脉冲电流对金属材料的作用及其研究进展

综合评述了脉冲电流作用下的金属的凝固过程、金属的电致塑性效应、非晶结构变化和纳米晶化、金属材料的仿生恢复和愈合等方面的最近进展，着重介绍了脉冲电流在材料制备、加工和使用中的应用，同时提出了利用瞬态能量输入进行材料仿生复效处理这一新途径。     

直接晶化法制备块状纳米材料的探索──Ⅰ脉冲电流作用下无序金属介质的成核理论

利用经典热力学和连续介质电动力学理论计算了脉冲电流作用下无序介质（包括金属熔体和非晶态金属）的成核率．结果表明：对于无序介质的晶化过程，随脉冲电流密度增加，形核率成指数增大；超短时脉冲有可能使熔体直接冷凝成大块纳米晶材料，并能限制已经形成的纳米晶粒的长大．     

EXPLORATION ON THE FABRICATION OF BULK NANOCRYSTALLINE MATERIALS BY DIRECT-NANOCRYSTALLIZING METHOD Ⅰ. Nucleation in Disordered Metallic Media by Electropulsing

利用经典热力学和连续介质电动力学理论计算了脉冲电流信息处理作用下无序介质（包括金属熔体和非晶态金属）的成核率。结果表明：对于无序介质的晶化过程，随脉冲电流密度增加。形核率成指数增大；超短时脉冲有可能使熔体直接冷凝成大块纳米晶材料，并能限制已经形成的纲米晶粒的长大。     

脉冲电流烧结技术的研究进展

脉冲电流烧结（Ｐｕｌｓｅ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｕｒｒｅｎｔ ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ，ＰＥＣＳ）是材料科学领域开发出的一种新型快速烧结技术，已广泛应用于金属与合金、结构陶瓷、氧化物超时体、复合材料、热电材料、离电材料、高分子材料以及功能梯度材料的制备；检验结果，对脉冲电流烧结非导电性粉体的烧结过程和机理，提出自己的观点。     

脉冲电流烧结机理研究

脉冲电流烧结(Pulse electric current sintering,PECS)是材料科学领域开发出的一种新型快速烧结技术,已广泛应用于金属与合金、结构陶瓷、氧化物超导体、复合材料、热电材料、高分子材料以及功能梯度材料的制备.本文在介绍脉冲电流烧结装置与研究进展的基础上,研究PECS烧结条件对氧化铝粉末致密化及显微结构的影响,以探讨脉冲电流烧结机理.     

脉冲电流烧结机理的研究进展

脉冲电流烧结（Ｐｕｌｓｅ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｕｒｒｅｎｔ ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ,ＰＥＣＳ）是材料科学领域开发出的一种新型快速烧结技术,已广泛应用于金属与合金、结构陶瓷、氧化物超导体、复合材料、热电材料、高分子材料以及功能梯度材料的制备．本文简介脉冲电流烧结特征,结合ＰＥＣＳ烧结条件对铜粉末和氧化铝粉体致密化及显微结构影响的实验证据,就脉冲电流烧结过程和机理进行探讨．     

脉冲电流条件下Ni箔流动应力及其尺寸效应的神经网络模型

目的揭示脉冲电流对金属箔材室温流动应力及其尺寸效应的影响规律,构建脉冲条件下Ni箔室温塑性流动的本构模型。方法采用单向拉伸试验,测试不同试样尺寸的Ni箔在不同电流密度条件下的单向拉伸性能。根据本构方程的输入、输出参数,设计BP神经网络结构,并利用试验数据对其进行训练及预测精度检验。结果单向拉伸试验结果表明,箔材厚度与晶粒尺寸之比及变形过程中引入的脉冲电流均会对材料的流动应力产生显著影响,且其影响规律高度复杂。脉冲电流条件下,构建的金属箔材流动应力尺寸效应神经网络模型,其预测相对误差控制在6%以内,相关系数R达到0.99。结论该神经网络模型准确描述了脉冲电流条件下金属Ni箔流动应力尺寸效应,为该材料塑性变形过程分析及合理制定工艺参数奠定了理论基础。     

