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摘 要：电阻点焊的组织决定焊接接头熔核的性能，熔核的性能决定焊接的质量。通过模拟 点焊接头的组织，可预测在不同点焊参数下接头的组织形态和力学性能等，从而实现通过寻 求最佳焊接工艺来改善焊件性能的目的。研究铝合金点焊相变组织的分布规律，对优化点焊 设计和工艺参数有重要的指导作用，本文通过应用有限元模拟软件进行数值模拟，对6082 铝合金电阻点焊过程中的组织转变进行模拟与研究，并通过实验进行验证，从而得出电阻点 焊对6082铝合金的组织转变的影响。试验验证表明，数值模拟与试验结果吻合良好，为铝合 金点焊基础理论研究提供了一种有效的分析手段。 关键词：数值模拟；金相组织 ；铝合金；电阻点焊 Abstract Te microstructure of resistance spot welding decide performance of nuclear fusion in welded joint, the performance of nuclear fusion decide welding quality. By simulation, we can predict microstructure and mechanical properties of spot welding in different parameters, so as to achieve the best welding performance by seeking to improve the welding processes. Research on the distribution of microstructure in aluminum spot welding, have an important role in on the design and optimization of process parameters of spot welding. The paper through the application of finite element simulation software to simulate and research the resistance spot welding of aluminum alloy of 6082, and verify it through experiments, so as to know affection resistance spot welding to aluminum alloy of 6082. Experiments show that numerical simulation and experimental results are consistent, providing an effective analysis for spot welding on aluminum alloy. Key words: Numerical simulation; Microstructure; Aluminum alloy; Resistance spot welding 1、铝合金在航空航天、船舶制造、机车和汽车制造业等领域获得了广泛的应用。轿车采用 铝合金制造车身较采用钢板制造车身可减轻车体重量6O%左右，能显著降低燃料消耗和减少 环境污染。但是，铝合金点焊所存在的问题限制了点焊在铝合金汽车生产中的应用，铝合金 点焊的熔核形状不规则，尺寸大小不一，熔核在凝固时极易形成缩孔、缩松和气孔，由于冷 却速度较快，熔核的结晶组织主要是从熔合线向内生长的柱状晶。在这方面，吉林工业大学 的赵熹华等人通过采用熔核的孕育处理技术做了详细的研究，将柱状晶组织变为等轴晶组 织，取得了良好的效果[1]。但是，该技术如何工程化的问题还正在研究之中。如果能对点焊 的相变组织进行有限元模拟计算，得到铝合金点焊过程温度场和相变组织的分布规律，从微 观上改变焊接质量，对提高和稳定点焊质量具有重要意义。 铝合金点焊是一个高度非线性的力、热、电相耦合的复杂过程，随着焊接研究的深入， 温度，相变和热应力之间的耦合效应越来越受到人们的重视。Y.Ueda 等人曾提出温度，相 变，热应力之间的耦合关系式，J.Ronda 等人利用该耦合模型对焊接接头进行了有限元计算。 Ronda 等[2]用统一的方法推导了相变规律和相变塑性，建立了相容的 TMM 模型，并形成了系 统理论。Yang 等[3]在热冶金耦合方面也作了深入的研究。