弹性接触的条件，磨损初步稳定，其磨损量与时间成正比，随时间的增长而缓慢增多。
剧烈磨损阶段：出现在摩擦副的后期运动阶段，由于摩擦条件发生了很大的变化，比如金属自身的组织条件发生变化或者是温度在短期内迅速升高，这样直接加剧的了材料磨损的速度，此时机械效率降低，精度下降，机体出现非正常的噪音或者是振动，最终导致零件完全失效。
2金属材料磨损的利弊
总的来说磨损的坏处远远大于好处，金属材料磨损的好处主要体现在“研磨”，这种磨损可以使零件表面的粗糙度降低，使刀刃变得锋利，又如大部分机动型摩托车的发动机也必须在一段磨合时期过后，发动机的马力才能发挥到最大。
实际上，不同金属材料副表面之间的相互摩擦和相互运动时无法避免的，其危害主要有以下几个方面：第一就是破坏材料的美观度，材料在磨损过后直接发生了物体形变，变得扭曲，其美观度下降；第二就是加速材料的腐蚀，磨损后残留的大量碎屑如果尚未及时清除会与金属发生一系列的化学反应进而加快材料的腐蚀；第三就是影响成品的质量，即成品的尺寸精度和表面质量等；第四就是耗费了大量的材料，增大了成品的成本，浪费了国家资源，原本可用的材料在经过磨损后大大降低了其可用性；第五就是减少机器的使用寿命，降低其安全可靠性，很多机器在剧烈磨损后报废，影响了工业的正常运行，严重的还会导致意外事故的发生，影响人身安全，造成巨大的经济损失。
3金属材料磨损失效的主要形式
3.1磨粒磨损失效
由于金属的磨粒磨损导致金属材料的相应性能失效，这是材料磨损失效的普遍形式。磨粒沿着一个固体表面相对运动产生磨损，当磨粒运动方向与固体表面平行时，磨粒与表面接触处的应力较低，固体表面将会留下擦伤及微小的犁沟印迹；当磨粒运动方向与固体表面处于垂直状态时，这时将会产生高应力碰撞，在固体表面会留下深深的沟槽。
3.2疲劳磨损失效
由于金属材料的摩擦副表面在相对滑动时一般会忽视周期负荷的作用，长此以往的工作势必会让接触应力加大，当这一接触应力过大时，则会使得金属材料发生巨大形变，金属材料功能由此失效。可见疲劳磨损失效是一种长期的不正当负荷导致的失效，有着很大的安全隐患，会造成金属材料变形或者使金属表面出现裂痕。
3.3黏着磨损失效
由于黏着磨损导致金属性能失效，当摩擦副接触时，接触首先发生在少数几个独立的微凸体上，所以在一定方向的载荷作用下，微凸体的局部压力就可能超过材料的屈服压力而发生塑性形变，继而使两摩擦表面产生粘着，在相对滑动的过程中，如果粘着点发生在界面，则磨损轻微；要是在界面以下，则会形成游离磨粒，这两种作用会是接触面温度迅速上升，导致金属局部融化，而当冷却后，接触面就会固相焊接，再一次的金属表面滑动时，切向力会断开黏接点，金属磨屑产生。
3.4微动磨损失效
微动磨损是指在互相压紧的金属表面间由于小振幅产生的一种复合形式的磨损，大部分的机器中，容易产生磨损的要属相对滑动的金属材料，相对固定的金属材料则会产生相对轻微的磨损，被氧化的磨屑在磨损过程中起着磨粒作用，使摩擦表面形成麻点，这些麻点是应力集中的跟云，也是零件受动载失效的根源，透过磨屑的颜色可以判断是不是属于微动磨损，铁屑为红色，则振动时会引起微动磨损。
3.5腐蚀磨损失效
金属在工作的过程中受与外界空气和水汽的接触，化学性质相对活泼的金属则极易与其发生反应，这一过程会难以避免的产生大量的磨损物，而磨损物又与会继续腐蚀材料，产生一连贯的金属失效现象。
4金属材料磨损的防护方法
4.1提高金属本身的耐磨型
利用机械方法让金属表面层发生塑性形变，从而形成高硬度、高强的硬化层，或者利用固态相变，通过快速加热的手段对零件表层进行激光淬火、感应淬火、火焰淬火等，这样可以提高材料的抗疲劳性和耐磨型，另外，还可以使用外来元素的固态扩散渗入，从而将金属表面的成分发生根本性质的变化，具体措施如：利用工件表层金属的重新融化和凝固，在融化后参入合金材料后再冷凝从而加大硬度，进而增强耐磨性，还有离子注入、电镀等。
4.2改善机械工作的环境
机器工作的环境直接影响着金属的磨损程度，所以必须改善机器运行的工作条件，优化设备运行结构，适当合理地控制好机械运行时间，及时清除金属磨损的碎屑物；在不同的工作环境中，应该选择不同抗磨损性质的材料，提高材料使用的针对性，因为在抗磨性质相差悬殊的情况下势必会导致一方材料的迅速磨损，其相对磨损程度的加大，因此，相对性质的金属材料在相对运动的过程中不易被磨损。
4.3定期维修保养金属材料
除了上述措施后，还应该对机器零件定时维修保养，对磨损程度大的材料进行更换，以此提高整体金属材料的使用期限，提高机械设备的可靠性安全性。
5结语
总之，金属材料磨损不可避免，但是必须采取针对性的措施来增强金属的抗磨性和使用寿命，才能防止重大经济损失的出现，提高能源的可持续性发展。
参考文献
金属材料的失效分析篇5
关键词：金属结构；防火材料；应用现状
在经济飞速发展和科学技术不断提升的今天，建筑行业如雨后春笋般拔地而起。在建筑金属结构中越来越引起重视的一个问题就是防火，这不仅关系着建筑行业未来发展情况，还直接决定着人们日常生活中生命安全能否得以保障。许多建筑工程被迫中止，其中的一个关键原因就是管理者防火意识淡薄和防火材料质量不过关。因此，在建筑施工过程中一定要选用科学合理的防火材料，保障建筑物的消防安全。
1建筑金属结构中防火材料的应用现状
建筑金属结构中防火材料的类型很多，功能也各种各样，对现代建筑物的安全性能起决定作用。在如今比较常见的防火材料主要有：防火板、防火玻璃、防火涂料、防火门等。文章就具体介绍了防火板和防火玻璃在建筑金属结构中的应用现状。