在脉冲电流或脉冲磁场作用下LY12合金的凝固组织

在LY12铝合金凝固过程中施加脉冲电流或脉冲磁场，研究脉冲电流或脉冲磁场对这种合金凝固组织的影响。结果表明，脉冲电流和脉冲磁场均可使晶粒明显细化，等轴化，在脉冲电磁艇下金属凝固组织的晶粒细化机制为：在脉冲电磁场的作用下剧烈的强迫对流促进晶粒从型壁上游离，大大增加金属熔体的形核率，导致晶粒细化；温度相对均匀使得游得的晶粒得以保存下来，抑制了晶粒在某个方向上的优先,从而抑制了树枝晶的形成。     

脉冲电流对7475铝合金超塑性变形力学性能的影响

旨在确定脉冲电流对7475铝合金超塑性变形的宏观力学性能的影响，以探求脉冲电流对降低7475铝合金超塑性变形条件的可能性，实验结果表明，施加脉冲电流后，合金的延伸率和反变敏感性指数都有很大提高，对于普通超塑性变形所能达到的延伸率，施加脉冲电流后在降低变形温度和提高变形速度的情况下仍能达到，电流对超塑性变形金属内物质迁移的促进应是产生这一现象的原因。     

结构仿生材料的研究进展

自然界中生物体的优异结构和特性给人类研究材料带来了灵感和启发.借鉴这些生物体的优秀结构特征是结构仿生材料的主要设计思想和方法.重点阐述了仿生增韧陶瓷材料、仿生粘附材料、仿生减阻材料、仿生减振材料和仿生系统应用在设计和制备方面的研究进展,并展望了结构仿生材料的发展前景,强调了多学科协作的重要性.     

脉冲电流对冷加工黄铜的组织及性能的影响

研究了脉冲电流对一种冷加工黄铜再结晶组织和力学性能的影响，结果表明，利用脉冲电流作为形变黄铜的再结晶处理手段，可以得到比常规退火处理更细更均匀的再结晶晶粒，从而使该材料的综合力学性能提高，脉冲电流作用时间短，加热速度快、促进再结晶形核和抑制随后晶粒长大是得到细晶粒的原因。     

仿生医用材料

本文着重介绍了近些年仿生骨修复和骨替代材料、仿生眼、仿生耳等仿生医用材料的仿生机理、特性和应用前景。     

仿生无机材料在石质文物保护中的应用

90年代,出现了一种模拟生物矿化中无机物在有机物调制下形成过程的合成技术-仿生合成.仿生无机材料是一种具有特殊化学和物理性能的新型材料,现已越来越广泛地应用于医学材料、纳米材料、薄膜材料和多孔材料等领域.由于仿生无机材料潜在广阔的应用空间,使得仿生合成无机材料技术成为材料化学研究的热点.本文介绍了仿生合成技术的基础理论和目前仿生无机材料的应用领域.分析了仿生无机材料在石质文物保护应用中的可行性及优越性,表明是一种很有潜力的新型保护材料.     

仿生结构材料的研究进展

综述了贝壳珍珠层、蛛丝结构、毛竹外密内疏结构、骨骼哑铃型结构、植物的根部网状结构以及木材的年轮结构等天然生物材料的结构特征及其相应的仿生材料近年来的研究进展；展望了结构仿生材料的前景，认为应对现有生物体的结构特征与其性能的相关性进行进一步的研究，并对已经解析的结构从不同的角度构筑模型，在实际应用中寻找模型和仿生材料设计的结合点，以推动仿生材料学的发展．     