他们在模拟温度场、速度场、热循 环以及熔池形状时,采用瞬时、3 维、湍流条件下的热传输和流体流动模型。 本文基于有限元专业焊接模拟软件动态模拟焊接的全过程，进行数值模拟时，考虑了材 料热物理性能与温度的非线性关系，以及相变潜热对温度场的影响，实现温度场和应力应变 场的耦合计算，揭示了铝合金点焊过程温度场和相变组织的分布规律，其结果有助于更好地 了解焊接过程中熔体的运动状态、凝固组织细化和产生缺陷的原因,为正确选择点焊工艺参 数等提供理论指导。 2 点焊相变原理熔核、塑性环及其周围母材金属的一部分构成了点焊接头。在良好的点焊焊接循环条件 下，接头的形成过程是预压、通电加热和冷却结晶三个连续阶段所组成。 （1）预压阶段：在电极压力的作用下清除一部分接触表面的不平和氧化膜，形成物理触点，为焊接电 流的顺利通过及表面原子的键合作准备。（2）通电加热阶段：在热与机械力作用下形成塑性环、熔核，并 随着通电加热的进行而长大，直到获得需要的熔核尺寸。通电刚开始，由于边缘效应，使焊件接触面边缘 处温度首先升高，接着由于金属加热膨胀，接触面和电流场均扩展并伴有绕流现象，而靠近电极的焊接区 金属散热较有利，从而在焊接区内形成了回转双曲面的加热区，其周围产生了较大的塑性变形。随着通电 加热的持续，电极与工件接触表面增加，表面金属的冷却增强，而焊接区中心部位由于散热困难温度继续 升高，形成被塑性环包围的回转四方形液态熔核。继续延长通电时间，塑性环和熔核不断长大。当焊接温 度场进入准稳态时，最终获得椭圆形液态熔核，周围是将熔核紧紧包围的塑性环。（3）冷却结晶阶段：使 液态熔核在压力作用下冷却结晶。由于材质和焊接规范特征不同，熔核的凝固组织可有三种：柱状组织、 等轴组织、“柱状+等轴”组织。 由于点焊加热集中、温度分布陡、加热与冷却速度极快，若焊接参数选用不当，在结晶过程中会出现 裂纹、胡须、缩孔、结合线伸入等缺陷，可通过减慢冷却速度和段压力等措施来防止缺陷产生。 3 点焊熔核有限元仿真点焊是一个多因素及多重非线性的复杂问题。在进行数值模拟时，考虑其可作为轴对称问题，对等厚 板的焊接取l／4平面进行分析。为简化计算，本文假定电极压力恒定。 本文采用简化的轴对称2D模型建立6082铝板点焊的简化模型。出于简化模型的目的，假设上下两块铝 板在与电极端面直径对应的中心部分以及电极端面是粘连的，假设电极-工件间及工件间的接触行为属于无 滑动接触。焊接电流为恒流，材料的热物理性能随温度变化，忽略电流的趋表效应、接触面的热电效应和 接触热阻[4,5]。模型的网格采取自由划分，共含1996个固体单元，2120个节点。被连接材料为6082铝合金， 板厚2.0 mm，采用Cu～Cr合金电极，端部直径6 mm，端部曲面半径40 mm。 3.1 材料属性 材料的热物理性能参数是温度的函数，在模拟中，材料的热物理性能除了密度和潜热外，其他如比热、 导热系数、电阻率等均随温度变化。材料在相变和熔化时存在潜热，模拟中将潜热在相变温度区间均匀折 算为比热容，以模拟其产热效果。 6082铝合金是Al-Mg-Si系铝合金，该合金的组织比较简单，主要合金元素为Mg、Si ,另外还有少量的Fe 、Zn 、Cu 、Mn，主要组织组成物为Mg2Si，Mg/Si比为1.73，大部分合金不是含过量镁就是含过量的硅。当镁过量时，合金的抗蚀性好，但强度与成形性能低；当硅过量时，合金的强度高，但成形性能及焊 接性能较低，抗晶间腐蚀倾向稍好。 3.2 工艺参数 采用直流焊接电源，焊接电流为14 KA，电极压力为1.5 KN，焊接时间为15个周波(相应频率50 Hz)。 具体方案见表1： 3.3 焊接温度场的模拟 焊接温度场的准确计算是焊接冶金分析、残余应力与变形计算以及焊接质量控制的前提，焊件在快速 加热和冷却过程中温度场的正确描述是进行组织转变和焊后接头力学性能分析的前提条件。焊接温度场的 准确计算必须建立起准确的热传递数学模型和符合焊接生产实际的物理模型，并应用有限元 软件的校正工 具，根据具体的焊接工艺和条件对热源进行校正；考虑了材料热物理性能参数与温度的非线性关系，建立 了焊接过程的数学模型和物理模型[6,7]。 在焊接过程中，由热源传给焊件的热量，主要是以辐射和对流为主，而母材和焊接材料获得热能后， 热的传播则是以热传导为主。焊接传热过程中所研究的内容主要是焊件上的温度分布及其随时间的温度变 化问题[8]。因此研究焊接温度场，是以热传导为主，适当地考虑辐射和对流作用。 焊件上某点瞬时的温度分布称为温度场，可以表示为： T T ( X , Y , Z , t ) 式中 T 为焊件上某点的瞬时温度，(x , y , z)是某点的坐标，t是时间。 