1.1防火板
防火板是目前市场上最常见的防火材料之一，主要分为两种：高压装饰耐火板和玻镁防火板。两种防火板的共同特点就是防火、耐磨、耐油、耐高温。玻镁防火板更是能耐住1500度的高温，深受广大使用者的喜爱。防火板主要用在建筑物的通道口、楼梯井和走廊等处，在火灾发生时，确保疏散人员能够安全撤离，并能够有效控制火势蔓延。因此，防火板在新型防火建筑金属结构中的发展空间还是很大的。
1.2防火玻璃
防火玻璃的防火作用主要表现在能够有效控制火势的继续扩大，达到尽量减少损失的目的。一般在图书馆、金融保险资料库、珠宝库和公共建筑处安装防火玻璃，这样就能阻止火势继续蔓延，最大限度减少造成的经济损失。此外，防火玻璃还具有耐热、耐压、隔音和透光性好等性能，既能满足如今使用者的日常需求，又能起到防火作用，可谓一举两得。
2建筑金属结构中防火材料的应用
如今的建筑防火材料很多，但是如何选择科学、合理、安全的防火材料是选购者必须引起重视的一个问题。防火材料选购者一定要掌握各种建筑金属结构中防火材料的性质和用途，达到保证施工人员生命安全的目的，最大限度降低火灾发生机率。下文就仔细分析了建筑金属结构中几种常见防火材料的应用。
2.1复合高分子防火材料的应用
2.1.1新型天然阻燃液
纯天然开发的新型阻燃液已经被广大建筑行业所接受。首先我们从ZpY天然纤阻燃液的性能说起。它一种无味、无色、无腐蚀性、无毒的天然阻燃液。一旦经ZpY阻燃液的效果处理，所有木制品、棉麻织物、纸张、金属板材、复和金属材料及其他一些植物纤维都会产生显著的阻燃性能。ZpY天然纤阻燃液它自身的性能是不可燃性，假如遇火也不会燃烧，只会出现局部碳化。此性能被很好的利用于消防事业，能够有效防止火势蔓延，提高安全性。
2.1.2石膏
石膏作为新型防火材料，有许多优秀的防火特性。石膏材料质地轻，便于安放。石膏强度较低，有良好的隔热性能。因为硬化过后分子空隙放大，起到了很好的保温、吸声、耐火效用。现在许多石膏板材都是以无机质石膏材料为主要建筑材料。石膏相较其他防火材料，能够迅速凝结硬化，硬化后形成的二水石膏可以脱出结晶水吸收热量，有效阻止火苗扩大。因此，由于石膏防火性强，很多高层建筑的吊顶和墙体均采用石膏这种高效能新型防火材料。
2.1.3新型金属板材和复合金属板材
建筑工程所采用的夹芯板就是金属板材，两面都由极薄的金属板构成。夹心材料必须由保温、低强度，高刚度的金属板材保证，才能起到耐火作用。复合金属板材主要有以下几种，铝合金复合金属板材、岩棉夹心吸声板、聚苯乙烯复合板等。金属板材按照一定的工艺和制作要求，生产出燃性较好的金属板材。一般应用于低层建筑的屋顶、墙面、阻隔版，建筑厂房和宿舍区的材料也通常用金属材料制成，既节约了建筑成本，有起到很好的耐火防火作用，尤其是在危险较高的工程地上。
2.1.4高分子纤维水泥板材
高分子纤维水泥板材是以水泥为主的基本材料和粘合剂，玻璃纤维和石棉为辅的增强材料。其质量轻、厚度小、抗压性和冲击性好、不容易受环境和温度因素影响。另外，它的难燃性、可加工性、耐高温性等特点是决定它作为墙体和复合墙体的首要条件。石棉水泥平板、GRC板、tK板、水泥木屑板、不燃埃特板等都是常用的高分子纤维水泥板材。
2.2新型轻质无机防火材料
2.2.1玻璃棉
玻璃是现今出现得最早的绝热性好，容重轻的优良保温隔热防火材料。玻璃棉主要由蜡石、石英砂、白云石等天然矿石制作而成的纤维状材料。它的隔冷、吸声性通常用于建筑工程。市场上的玻璃棉保温管、玻璃棉板、玻璃棉毯等都是由玻璃棉加工成的保温制品。
2.2.2矿渣棉与岩棉
矿渣棉是由冶金炉中的矿渣所熔化形成的絮状棉，具有导热性低、不燃等特点。一些建筑保温材料是以其基材加工提炼而成。岩棉是天然岩石经过高温熔化而成，许多防火构件、隔热板的原材料就是采用岩棉制成。岩棉一旦遇到高温会收缩、熔点较高，在建筑材料中能够用作高效防火设备，缓解灾情。岩棉本身经过燃烧后不会散发有毒气体，因此被国家征用为a级防火材料。
2.2.3混凝土板材和砌块加气
混凝土是我国建筑施工的重点，受到越来越多的推广。加气混凝土是在混凝土的基础上加入大量含钙、含硅物质、发气剂加工制成。砌块和调板是它的主要制品，可承受性极强，用于建筑物砌墙结构材料。加气混凝土在建筑金属结构中的应用既保证了建筑结构稳定性，又加强了安全性。
3建筑金属结构中防火材料应用的前景展望
当今影响人们健康生活的一个关键问题就是环境，所以建筑材料的选购一定要符合环境指标，材料中化学物的成分一定要严格控制在一定范围内。尤其是在人们防火意识逐渐增强的今天，对防火材料的选购和使用时，要充分考虑到其环保性和安全性，为人们日后的健康生活打下基础。因此，当今建筑金属结构中防火材料正在朝环保化、文明化的方向发展，绿色建筑材料发展成为了当今建筑业的龙头产业。
4结束语
通过以上的分析可得知：建筑金属结构中防火材料的应用不但对保证建筑物质量和安全起巨大作用，而且为人们的生命和财产安全提供了可靠保障。但是，随着如今人们对建筑金属结构中防火材料要求的升高，不但防火材料要具备较好防火作用，还需要具有一定装饰作用，给人带来视觉享受。因此，对建筑金属结构中防火材料的研发和创新势在必行。
参考文献
[1]雷祥勇.浅析新型建筑防火材料的应用[J].科技与企业，2013，2：305.
[2]杨丽萍.浅析新型建筑防火材料的应用[J].黑龙江科技信息，2013，13：162.