基于PDMS的蘑菇状仿生黏附微阵列新型制造方法

受到自然界中壁虎和甲虫脚趾表面微纳纤毛结构的启发，本工作基于聚二甲基硅氧烷(PDMS)提出了一种表面具有蘑菇状微阵列的仿生干黏附材料制造方法，通过进给实验装置对传统支柱状仿生干黏附材料进行“蘸取”，实现了表面蘑菇状微阵列的制造。蘑菇状仿生干黏附材料单根纤维的黏附面积为1.12×10^-3mm²，最大切向黏附强度为2.65 N/cm²，法向黏附强度为5.18 N/cm²。与手工制造方式相比，黏附面积提升了33.74%，黏附强度最大分别提升了225%、280%。结合SEM图、光学显微图、黏附材料与黏附接触面的接触状态和黏着功进行黏附性能的理论分析。利用这一方法，蘑菇状仿生干黏附材料的黏着角减小，微阵列的末端直径、表面平整度、有效黏着功、黏附面积和柔顺性显著提升，材料能够更好地适应接触面，且具有较好的重复性，显著提高了材料的切向和法向黏附强度。本工作为蘑菇状仿生干黏附材料的制造提供了一种新思路。     

脉冲电流处理后低碳钢中的局域纳米结构

用透射电镜观察经过高密度脉冲电流处理后的粗晶低碳钢，发现该材料中有纳米结构的γ-Fe生成。讨论了纳米结构的生成机制。脉冲电流作用时间短，加热速度快，改变相变势垒的效应和快速冷却的条件是生成纳米结构的原因，电流降低热力学形核势垒是一个不容忽视的因素。     

轴对称金属模具电磁热裂纹止裂温度场的分析

选择带有半埋藏环形裂纹的金属凹模为研究对象,通过金属凹模内外环面均匀通入强脉冲电流,应用电磁热效应实现了金属凹模中环形裂纹的止裂。采用复变函数的方法求解了脉冲电流放电瞬间裂纹尖端附近的温度场。由于脉冲电流放电瞬间,裂尖处电流绕流的热集中效应,在金属凹模内部,环形裂纹尖端金属的温升超过熔点,金属熔化,在金属凹模内部沿着环形裂纹尖端形成堆焊,致使环形裂纹尖端的曲率半径瞬间增大,阻止了干线裂纹源的开裂趋势。     

脉冲电流对45钢损伤的恢复作用

研究了脉冲电流对４５钢淬火裂纹的修复作用。结果表明,脉冲电流显著提高有裂纹的马氏体材料的强度和塑性,但硬度降低不多,脉冲电流处理后,裂纹周围的组织发生了显著变化。对裂纹钝化有利,探讨了裂纹在脉冲电流作用下的愈合效应,说明电流,热效应及热压应力可能是诱发该效应的主要因素。     

基于金属络合的多巴及其衍生物在表面功能化及自修复领域的研究进展

多巴因其独特的粘附性、可反应性及优异的生物相容性而受到青睐。为满足高分子材料的特殊功能性和受损后可再使用的要求,仿生贻贝的灵感启发科学家们利用多巴及其衍生物与金属间的络合作用实现材料的表面功能化及自修复性。主要对多巴及其衍生物与金属材料的作用机理、对其主要基团邻苯二酚与金属络合作用及其在表面功能化及自修复领域的应用进行了介绍与探讨。     

仿生皮肤等效材料超声波测试方法的研究

为评定汽车安全碰撞实验模拟人的皮肤肌肉等效复合材料的力学特性,提出仿生皮肤等效材料的超声检测方法。通过测试仿生皮肤等效材料对超声波声速、衰减、散射和吸收率的变化,建立仿生皮肤等效材料力学性质与超声回波信号频率之间的关系模型,对仿生皮肤等效材料的弹性模量、组织特性、粘弹性和松弛模量进行等效性的分析与评定。对3种不同密度的仿生皮肤等效材料的声速、弹性模量和声衰减等参数进行了测算,结果表明:该测试方法正确可行,测试数据为仿生皮肤等效材料的设计合成、制备提供力学参数依据,对仿生材料的力学等效性能评定有着重要的参考价值。