因此非线性瞬态热传导问题的控制方程可以表示为： 式中 c、ρ为材料的比热容、密度，T为温度场的分布函数，t为时间，kx , ky , kz分别为x , y , z方向 上的导热系数； Q是内热源。 温度场计算时, 将模型的对称面定义为绝热边 界条件, 即 其他周围表面定义为换热边界条件, 即 式中 是材料的热导率，n是边界表面外法线方向，α是表面换热系数，Ta是周围介质温度，Ts是物体表面 温度。 3.4 点焊相变组织的模拟 3.4.1 相变潜热 焊接过程中伴随着相的转变，在有限元计算中其产生的相变潜热以焓的形式表示[9]，即 式中 (T )c(T ) 分别为材料的密度和比热，均为温度的函数。 在某一温度增量区间，所产生的总的相变潜热表示为各相值的叠加，即 式中：Aj为第j 相的相变潜热，V j 为第j 相的转变体积比,且 å V j = 1 ；n是材料中相的个数。相的转变体积比,且 ；n是材料中相的个数。3.4.2 相变模拟原理 对于铝合金的相变模拟，主要通过铝合金的回复与再结晶原理，如图1。如果材料有经过温度循环，当 最高温度高于重结晶温度时，重结晶开始发生并产生影响。材料重结晶的比例不仅取决于最高温度，也取 决于热循环过程。可以用如下公式来计算： 等温反应动力学： 非等温反应动力学附加规律： 3.5 模拟计算结果 3.5.1 温度场的模拟结果 如图 2 为焊接时间 250ms 时 l／4 平面所成的温度分布，再通过 sysweld 有限元软件，分别在熔核区 中心，熔合线，热影响区，母材组织上取四个固体单元，形成如图 3 所示的温度曲线。由图 2，3 可以看出 在焊接过程中，熔核中心的最高温度可达 720℃，且长时间温度维持在 700℃左右；熔合线附近可达 600℃， 也长时间维持在这个温度；热影响区最高温度可达 500℃左右；而母材最高温度只达到 300℃左右。 3.5.2 相变组织的模拟结果 通过有限元模拟可得到如图4所示结果，6082铝合金点焊结果会出现明显不同的三相分布分别为：母 材、热影响区和熔核区组织。 4 结果分析和讨论由模拟分析结果可以看出， 6082 铝合金点焊会出现比较明显的三种组织的分布，再根据模拟所用的 焊接参数进行试验验证，然后进行金相组织观察（试样用凯勒试剂浸蚀）。可以得到图 5－图 9 的微观组织 图。 由图 5 可见，6082 铝合金点焊组织有着明显的三个组织相分布，中间的小圆为熔核部分，外圆为热影 响区，外边即为母材，与模拟的相变结果（图 4 所示）完全相同。 铝合金的主要热处理方式是固溶处理和时效处理，通过第二相的沉淀硬化来提高强度、硬度等性能。 6082 铝合金为 T4 状态（固溶处理＋自然时效）是经固溶、时效后的合金，其主要强化相是 Mg2Si。在焊 接热循环的影响下，铝合金基体中的这些沉淀相粒子将发生再次固溶、析出和长大过程，对焊接前的基体 产生或多或少的破坏。它们的熔点为 595℃，焊接加热温度超过这一熔点时,部分强化相就会熔解[10]。 图 6 为母材组织，其铝合金基体上分布着粗大且呈长条形的析出相；图 7 为熔核中心组织，其内组织 主要为细小的等轴晶粒；图 8 为处于塑性环熔合线周围的组织，靠近熔合线的熔核区主要是柱状晶粒和部 分等轴晶粒，靠近熔合线的热影响区为粗大的晶粒；图 9 为热影响区中心组织，其铝合金基体上的析出相 细小且呈圆粒状。 从图 4 可以得知，在塑性环内的熔核区中心最高温度远远高于 595℃，可达 720℃左右，且比较长时间 的维持在 700℃，这个温度使熔核区中心的晶粒完全的熔化，在铝合金基体上的第二相重新熔化和固溶， 化合物因固溶而进一步减少。在铝合金基体上分布着弥散的，细小的第二相对晶界移动起着重要的阻碍作 用，第二相质点越细小，数量越多，则阻碍晶粒长大的能力越强，所形成的晶粒也就越细小，且在熔核区 内合金元素溶入的比较多，在很大程度上阻碍了晶界的移动，焊接为快速加热，金属内存在的晶格畸变现 象来不及回复，自扩散系数增加，使合金再结晶晶核增多，造成晶粒细小，所以在熔核中心冷却后形成的 组织为细小的等轴晶粒；由于点焊冷却速度较快，靠近熔合线的熔核区的结晶组织主要是从熔合线向内生 长的柱状晶。运用图 1 描述的铝合金重结晶现象可以发现，靠近塑性环的热影响区的晶粒处于长大阶段， 晶粒生长方向与热流方向一致，有着明显的粗大晶粒且在晶界上分布一些析出相，应为晶粒长大区；6082 合金母材组织为板材组织，其析出相方向与板材成形方向一致，也有少量析出相呈三角形，在晶界上析出， 由于其含有 Cu，Mg，Al，Si，Mn 等合金元素，析出相比较复杂，主要为 Mg2Si。