金属材料的失效分析篇6
【关键词】静电损伤过电应力电迁移失效机理失效分析
随着现代社会科技化程度的不断提高,电子器件的使用范围不断扩大,电子器件在我们的生活和工作中随处可见。由于电子器件应用范围的广泛,电子器件的失效现象也是多种多样,随处可见。电应力失效作为电子器件失效的重要方面,电气器件电应力失效的分析与研究,对电子器件的生产、使用和研发等具有深远的意义。
1电应力的失效现象特征
(1)电应力失效是指由于使用了超出或违背了器件规范规定的电压和电流的电应力,造成封装器件的失效。电应力失效的主要表现形式有:eSD静电损伤、eoS过电损伤、电迁移。
(2)静电(eSD)损伤的主要特征有:晶格熔化或金属与硅共熔,使p-n结受损短路;氧化层汽化产生空洞使器件短路、开路;金属联线挥发造成器件之间短路、开路。
过电应力(eoS)失效的主要特征:在失效分析的实践中,过电应力损伤还经常指有明显可见熔蚀痕迹的损伤,特别是封装材料有碳化现象:一般表现为键合丝熔断,造成开路;芯片表面金属布线熔融蒸发,造成开路、短路或漏电;硅材料熔融蒸发键合丝的熔断可以发生在任何管脚上。
(3)电迁移主要失效特征:银离子爬升呈树枝状晶或絮状晶,造成晶圆短路或漏电;当元器件工作时,金属互联线的铝条内有一定强度的电流通过,在电流的作用下,金属离子沿导体移动,产生质量的传输,导致到体内某些部位产生空洞或晶须(小丘),造成开路或漏电。
2失效机理特征
2.1eSD
(1)eSD产生的模式:1)人体模式:静电放电的人体模式(HumanBodymodel),简称HBm。主要是人体静电放电对敏感电子器件产生的作用,导致封装器件的失效;2)机器模式:机器模式(machinemodel),简称mm。主要是导体带静电后对器件产生的作用,导致封装器件的失效。比如在自动装配线上的元器件遭受到带电金属物件对器件产生的静电放电,或者是带电的工具、测试夹具等对元器件的作用;3)带电器件模式:带电器件模式(ChargedDevicemodel),简称CDm。主要用于描述带电器件发生的静电放电现象。
(2)调查待检样品的失效背景,包括使用环境、使用时间、材料选择、发生失效时的情况等,与eSD失效机理的特征进行比对,eSD失效机理的特征包括但不限于以下情况:(a)eSD应能符合eSD失效机理的综合特征;(b)检材的电性检测可能发现失效(包括短路、开路、漏电);(c)检材的功能检测发现失效;(d)检材的声扫检测可能出现分层;(e)检材的X-RaY检测可能出现引线断裂;(f)开封检测发现晶圆表面有电击穿现象:格熔化或金属与硅共熔、氧化层汽化产生空洞。
2.2eoS
调查待检样品的失效背景,包括使用环境、使用时间、材料选择、发生失效时的情况等,与eoS失效机理的特征进行比对,eoS失效机理的特征包括但不限于以下情况:(1)eoS应能符合eoS失效机理的综合特征;(2)检材外观检测可能有过电焦黄现象;(3)检材的电性检测发现失效(包括短路、开路、漏电);(4)检材的功能检测发现失效;(5)检材的声扫检测可能出现分层;(6)检材的X-RaY检测可能出现引线断裂、焊料空洞、晶圆裂纹;(7)开封检测发现晶圆表面有过电熔痕现象:栅极开路、晶圆裂纹;芯片内部有烧结现象;晶圆表面有碳化现象;引线有熔断等现象。
2.3电迁移
(1)电迁移通常是指在电场的作用下导电离子运动造成元件或电路失效的现象。分别为发生在相邻导体表面的如常见的银离子迁移和发生在金属导体内部的金属化电子迁移。
(2)调查待检样品的失效背景,包括使用环境、使用时间、材料选择、发生失效时的情况等,与电迁移失效机理的特征进行比对,电迁移失效机理的特征包括但不限于以下情况:1)电迁移应能符合电迁移失效机理的综合特征,检材曾在高温高湿等环境下使用后再出现失效;2)检材是在使用一段时间(数月)以后才逐步出现较高的失效率;3)待检样品的失效现象在干燥环境下可能会出现暂时消失的情况,在湿热情况下可能又会重新出现;4)检材的电性检测发现失效(包括短路、开路、漏电);5)检材的功能检测发现失效;6)检材的X-RaY检测可能出现引线断裂;7)开封检测发现晶圆表面有腐蚀痕迹:晶圆表面或引线有空洞;晶圆表面有树枝状晶,晶圆表面有腐蚀痕迹。
3分析步骤
3.1检验原则
(1)应综合了解检材背景、使用环境温湿度、使用时间长短、是否有过应力等,与失效现象特征作比较;(2)电学验证失效现象;(3)先做非破坏性试验,再做破坏性试验;(4)先做失效隔离定位,再做物理验证,并与良品比对;(5)模拟验证确认失效现象,此项适当时采用。
3.2失效点电学定位
综合运用电性测量分析检验方法对检材进行失效点定位。
电性能分析方法包括:元器件的功能、参数、引线间特性和结特性的测试。
电学定位失效点:用伏安特性曲线仪、探针台等电性能测量仪器对样品的失效部位进行分段隔离定位,找出导致样品电性能异常的物理失效点。
根据电路原理图分析分别列出可能导致失效的多个失效点,对目标失效电路进行伏安特性测量,发现目标失效电路的电流电压曲线(i-VCurve)呈现过X轴的直线或电阻值无穷大则可能为开路(高阻)失效所致,若发现目标失效电路的电流电压曲线(i-UCurve)呈现过原点的跨第一第三象限的直线、电阻值为零或大大低于原有阻值则可能为短路或漏电失效所致。由此种方法找到失效位置点。
对良品与不良品失效位置进行伏安特性测量,若发现良品同一位置伏安特性为正常的设定值,可以确认出现的原因为失效点间电路异常(断路、短路、漏电)所致。
(1)根据检材的特性及失效现象,分段隔离失效部位,综合查证检材的电学失效点。
(2)如有标准样本的,通过检材与标准样本的电学特性的比较检验,综合评断检材与标准样本电学特性的异同。
(3)有些失效现象与环境条件有关,因此要根据分析对象的实际情况可选择温度循环、振动或冲击、湿热等试验,再现和观察失效现象。
(4)失效点应先用无损的方式进行定位,运用前述的电性测量分析检验方法对检材进行失效点定位。
3.3失效点电学验证
选用适当的检验方法,对失效点进行电学验证。可测量失效点部位检材与标准样品的电流电压曲线情况,进行对比分析。
金属材料的失效分析篇7
摘要:
以二乙烯基苯和聚硅氧烷为原料经先驱体转化法制备Si-o-C材料，利用镁金属在惰性气氛保护下高温还原制备多孔的Si/Si-o-C负极材料。利用X射线衍射、能谱分析、元素分析和场发射扫描电镜分析多孔Si/Si-o-C负极材料的组成、结构、形貌，从而研究利用镁金属化学还原法制备多孔Si/Si-o-C负极材料的机理。结果表明，镁金属在还原过程中生成mgo和mg2Sio4等产物，经HCl洗涤后可形成多孔的Si/Si-o-C负极材料。Si/Si-o-C材料中的单质硅分布于多孔的Si-o-C相中，一定程度上可缓解Si在循环过程中产生的体积效应。利用镁金属还原Si-o-C材料制备多孔Si/Si-o-C材料是一种可行的制备方法。
关键词:
Si/Si-o-C负极材料;镁金属;还原;机理
碳素类材料因具有低且平稳的工作电压、良好的循环性能和高安全性等优点而成为目前商业化锂离子电池中最常用的负极材料［1－2］。然而石墨类碳材料的理论比容量仅为372mah·g－1，因此，为满足锂离子电池高比能量和高比功率的要求，需要探索新型的负极材料［3－5］。硅材料是已知其他材料中具有最高比容量(4200mah·g－1)的新型负极材料，但是在锂离子嵌入后体积膨胀(360%～400%)，结构容易坍塌，从集流体上脱落从而导致较大的不可逆容量［6－7］。针对这一问题，国内外学者开展了大量的研究，如纳米化［8－11］、薄膜化［12－16］、复合化［17－21］等。在上述的解决办法中，通过高温裂解先驱体制备含硅的硅氧碳化物Si-o-C复合负极材料是一条行之有效的方法，在这一方面已进行了大量的研究工作，发现Si-o-C复合负极材料具有较高的可逆容量和较好的循环性能［22－26］。通过改变先驱体的组成和结构，或者通过一定工艺条件可控制Si-o-C复合负极材料中生成单质硅，即制备出Si/Si-o-C负极材料［23－24］。这种材料既具有硅材料容量高的优点，又具有Si-o-C负极材料循环性能好的特点，因此是一种潜在的锂离子电池负极材料。但是，目前国内外对于Si/Si-o-C负极材料方面的研究报道较少。
1实验
1．1Si/Si-o-C负极材料的制备将二乙烯基苯(99．9%，上海博景化工有限公司)和聚硅氧烷(工业纯，江西星火化工厂)按照质量比1∶1混合，加入质量分数为1×106的氯铂酸(99.999%，alfaaesar)后在空气中交联24h，然后在氢气气氛下(200ml·min－1)以4℃/min升温速率升至800℃后保温1h，得到含有一定自由碳的Si-o-C材料。将Si-o-C材料在马弗炉中于800℃下氧化处理一定时间以除去自由碳，然后在手套箱中(氩气气氛)将过量的金属mg(99.8%，alfaaesar)和Si-o-C材料装入方形密闭的钢材料模具中，置于马弗炉中以10℃·min－1的升温速率升至900℃后保温2h，冷却至室温后，将所得材料用盐酸处理得到Si/Si-o-C负极材料。
1．2Si/Si-o-C负极极片的制备按质量比80∶10∶10依次称取Si/Si-o-C材料、聚偏氟乙烯(polyVinyliDeneFluoride，pVDF)黏结剂和导电乙炔炭黑，将pVDF黏结剂溶于氮甲基吡咯烷酮中配成溶液，将溶液、Si/Si-o-C材料和乙炔炭黑在玛瑙罐中球磨1h后得到电极浆料。然后用刮涂器将电极浆料均匀刮涂于铜箔上，在110℃真空烘箱中干燥12h制成电池极片。用打孔器将极片裁成直径20mm的圆片，精确称量，于110℃烘箱中烘干备用。
1．3测试与表征采用电感耦合等离子体原子发射光谱法测试样品中硅元素的含量;采用C/S仪器测定样品中碳元素，在高温氧气气氛中灼烧样品，对产生的Co2进行定量分析;采用tC－436型n/o分析仪测定样品中的氧，将氧转化成二氧化碳，通过分析Co2的量计算原料中氧含量;采用日本HitaCHiS4800场发射扫描电镜观察样品形貌，样品表面镀金，加速电压为20kV，能谱仪分析样品表面不镀金;采用德国BrukerD8advancedX射线衍射仪，以Cu靶Kα射线为光源进行样品X射线衍射(X-RayDiffraction，XRD)分析，2θ为10°～70°;以Si/Si-o-C极片为工作电极，金属锂为对电极，采用LanDCt2001a型多通道充放电测试仪测试材料电化学性能，电压范围0～3V，电流密度18.6ma·g－1，测试温度25℃。
2结果与讨论
2．1多孔Si/Si-o-C的电化学性能图1是多孔Si/Si-o-C负极材料的充放电曲线。其中，测试电流密度18.6ma·g－1。由于模拟电池以锂片为对电极，放电曲线对应于锂离子和Si/Si-o-C复合负极材料合金化过程，放电容量对应锂离子合金化的容量;充电曲线对应于锂离子脱出过程，充电容量对应可逆脱出的锂离子的容量。放电容量和充电容量的差值则对应了锂离子的损失，即锂离子反应的不可逆容量。从图1可以看出，多孔Si/Si-o-C负极材料的首次和第二次放电容量分别为547.2mah·g－1，487.4mah·g－1，首次和第二次充电容量分别为450.7mah·g－1，422.9mah·g－1，首次和第二次的库伦效率分别为82.3%，86.8%，多孔Si/Si-o-C负极材料具有较高的库伦效率。根据后续组成与结构分析，Si/Si-o-C材料由Si-o-C结构、单质Si以及少量的mg2Sio4等组成，结合相关文献［25－26］，Si/Si-o-C材料的可逆容量应该与Si-o-C结构和单质Si相关，而不可逆容量可能来自Si-o-C体系中o的贡献。图2是多孔Si/Si-o-C负极材料的循环性能曲线。从图2可以看出，在首次循环中，Si/Si-o-C复合材料的嵌锂容量为547.2mah·g－1，首次可逆容量为450.7mah·g－1。从第三个循环开始，多孔Si/Si-o-C负极材料的可逆容量稳定在400mah·g－1左右，其库伦效率在94%左右，材料具有较好的循环性能，后续的研究表明这与Si/Si-o-C负极材料的结构密不可分，即单质硅分布于多孔的Si-o-C相中，一定程度上可缓解Si在循环过程中产生的体积效应。