图 6 中的母材组织为退 火组织，所以其部分析出相变的相对细小和一定的圆形状。对于热影响区，其析出相明显比母材组织细小， 且没有方向性，但已经开始出现圆粒状，分布也比母材组织均匀，但还是有一部分为粗大的析出相，且呈 长条形，没有完成再结晶，由图 1 铝合金重结晶原理可知其组织应为回复区和回复再结晶区，晶界基5 结 论1、本文采用数值仿真手段预测熔核的组织，运用sysweld的相变模拟原理，完成对6082铝合金点焊组织的 模拟和预测。 2、采用本文提出的有限元点焊模型，运用相变模拟软件，可以模拟出与实际焊接结果十分吻台的结果，因 此可作为选择和优化点焊参数的一个有效工具。 3、6082铝合金熔核区晶粒细小，组织分布均匀而且弥散，热影响区有着比较明显的回复区，回复与再结晶 区和晶粒长大区，母材组织为板材组织，晶粒方向为轧制方向，且铝基体上分布大量粗大的第二相质点。 4、点焊接头相变组织的模拟是一项新技术，它尚处于起步阶段，在理论上还存在着尚未澄清问题，另外在 计算方法上也有改进余地，其应用更接近空白，因此，有必要从理论和计算方法上进行系统而有深入的 探索，以使新兴方法尽快用于工程实践。 参考文献：赵熹华,姜以宏,薄件点焊熔核凝固组织分析，焊接学报，1994(2):89~93. Ronda J,O liver G J. Consistent Thermo-Mechano-Metallurgical Model of Welded Steel with Unified Approach to Derivation of Phase Evolution Laws and Transformation - Induced Plasticity. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering。2000, 189 (2) : 361～ 417. Yang Z, Elmer J W , Wong J. Evolution of Titanium Arc Weldment Macro and Microstructures- Modeling and Real Time Mapping of Phases。 Welding Journal, 1997, 76 (4) : 172～ 181. Matteo Palmonella, Michael I, Friswell, et al. Finite element models of spot welds in structural dynamics: review and updating[J]. Computers & Structures. 2005,3 (83): 648-661 . Deng X, Chen W, Shi G, et al. Three-dimensional finite element analysis of the mechanical behavior of spot welds[J]. Finite Elements in Analysis and Design. 2007,185( 1): p 160-165. Feulvarch E, Bergheau J.M, Robin V, et al. Resistance spot welding simulation: a general finite element formulation of electrothermal contact conditions Source[J]. 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根据3D科学谷的市场观察，Scalmalloy 已被提议用作民用和军用飞机的增材制造 (AM) 替代铝合金材料，并可以用于增材制造卫星和空间结构。根据3D科学谷的市场研究，Scalmalloy 是一种 Sc 和 Zr 改性的 5xxx 合金。这是开发用于 LPBF 的高强度铝 (Al) 合金的第一个里程碑，凝固过程中初生 Al3(Sc1-xZrx) 核（与 Al 基体相干）的沉淀导致等轴晶粒的局部形成。
本期，3D科学谷以先前调查的结果为基础，揭示 Scalmalloy 的裂纹扩展曲线类似于与广泛用于 汽车 工业和海运船舶的铝合金 AA5754 和 AA6061-T6 相关的裂纹扩展曲线。
3D科学谷
发展中的高强度铝合金