2．2多孔Si/Si-o-C负极材料的组成、结构与形貌为研究多孔Si/Si-o-C负极材料形成机理，采用XRD，eDX和Fe-Sem对材料及中间产物组成、结构、形貌进行分析。图3是Si-o-C材料、镁金属还原后Si-o-C材料和Si/Si-o-C负极材料的XRD谱图。从图3可以看出，Si-o-C材料为无定型的结构。经镁金属还原后，产物在2θ为28.4°，47.3°和56.1°处出现了分别对应于(111)、(220)和(311)面的Si的衍射峰，在2θ为36.9°，42.9°和62.3°处出现了对应于mgo的衍射峰，在2θ为22.9°，25.5°，29.7°，32.4°，36.5°，39.7°，52.6°和56.1°处出现了对应于mg2Sio4的衍射峰，表明材料中除生成单质Si外，还生成mgo和mg2Sio4等。将还原产物用HCl洗涤后，其XRD谱图对应于单质Si的衍射峰依旧存在，而对应于mgo的衍射峰已经完全消失，对应于mg2Sio4的衍射峰大部分消失或者减弱。这是因为mgo和mg2Sio4与HCl反应发生了如式(1)、式(2)所示的反应，材料中镁金属的含量大大减少，后续eDX分析证明了这一反应。mgo+2HClmgCl2+H2o(1)mg2Sio4+4HCl2mgCl2+Sio2+2H2o(2)为进一步表征材料的组成，采用化学分析和eDX方法对Si-o-C材料、镁金属还原后Si-o-C材料和Si/Si-o-C负极材料进行测试。表1是Si-o-C材料及其空气中氧化后产物的元素含量，图4是镁金属还原后Si-o-C材料和Si/Si-o-C负极材料的eDX图。从表1和图4可以看出，Si-o-C材料中的碳含量较高，根据前述研究［22，25］，材料中碳部分以自由碳形式存在，部分以Si-o-C结构存在。将Si-o-C材料于800℃下氧化处理一定时间后，以自由碳形式存在的碳元素被氧化除掉，碳含量大大降低，氧元素和硅元素的含量增加。将氧化后的Si-o-C材料采用金属镁还原后，材料中的镁含量占29.26%，而其他三种元素的含量均有所下降。与还原产物相比，Si/Si-o-C材料中的镁元素含量大大降低，仅为3.34%，而硅元素含量则几乎是原来的2倍。图5是Si-o-C材料、镁金属还原后Si-o-C材料和Si/Si-o-C负极材料的Sem图。从图5(a)可以看出，Si-o-C材料为致密、粒径较大块体，这是因为二乙烯基苯和聚硅氧烷经过交联后形成空间网络结构，交联产物在高温热分解过程中从高分子逐渐转变为无机物，且体积不断收缩，从而形成致密、尺寸较大块体［25－26］。与Si-o-C材料相比，Si-o-C材料在800℃下氧化处理后由镁金属还原所得产物的粒径尺寸大大减小，且致密程度有所降低，如图5(b)所示。将还原产物利用HCl洗涤后得Si/Si-o-C材料，如图5(c)所示，其大块颗粒的表面形成大量孔洞，其颗粒尺寸在50nm～100nm之间，这是因为还原产物mgo和mg2Sio4与HCl反应生成可溶性mgCl2所致。
2．3多孔Si/Si-o-C负极材料生成过程综合前述分析，多孔Si/Si-o-C负极材料的生成过程如图6所示，可分为如下3个步骤。步骤1:二乙烯基苯和聚硅氧烷在催化剂氯箔酸作用下形成交联网络结构，如图6中的②所示;这一交联网络结构在氢气气氛下逐渐完成从有机物向无机物的转变，形成粒径大小不一、含有大量自由碳的块体，如图6中的③所示。步骤3:将还原后产物经HCl溶液处理后，材料中mgo完全与HCl反应生成可溶的mgCl2，大部分mg2Sio4与HCl反应生成可溶的mgCl2，材料中形成大量孔洞，如图6中的⑤所示。同时，材料中生成了一定数量单质硅，碳元素主要以Si-o-C结构存在，氧元素除以Si-o-C结构存在外，一小部分以mg2Sio4形式存在。结合前述的电化学性能分析，这种多孔的Si/Si-o-C材料预计可兼具硅材料容量高和Si-o-C负极材料循环性能好的优点。
3结论
金属材料的失效分析篇8
关键词：掉齿；过载折断；波纹状变形；渗碳淬火
1.引言
某重工企业生产的wK-27m3电铲，2012年4月服役于包钢巴润矿，于2012年12月10日因声音异常，拆箱检查发现推压二轴齿轮掉齿，导致产品失效。推压二轴材质为20Crni2mo。主要生产工序为粗车Ut调质半精车磨轴颈滚齿倒角渗碳淬火、回火精车磨轴颈磨齿滚花键钳工入库。
2.试验分析
2.1宏观试验分析
推压二轴轮齿数为16，一齿整齿断裂，其余15齿均未开裂。断裂起源于齿根圆角处，穿过渗碳层，扩展横过韧的心部截面，在另一侧齿根圆角处附近显露出来，呈撕裂状一次性脆性断裂，属典型过载断口。齿顶和齿根附近齿面出现典型的波纹状变形，变形方向垂直轮齿的滑动方向，波纹状变形区域长度接近全齿长，宽度约7mm。锻件横截面酸浸结果为：一般疏松2.0级，中心疏松1.5级，区域偏析2.0级，有明显枝晶偏析，属合格，
2.2化学成分分析
2.3微观试验分析
2.3.1推压二轴锻件按GB/t10561-2005评定，纯净度合格。组织为铁素体+贝氏体+珠光体，属正常。
2.3.2断齿金相检验
断齿检测结果
1.节圆组织5级针状马氏体，40%残留奥氏体
2.齿根组织回火索氏体
3.碳化物
4.心部组织4级低碳马氏体+较多量游离铁素体
5.节圆有效硬化层1.698mm
6.齿根有效硬化层无有效硬化层
7.表面脱碳层0.35mm
8.表面碳含量
9.表面硬度节圆HRC：54.30齿根HRC：42.17
试验结果表明渗碳淬火质量严重欠佳，
3.讨论与分析
3.1推压二轴化学成分符合20Crni2mo材质要求。锻件纯净度、致密度合格。组织状态正常。轮齿部位马氏体及残留奥氏体组织超级，渗碳层脱碳或贫碳，直接导致有效硬化层没有或不足、表面硬度不足，这些特征均说明渗碳及淬火质量问题严重，将直接降低轮齿的抗弯强度及表面接触强度。
3.3推压二轴断齿起源于齿根过渡圆角处，呈典型一次性过载折断。齿面典型的波纹状塑性变形，显示齿轮金属过软，因为轮齿的塑性变形总是齿轮接触区域承载的应力超过金属屈服极限的结果。
综合分析认为，推压二轴齿轮一次性过载折断失效的主要原因是齿轮材料渗碳淬火方面有问题和过应力两者共同作用产生的。
4.结论
4.1推压二轴化学成分合格，锻件合格，基体组织正常，轮齿渗碳淬火问题严重。
4.2推压二轴断齿起源于齿根圆角处，呈典型一次性过载折断。断齿原因为齿轮材料渗碳淬火问题严重和过应力两者共同作用产生的。（作者单位：太原重工理化检定中心）
参考文献
[1]大型铸锻件行业协会，大型铸锻件缺陷分析图谱编委会.大型铸锻件缺陷分析图谱[m].机械工业出版社.
金属材料的失效分析篇9
[关键词]化工设备；腐蚀；防护
中图分类号：tQ053.2文献标识码：a文章编号：1009-914X（2014）30-0168-01
在循环的机械的腐蚀作用下，金属材料会受到一些腐蚀的情况，这是伴随着腐蚀现象产生的腐蚀活动。腐蚀不仅给金属及合金材料造成巨大损失，影响设备的使用寿命，而且使设备的检修周期缩短，增加辅助时间和维修费用。腐蚀还会使设备及管道的跑、冒、滴、漏机会增加，造成原料及成品的损失，从而影响产品质量，污染环境。因腐蚀引起的设备爆炸、火灾等事故造成的损失更大。因此，了解化工设备腐蚀的规律性，有助于正确选择结构材料，采取相应有效的防腐蚀措施。分析设备腐蚀原因并对其在运行过程中出现的问题做出了正确的判断，对提高化工设备的安全性、经济性有着重要的意义。
1化工设备腐蚀的原因
1.1腐蚀破坏的原因
（1）化工生产中存在着许多具有一定腐蚀性的介质，如酸、碱、盐、水、氧等，这是产生腐蚀的主要原因之一。
（2）操作中的超温、超压，设备管理不完善，思想不重视，也是产生腐蚀破坏的原因之一。
（3）设备结构设计不合理，选材不当，制造加工质量不高，焊接残余应力的存在，缺乏防腐措施或施工质量低劣等，都为腐蚀破坏提供了环境。
1.2腐蚀破坏的内在因素
（1）不同的金属对于不同的介质具有不同的抗腐蚀能力。
（2）金属的晶粒越粗，腐蚀越快。反之，则越慢如不锈钢比铸铁的耐腐蚀性能高。
（3）零部件的表面越粗糙，越易腐蚀。表面有氧化膜则耐腐蚀。
（4）设备结构的形状突变处，如开口、缝隙或死角等位置，金属腐蚀较快。
1.3腐蚀破坏的外在因素
（1）介质的种类、化学成分、浓度、pH值、杂质、水分和含氧景是造成腐蚀的外在原因。
（2）介质的温度越高，压力越高，腐蚀越快，因为腐蚀是一种化学反应，每升温10℃，腐蚀速度增加1～3倍。温度升高，扩散速度增大，同时电解液电阻下蚀降，所以使腐蚀电池的反应加快。
（3）介质流动速度愈快，愈易腐蚀，它会冲刷保护膜，产生旋涡、湍流、空泡，引起严重的冲击磨损和空泡腐蚀。
（4）零部件受外力或残余应力愈大，腐蚀越快。
2化工设备防腐的方法
2.1材料的合理选用
耐腐蚀材料包括金属材料和非金属材料。非金属材料多用作黑色金属的防腐措施。耐腐蚀金属材料的选择原则为：a）必须考虑介质的性质、温度和压力；b）必须考虑设备的类型与结构；c）必须考虑产品的要求；d）必须考虑材料的价格与生产厂家
2.2设备结构的考虑
进行结构设计时应尽量设法使局部应力和热应力降低，避免存在高应力区。在设计焊接零件时应遵守等厚度或逐渐过渡原则。结构设计还应防止腐蚀介质的停滞、热负荷分配的不均匀、蒸汽的冷凝和腐蚀产物的积存。在安装时应注意设备的防震设施，以防止交变应力引起的腐蚀疲劳。
2.3环境处理的方法
环境处理的方法就是使环境在不影响工艺的范围内变化从而降低腐蚀性。
2.3.1除去环境中腐蚀性物质的方法
（1）.除去水分为防止室内大气的腐蚀，有效的方法是依靠大气的除湿使金属表面经常保持在露点以上，对装置内部的腐蚀、将水分控制在一定指标以下。比如在输送二氧化碳、硫化氢、氯化物等介质时，前置脱水装置。
（2）.脱除溶解在水中的氧为防止中性水所引起的碳钢腐蚀，最有效的办法可采用机械脱气法或添加脱氧剂（如联氨、亚硫酸钠等）。
（3）.脱除其他有害成分在某些工艺炼制过程中，为避免产生腐蚀性的酸性气体，可前置脱盐装置等。
2.3.2在环境中添加具有防腐蚀作用的成分方法
（1）.添加防腐蚀剂在腐蚀环境中少量添加缓蚀剂，在金属表面形成保护膜，能显著抑制金属腐蚀的速度取得一定防腐蚀效果。如加入铬酸盐、钼酸盐、亚硝酸盐可在金属表面形成氧化膜，加入聚合磷酸盐、磷酸盐、锌盐、硫基苯并噻唑、苯并三唑可使金属表面形成沉淀保护膜。加入胺类表面活性剂可使金属表面形成吸附保护膜等。但是在使用这类缓蚀剂时，添加的浓度要求十分严格
（2）.添加钝化剂如不锈钢、钛合金等，对于盐酸、硫酸之类的非氧化性酸，耐腐蚀性差，可通过添加氧和铬酸、硝酸、Fe3+、Cu2+等少量氧化剂，可明显减少腐蚀。
（3）.添加中和剂
通过添加中和剂的方法调整pH值、氢氧化钠、碳酸钠、氨等可有效地避免酸性腐蚀，但使用方法要妥当，以避免产生碱性脆化及其他材料劣化。
2.4表面涂层的方法
2.4.1涂漆在设备表面涂漆是最常见、直观的一种防腐蚀方法，目前使用的防腐漆料大多为油料涂漆。如邻苯二甲酸树脂、酚醛树脂、环氧树脂等。为了能达到良好的防腐目的，除了对漆膜的漆刷能力、防锈能力、机械性质、漆膜的老化等有着严格要求外，还得对涂漆对象的材质、形状、表面状态、施工环境及使用条件等有着充分的了解。
2.4.2金属覆盖层
用耐腐蚀性好的金属覆盖结构材料表面。其一，在覆盖这层材料时一般采用塞焊及点焊衬里、带状衬里焊接（将覆盖金属切长方形焊接在母材上）、金属复合法（铸造、压延、爆炸复合、堆焊）。其二，用电位比母材低的金属覆盖表面，以其作为牺牲阳极，达到防腐效果。
2.6电防腐蚀
电防腐蚀是对金属表面的局部腐蚀电池从外部通上直流防腐蚀电流，使局部电池内的腐蚀电流消失而成为防腐状态的方法，换言之，就是借助防腐电流使金属的电位下降到其稳定区域
2.7稳定操作、科学管理
稳定的运行和科学的维护以及保养，也是切断腐蚀破坏的途径之一。
（l）操作要平稳，尽量减少压力、温度、流晕的波动，严格遵守工艺操作规程，不许超温、超压、超负荷运行。
（2）没备要定期进行大、中、小修，特别是压力容器要坚持执行“一、三、六”检修制。