根据吴鑫华院士，高强度3D打印铝合金在航天制造领域的应用尤为重要，主要目标是实现航天器减重以及缩短交付周期，从而降低综合生产成本、提升综合效益。高强度3D打印铝合金可使航天器零件减重20-90%不等，加工周期缩短3-12个月不等。典型应用包括：卫星射频阵列天线支架，耦合震动阻尼器，空间站中多种支架构件如：导轨支架、测控天线支架。
无论是焊接工艺还是选区激光熔化工艺，产生热裂纹的原因大体相似。在这两种情况下，工艺参数都会引起热应力，这是造成裂纹的关键因素。然而通过工艺参数控制难以实现对热应力的控制。要想显著降低热应力，就需要大幅降低温度梯度，而在选区激光熔化工艺中，无法通过工艺参数或环境的改变实现这一目标。在热处理过程中，用于产生强化相的合金元素通常会增加凝固温度范围，在之前的研究中，这一点也是十分不利的。
近年来，材料科学界的研究重点逐渐转向开发适合 LPBF 工艺独特条件的新型高性能合金，合金设计概念通常基于高冷却速率 (105-106 K/s ) 和极高的温度梯度 (G ~ 106 K/m)，这提高了合金的溶解度极限，并促进亚稳态相的形成。不过在3D打印工艺中，高温度梯度通常会引起沿构造方向拉长的柱晶结构，促进热裂纹现象的产生。
控制裂纹
现在已知的Scalmalloy 具有类似于 AA7075-T7351（一种广泛用于传统飞机的铝合金）的机械性能和裂纹扩展曲线。在本文中，3D科学谷将结合市场的科研结果将其裂纹扩展行为与广泛用于航运、 汽车 车身和与化工厂相关的基础设施的铝合金 AA5754 和广泛用于轻型飞机、自行车车架、电机的 AA6061-T6 进行比较。
三种合金的机械性能比较见表 1：
表 1. Scalmalloy 和两种广泛使用的铝合金的屈服应力、极限强度和失效应变的比较。AA5754 的 σy 和 σult 值因回火程序而异。
热处理后的 LPBF基于粉末床的选区激光熔化金属3D打印加工的 Scalmalloy 具有优于 AA5754 和 AA6061-T6 的机械性能。然而，与 AA5754 和 AA6061-T6 相比，与 Scalmalloy 相关的 da/dN 与 ΔK 曲线的裂纹扩展性能如何？
之前已经看到Scalmalloy 中的裂纹扩展类似于 AA7075-T7351 合金中的裂纹扩展。可以看到 AA5754 的长裂纹和“短裂纹”曲线之间的一致性。还看到与 Scalmalloy 、AA5754 和 AA6061-T6 相关的 R = 0.1 曲线之间的相似性。
图 1. Scalmalloy 的 R = 0.1 da/dN 与 ΔK 曲线、短裂纹扩展
图 2. Scalmalloy 的 R = 0.7 da/dN 与 ΔK 曲线
图 2 显示了案例 d) 到 g) 的高 R 比 da/dN 与 ΔK 曲线，其中再次看到与 Scalmalloy 相关的 R = 0.7 曲线与与 AA5754 相关的高 R 比测试之间的相似性和 AA6061-T6。图 1 和 2 还表明，与 AA7050-T7451 相关的小裂纹 R = 0.1 和 0.7 da/dN 与 ΔK 曲线也与 Scalmalloy 中与裂纹扩展相关的相应长裂纹一致。这意味着，与 AA7050-T7451 相关的小裂纹曲线可以看作（大约）是 da/dN 与 ΔK 之间的功率关系的延伸。
图 3 显示，当考虑到不同的疲劳阈值和韧性时，各种 da/dN 与 Δκ 曲线非常相似。图 3 中用于各种 AA5754 和 AA6061-T6 测试的常数值在表 2 中给出。为了帮助将 Scalmalloy 与这些不同的铝合金进行比较，图 3 还包含 Scalmalloy 的趋势线。
裂纹的增长，即决定飞机运行寿命的那些增长最快的裂纹，可以使用方程来估计。研究发现增材制造的 Scalmalloy 的裂纹扩展曲线类似于与公认具有良好疲劳性能的常用铝合金 AA5754 和 AA6061-T6 相关的裂纹扩展曲线。这一发现增强了 Scalmalloy 的潜力，与 AA5754 和 AA6061-T6 相比，它具有卓越的机械性能，可用于制造船舶、轻型飞机和 汽车 的增材制造零件，可制造商用铝合金替代零件和军用飞机零件，以及用于卫星和空间结构的轻质铝部件。
新材料与新工艺
长期以来，在3D打印铝合金材料中，仅少数Al-Si基铸造合金已实现无裂纹加工。焊接性较差的锻造铝合金，由于高的热梯度会促进柱状生长并因此引起热裂纹，因此锻造级铝合金的增材制造应用受到了很大的限制。
根据3D科学谷的市场观察，这一限制正在被打破。2019年以来陆续商业化的高强度铝合金3D打印材料，为原来必须通过锻造来实现的零件加工打开了一扇崭新的大门，结合3D打印所释放的设计自由度，锻造铝合金增材制造技术将在压力容器、液压歧管、托架、高强度结构件领域获得想象力巨大的市场空间。
YSZ+6061铝合金
当前科研领域通过添加一定数量的钇稳定氧化锆（YSZ）可以诱导晶粒细化，改变3D打印6061铝合金材料的微观结构，从而消除热裂纹现象。
减少锻造类铝合金通过增材制造过程加工的产品的裂纹，有两种方法可以进行晶粒细化。第一种方法是在打印过程中控制热应力。第二种方法是通过改变合金成分或在基础粉末中直接添加成核剂来增强异相成核。
锆基纳米颗粒成核剂+7075和6061铝合金
根据3D科学谷的市场观察，还有一种高强度3D打印锻造铝合金材料也采用了添加锆基成核剂的方式实现晶粒细化、消除裂纹。该材料为HRL实验室所开发的3D打印用高强度7A77.60L铝粉，已正式投向市场。HRL实验室选择了锆基纳米颗粒成核剂，并将它们组合到了7075和6061系列铝合金粉末中。成型后的材料无裂纹、等轴（即晶粒在长度、宽度和高度上大致相等），实现了细晶粒微观结构，并与锻造材料具有相当的材料强度，这一3D打印的铝合金材料平均屈服强度高达580 MPa，极限强度超过600 MPa，平均伸长率超过8％。
Al-Mn-Ti-Zr 合金
而在3D科学谷此前的分享中，科研领域还提出了一种专门为 LPBF 工艺开发的低成本、无 Sc 且可广泛使用的 Al-Mn-Ti-Zr 合金。该合金旨在用作 AlSi10Mg 替代品并具有类似的广泛应用窗口。通过利用高凝固速率，非常规大量 Mn（3.7 0.5 wt%）在 α-Al 基体内亚稳态冻结，显着促进固溶硬化（~104 MPa 37% 屈服强度份额）。最终获得的试样的屈服强度为 284 3 MPa，极限抗拉强度为 320 1 MPa，断裂伸长率为 16.9 0.2%。这种新合金具有双峰微观结构，由交替分布的细等轴和粗柱状晶粒区域组成。
参考资料：
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合金是由金属与其它一种以上的金属或非金属所组成的具有金属通性的物质。我国是世界上最早研究和生产合金的国家之一，在商朝(距今3000多年前)青铜(铜锡合金)工艺就已非常发达；公元前6世纪左右(春秋晚期)已锻打(还进行过热处理)出锋利的剑(钢制品)。铝是分布较广的元素，在地壳中含量仅次于氧和硅，是金属中含量最高的。纯铝密度较低，为2.7 g/cm3，有良好的导热、导电性(仅次于Au、Ag、Cu)，延展性好、塑性高，可进行各种机械加工。铝的化学性质活泼，在空气中迅速氧化形成一层致密、牢固的氧化膜，因而具有良好的耐蚀性。但纯铝的强度低，只有通过合金化才能得到可作结构材料使用者选用根据铝合金的成分和生产工艺特点,通常分为形变与铸造铝合金两大类.工业上应用的主要有铝-锰,铝-镁,铝-镁-铜,铝-镁-硅-铜,铝-锌-镁-铜等合金.变形铝合金也叫熟铝合金,据其成分和性能特点又分为防锈铝,硬铝,超硬铝,锻铝和特殊铝等五种.。铝合金的突出特点是密度小、强度高。铝中加入Mn、Mg形成的Al-Mn、Al-Mg合金具有很好的耐蚀性，良好的塑性和较高的强度，称为防锈铝合金，用于制造油箱、容器、管道、铆钉等。硬铝合金的强度较防锈铝合金高，但防蚀性能有所下降，这类合金有Al-Cu-Mg系和Al-Cu-Mg-Zn系。新近开发的高强度硬铝，强度进一步提高，而密度比普通硬铝减小15%，且能挤压成型，可用作摩托车骨架和轮圈等构件。Al-Li合金可制作飞机零件和承受载重的高级运动器材。 各种飞机都以铝合金作为主要结构材料。飞机上的蒙皮、梁、肋、桁条、隔框和起落架都可以用铝合金制造。飞机依用途的不同，铝的用量也不一样。着重于经济效益的民用机因铝合金价格便宜而大量采用，如波音767客机采用的铝合金约占机体结构重量 81％。军用飞机因要求有良好的作战性能而相对地减少铝的用量，如最大飞行速度为马赫数 2.5的F-15高性能战斗机仅使用35.5％铝合金有些铝合金有良好的低温性能,在-183～-253[2oc]下不冷脆，可在液氢和液氧环境下工作，它与浓硝酸和偏二甲肼不起化学反应,具有良好的焊接性能,因而是制造液体火箭的好材料。发射“阿波罗”号飞船的“土星” 5号运载火箭各级的燃料箱、氧化剂箱、箱间段、级间段、尾段和仪器舱都用铝合金制造。 航天飞机的乘员舱、前机身、中机身、后机身、垂尾、襟翼、升降副翼和水平尾翼都是用铝合金制做的。各种人造地球卫星和空间探测器的主要结构材料也都是铝合
5分的论文！？如果你加分，我觉得合适了，我可以考虑下给你写个！很明显，你这个是拿去投标的！结果你对铝合金一点也不了解！