（3）检修设备或大直径的管道，检修时要进入其内部，检查内表面状态和腐蚀情况。
（4）建立设备、管道的防腐蚀档案，积累设计、制造、施工安装等原始资料，收集设备的防腐蚀检查和检修记录。
总之，在实际操作中，需要我们从设计、操作、管理等方面，时时都要考虑到腐蚀的破坏。只有不断地在实践中总结经验，尤其是广泛采用防腐方面的新经验、新方法，加强对腐蚀的认识，才能逐步找到有效而又经济的防腐措施，保证化工生产的稳定和正常运行。
参考文献
[1]张宝坤，蔡克霞，高小山.化工设备腐蚀破坏原因及预防.腐蚀与防护，2001.
金属材料的失效分析篇10
关键词：综合实验周；应用型本科；工程实践能力
作者简介：章晓波（1981-），男，安徽宣城人，南京工程学院材料工程学院，副教授；巴志新（1979-），女，河南南阳人，南京工程学院材料工程学院，副教授。（江苏 南京 211167）
基金项目：本文系南京工程学院高等教育研究项目（项目编号：GY201212）、教学改革项目（项目编号：JG201332）的研究成果。
中图分类号：G642.423 文献标识码：a 文章编号：1007-0079（2014）14-0162-02
在我国高等教育体系中，不同层次的高校肩负着不同的使命，发挥着不同的作用。高水平研究型重点大学肩负着科技创新的重任，他们的历史使命在于培养具有创造精神的杰出人才，发现和发明能够深刻影响国家科学技术进步与经济发展的新理论、新思想、新技术和新方法。[1]地方普通高校则更多地是为国家培养具有工程实践能力的高素质应用型人才，改善全社会的文化结构，为推动地方经济建设和社会发展服务，搭建知识转化平台，实现高水平研究成果向产业化转移和延伸。[2]培养目标的不同也体现在实践课程设置上的差异：相对于重点大学来说，应用型普通高校更侧重学生工程实践能力的培养。为此，应用型普通高校在实践教学环节中结合专业特点设置了相应的综合实验周[3-5]，以锻炼和培养学生的工程实践能力。
南京工程学院材料学院紧紧围绕培养高素质工程技术应用型本科人才培养目标，建立了“基础实验―综合实验周―创新实践―职业资格培训”四位一体的渐进式实践能力培养模式。[6]针对材料科学与工程专业的本科生，除金工实习、电工实习、材料生产实习、材料设备及设计课程设计、毕业论文等常规实践教学外，还开设了材料信息资源检索周、金相技术分析实验周、无损检测实验周、材料热处理工程师综合能力实验周、表面工程综合实验周、失效分析综合实验周、材料工程综合实验周、材料回收综合实验周等特色综合实践课程。通过综合实验周的强化训练培养学生的实践能力、科研能力和创新能力，以满足就业市场对应用型人才的要求。
一、综合实验周的教学目标
1.材料信息资源检索周
随着信息技术的飞速发展，单纯的传授知识已经远远不能满足时代对高等教育的要求。面对信息急剧增长、知识不断更新的要求，高等教育必须转向培养大学生收集、选择、利用信息的能力，从而使大学生获得终身学习的能力。[7]开设信息资源检索周是为了使学生掌握本专业和相关专业文献的检索方法，学会常用电子资源数据库的使用方法，懂得如何获得和利用文献情报，增强学生独立查找所需信息和处理信息的能力，使其具有独立获取新知识的能力和分析、整理信息的能力。
2.金相技术分析实验周
材料的性能是由组织决定的，金相分析能力对于材料研究者的重要性可见一斑。金相技术分析实验周则给学生提供一周的时间，通过实验周使其掌握金相显微镜的光学原理、基本构造和功能；掌握金相试样的制备技术和金相组织的显示方法；掌握对影响金相显微镜影像质量的光强度、视场光栅、孔径光栅等参数的调整方法；掌握典型试样的组织观察、定性和定量分析，为本专业的学习和工作打下坚实的基础。
3.无损检测实验周
无损检测在不损害或影响被检对象使用性能的前提下对被检对象进行检测，在产品质量检验中发挥着十分重要的作用。无损检测实验周要求学生分析机械零件的服役条件及可能存在的缺陷，选择正确的无损探伤方法进行无损探伤检测，以培养学生对专业知识的综合运用能力。通过综合实验周，要求学生了解常用的无损探伤原理及方法，掌握无损探伤的主要程序和手段，培养学生分析和解决无损检测工程实际问题的能力。
4.材料热处理工程师综合能力实验周
材料热处理综合能力实践周的目的在于经过“金属材料”、“金属热处理原理及工艺”等相关课程的学习，模拟生产实际情况，使学生实际了解从事热处理相关技术工作的主要内容，了解从产品设计零件图纸到合格零件的整个工艺转化过程中涉及到的热处理方面的工艺卡片设计、工艺编制、工艺调试、试生产及过程检验与控制等工作，缩小应用型本科毕业生与具有一定生产经验的技术人员间的差距，突出地方性、应用型人才培养特点，提高学生的热处理实践技能与就业竞争力。
5.表面工程综合实验周
由于符合可持续发展、低碳经济、循环经济、建设节约型社会等多种社会发展理念，表面工程产业化在航空航天、新材料、环保、生物医学等领域得到迅速发展。[8]表面工程综合实验周开设在“材料表面工程”课结束后，要求学生根据不同的材料与性能要求选择合理工艺对材料进行相应的表面处理，并对表面处理后的试样进行检测，培养学生运用理论知识解决实际问题的能力，加深其对重要表面处理方法原理的理解，掌握表面处理方法和基本实验技能。
6.失效分析综合实验周
在“失效分析”课程结束后开设失效分析综合实验的目的是通过该实践教学环节使学生进一步掌握材料（零部件）失效分析的基本思路和方法，掌握失效分析的常用方法和原理，掌握工程零件常见的失效形式、特征及产生的原因，熟悉影响各种失效方式的因素，并能提出预防失效的措施，以适应失效分析工作的需要。
7.材料工程综合实验周
材料综合实验周要求学生利用实验室现有条件完成对材料成分的鉴别及强化方式与效果的研究，以培养学生对“材料科学基础”、“金属热处理原理及工艺”、“材料力学性能”等材料专业主干课程知识的综合运用能力。通过综合实验，要求学生掌握材料成分鉴别的主要方法及影响材料强化的主要因素，侧重材料“成分―制备工艺―组织―性能”之间关系的分析。
8.材料回收综合实验周
材料回收综合实验周要求学生掌握回收金属材料、金属氧化物、金属盐溶液和高分子材料的一般工艺过程和实验方法。比较同种材料不同回收方法的优劣，为回收对象选择合适的回收方法，设计并实施材料回收实验方案，最终得到具体的回收产物。通过对回收实验方案的设计，加深其对常用金属和高分子废弃材料各项性能及回收原理的理解，强化学生的绿色制造和环保意识，提高当代大学生材料回收及资源综合利用的理念、科技创新意识和工程实践动手能力。
二、综合实验周的组织形式和实施效果
材料信息资源检索周主要由指导教师介绍常用的中英文数据库及其特点、文献（包括期刊论文、会议论文、学位论文、文摘、专利、图书、科技报告等）检索方法。学生上机实际操作，熟悉常用中文数据库和英文数据库文献检索方法。最后为每个学生提供相应的主题或关键词，由学生上机检索，并撰写检索报告，从而评价其对信息资源检索掌握的程度。该实验周开设于大三上学期前两周，为后续专业课的学习乃至终身学习奠定了信息资源检索基础。
除材料信息资源检索周没有专业试验外，其余各综合实验周均需要学生完成相应的实验。在实验设计上，力求实验项目的工程性、内容的复合性、方法的多元性，以达到综合运用实验方法和实验手段、培养材料类应用型本科人才的目标。综合实验周的实施主要按以下流程进行：指导教师布置和讲解实验项目―学生查阅相关资料―学生制定相应的实验方案―教师参与学生实验方案的讨论、修改和完善―学生实施实验方案―学生分析、处理和总结实验结果―学生撰写实验报告―学生答辩。各个综合实验周均以学生为主体，配置2～3名指导教师，教师在整个实验周过程中起指导、督促和评价作用。
在实验项目选题时，注重知识的综合性、新颖性和实践性，遵循与科研课题相结合和与市场需求相结合的原则。[4]经过多个综合实验周的训练，大多数学生查阅文献资料的能力、实验操作能力、分析和解决问题的能力、撰写实验报告的能力均得到充分锻炼和提高，掌握了解决工程实际问题的方法，强化了对相应专业课程的理解。综合实验周的开设与实施为培养高素质材料类应用型本科人才奠定了坚实的基础。
三、综合试验周存在的问题与改进措施
尽管综合实验周经过不断地实践探索和改革取得了较好的效果，但在实践过程中还存在一些问题与不足，仍需要进一步改进。
首先，实验条件有待改善。尽管材料学院拥有较为完备的实验教学条件。然而，相对于较多的本科班级和人数以及较多的实践教学环节，包括实验场地和实验设备在内的实验条件还是显得不足。综合实验周大部分时间需要学生在实验室进行实验操作，而其他班级的课内实验会经常占用相关实验室，导致综合实验周不能顺利进行。此外，由于综合实验周的实验操作时间相对集中，一些常用设备不能满足学生集中使用的要求。因此，除需要调节不同班级课内实验与综合实验周的冲突、合理安排实验室外，还需要加大实验室设施建设力度，以满足实践教学的要求，为培养高水平材料类应用型本科人才提供保障。
其次，评价机制有待改进。综合实验周主要根据实践教学要求制定相应的实验项目。由于学生人数较多，且有些实验一个学生在规定时间内无法完成，在实施过程中通常都对学生进行分组。这样尽管从某一方面来说锻炼了学生的团队协作精神，但在指导过程中也发现有些组别的实验大多由一两个认真的同学完成，有少数同学并未实际参与到实验中，实验报告也出现抄袭同组同学的情况。目前的评价机制尽管已经细化到考勤、方案设计、实验操作、实验报告、答辩等环节，但最终成绩仍以各项成绩的总和为准。这导致没有动手操作的学生也可能蒙混过关。因此，有必要对现有评价机制进行改进，建议每个单项成绩必须合格，总评成绩才能合格，以便使每个学生都实际参与到实践环节中，充分发挥综合实验周的作用。
四、结语
应用型本科院校肩负着为国家和地方提供高素质工程应用型人才的使命。南京工程学院材料学院结合应用型人才培养目标和近年来的市场需求开始并实施了多个具有特色的综合实验周，为材料类应用型本科人才工程实践能力的培养提供了新思路，为同类院校提供了借鉴。但综合实验周在实施过程中仍存在一些问题，需要在今后不断改进和完善，以便为社会输送更多优秀的应用型人才。
参考文献：
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[2]郭连军,顾海川,回春光.地方高校创新人才的培养体系[J].中国冶金教育,2008,(6):23-25.
[3]林洪芹,王春霞,吕景春.关于纺织工程专业综合实验周的实践教学的思考[J].山东纺织经济,2011,(6):83-86.
[4]巴志新,王章忠,蔡璐.材料科学与工程专业综合实验周的改革探索[J].中国冶金教育,2009,(3):34-36.
[5]张双德,田禾彦.构建应用型创新人才培养体系的探索与实践[J].中国电力教育,2013,(31):24-25.
[6]章晓波,巴志新,王章忠,等.面向产业转型的应用型本科材料专业人才实践能力培养[J].中国冶金教育,2012,(5):47-50.