化学化工环境1. 喜树发根培养及培养基中次生代谢产物的研究2. 虾下脚料制备多功能叶面肥的研究3. 缩合型有机硅电子灌封材料交联体系研究4. 棉籽蛋白接枝丙烯酸高吸水性树脂合成与性能研究5. 酶法双甘酯的制备6. 硅酸锆的提纯毕业论文7. 腐植酸钾/凹凸棒/聚丙烯酸复合吸水树脂的合成及性能研究8. 羟基磷灰石的制备及对4-硝基苯酚吸附性能的研究9. 铝合金阳极氧化及封闭处理10. 贝氏体白口耐磨铸铁磨球的研究11. 80KW等离子喷涂设备的调试与工艺试验12. 2800NM3/h高温旋风除尘器开发设计13. 玻纤增强材料注塑成型工艺特点的研究14. 年处理30万吨铜选矿厂设计15. 年处理60万吨铁选厂毕业设计16. 广东省韶关市大宝山铜铁矿井下开采设计17. 日处理1750吨铅锌选矿厂设计18. 6000t/a聚氯乙烯乙炔工段初步工艺设计19. 年产50万吨焦炉鼓冷工段工艺设计20. 年产25万吨合成氨铜洗工段工艺设计21. PX装置异构化单元反应器进行自动控制系统设计22. PX装置异构化单元脱庚烷塔自动控制系统设计23. 金属纳米催化剂的制备及其对环己烷氧化性能的影响24. 高温高压条件下浆态鼓泡床气液传质特性的研究25. 新型纳米电子材料的特性、发展及应用26. 发达国家安全生产监督管理体制的研究27. 工伤保险与事故预防28. 氯气生产与储存过程中危险性分析及其预防29. 无公害农产品的发展与检测30. 环氧乙烷工业设计31. 年产 21000吨 乙醇 水精 馏装置 工艺设计32. 年产26000吨乙醇精馏装置设计33. 高层大厦首层至屋面消防给水工程设计34. 某市航空发动机组试车车间噪声控制设计35. 一株源于厌氧除磷反应器NL菌的鉴定及活性研究36. 一株新的短程反硝化聚磷菌的鉴定及活性研究37. 广州地区酸雨特征及其与气象条件的关系38. 超声协同硝酸提取城市污泥重金属的研究39. 脱氨剂和铁碳法处理稀土废水氨氮的研究40. 稀土 超磁致 伸缩 材料 扬声器 研制41. 纳米氧化铋的发展42. 海泡石TiO2光敏催化剂的制备及其研究43. 超磁致伸缩复合材料的制备44. 钙钛矿型无铅压电陶瓷的制备和性能研究毕业论文45. APCVD法在硅基板上制备硅化钛纳米线46. 浅层地热能在热水系统中的利用初探及其工程设计47. 输配管网的软件开发
层错是晶体面序列上的不规则性。因此，晶体基态结构中的层错与过剩的能量有关，称为层错能(SFE)。
在此，来自美国俄亥俄州立大学的Maryam Ghazisaeidi等研究者，重新讨论了层错能(SFE)的意义和致密合金中晶格位错平衡解离的假设。相关论文以题为“Stacking fault energy in concentrated alloys”发表在Nature Communications上。
论文链接：
SFE测量了相对于另一个原子平面的剪切能量成本，因此，直接与晶体对变形的响应有关。根据Frank法则，在晶格位错分解为部分位错以降低弹性能的过程中，会产生层错。因此，层错区域的大小(部分位错之间的距离)，是由部分位错之间的排斥性弹性相互作用和它们之间产生层错的能量之间的平衡所决定的，即SFE。 在面心立方(fcc)晶体中，SFE和位错的解离宽度会影响位错的迁移率、交叉滑移的能力和孪晶的形成，所有这些因素都决定着晶体的力学行为。
通过合金化引入化学变化，进一步影响SFE，进而影响力学响应。在fcc晶体中，层错区域以部分位错为界，由两个具有六方致密排列(hcp)结构的原子平面组成。Suzuki等人研究表明，该区域溶质的平衡浓度可能与平均体积浓度不同。溶质向或从层错区偏析或耗尽，改变了SFE，进而影响位错行为。而这种现象，已在许多合金体系中广泛观察到。
随着合金的成分变得更加复杂，例如，在不锈钢或高温合金中，SFE的合金化效应，在决定相互竞争的变形机制中起着更加突出的作用。例如，钢中马氏体相变和机械孪生等二次变形模式的激活均与SFE直接相关。随着SFE的减小，变形机制由位错滑移向位错滑移和孪晶(孪生诱导塑性效应或TWIP效应)转变为位错滑移，γfcc转变为ϵhcp马氏体相变(相变诱导塑性效应或TRIP效应)。
高熵合金(HEAs)将成分的复杂性带到一个新的极端。HEAs是等浓度或接近等浓度的多组分合金，其中溶质和溶剂的概念不存在。在这种情况下，SFE很可能受到局部原子构型的影响，因为一些原子键比其他原子键更难打破。Smith等人观察了CoCrNiFeMn中层错宽度沿位错线的局部变化，证明了HEAs中局部效应的重要性。
但在这里，有两个基本问题急需解决：(1)SFE还能被认为是晶体特有的固有属性吗？(2)解离距离和位错迁移率仍然受SFE控制吗?
鉴于此，研究者使用NiCo系统模型进行了计算演示，该模型完全可混溶，可以检测一系列成分和温度。此外，hcp和fcc的有利度以及SFE的符号可以通过改变成分来调整。此外，该体系不容易形成SRO，因此，可以将这种效应从随机合金中仅由成分波动引起的效应中分离出来。
研究表明，SFE在纯金属中具有独特的价值。然而，在超过稀释极限的合金中，SFE值的分布取决于局部原子环境。通常，部分位错之间的平衡距离是由部分位错之间的排斥性弹性相互作用和SFE的唯一值之间的平衡决定的。这种假设被用来从金属和合金中位错分裂距离的实验测量来确定SFE，通常与计算预测相矛盾。研究者在模型NiCo合金中使用原子模拟，研究了在具有正、零和负平均SFE的成分范围内的位错解离过程，令人惊讶的是，在所有情况下，在低温下都能观察到稳定的、有限的分裂距离。然后，研究者计算了去相关应力，并检查了部分位错的力平衡，考虑了对SFE的局部影响，发现即使SFE分布的上界在某些情况下也不能满足力平衡。此外，研究者还证明了在浓固溶体中，位错与局部溶质环境相互作用产生的阻力，成为作用于部分位错的主要力。在这里，研究者证明了高溶质/位错相互作用的存在，而这在SFE的实验测量中是不容易测量且容易忽略的，从而使得SFE的实验值不可靠。（文：水生）
图1 等原子CrCoNi介质熵合金离解位错的表征。
图2 晶格位错离解过程中能量的示意图变化。
图3 NiCo随机合金中边缘位错的解离。
图4 解离过程中作用在肖克利部分位错上的力。
图5 NiCo随机合金有限温度fcc-hcp自由能与局部层错能的比较。
图6 NiCo随机合金中边缘位错的去相关过程。
图7 fcc Co中存在部分位错的Ni溶质相互作用能图。
图8 溶质/位错相互作用的估计。
图9 解离过程中作用在肖克利部分位错上的各种力的图解演示。
碳化硅颗粒增强铝基复合材料的研究现状及发展趋势摘要：综述了铝基复合材料的发展历史及国内外研究现状，重点阐述了碳化硅颗粒增强铝基复合材料制备工艺的发展现状。同时说明了碳化硅颗粒增强铝基复合材料研究中仍存在的问题，在此基础上展望了该复合材料的发展前景。关键词：SiCp /Al 复合材料； 制备方法中图分类号：TB333 文献标识码：A 文章编号：1001-3814(2011)12-0092-05Research Status and Development Trend of SiCP/Al CompositeZHENG Xijun, MI Guofa(College of Material Science and Engineer, Henan Polytechnic University, Jiaozuo 454000, China)Abstract：The development history, domestic and foreign research present situation of SiCP /Al composite wasintroduced, the research progress of preparation process for SiCP /Al composite were elaborated, the research on SiCP /Alcomposite was analyzed and the development prospect of the composite was put forward.Key words：SiCp /Al composite; preparation methods收稿日期:2010-11-20作者简介:郑喜军(1982- ),男,河南西平人,硕士研究生,研究方向为材料加工工程;电话:;E-mail:《热加工工艺》2011 年第40 卷第12 期下半月出版Material & Heat Treatment 材料热处理技术应用进行了广泛的关注和研究，从材料的制备工艺、组织结构、力学行为及断裂韧性等方面做了许多基础性的工作， 取得了显著的成绩。在美国和日本等国，该类材料的制备工艺和性能研究已日趋成熟，在电子、军事领域开始得到实际应用。SiC 来源于工业磨料，可成百吨的生产，价格便宜，SiC 颗粒强化铝基复合材料被美国视为有突破性进展的材料， 其性能可与钛合金媲美，而价格还不到钛合金的1/10。碳化硅颗粒增强铝基复合材料是最近20 年来在世界范围内发展最快、应用前景最广的一类不连续增强金属基复合材料，被认为是一种理想的轻质结构材料，尤其在机动车辆发动机活塞、缸头(缸盖)、缸体等关键产品和航空工业中具有广阔的应用前景[5-7]。在1986 年，美国DuralAluminumComposites 公司发明了碳化硅颗粒增强铝硅合金的新技术， 实现了铸造铝基复合材料的大规模生产， 以铸锭的形式供给多家铸造厂制造各种零件[8-9]。美国Duralcan 公司在加拿大己建成年产11340 t 的SiC/Al 复合材料型材、棒材、铸锭以及复合材料零件的专业工厂。目前，Duralcan 公司生产的20%SiCp /A356Al 复合材料的屈服强度比基体铝合金提高75%、弹性模量提高30%、热膨胀系数减小29%、耐磨性提高3～4倍。美国DWA 公司生产的碳化硅增强复合材料随碳化硅含量的增加，只有伸长率下降的，其他性能都得到了很大提高。到目前为止，SiCp/Al 复合材料被成功用于航空航天、电子工业、先进武器系统、光学精密仪器、汽车工业和体育用品等领域，并取得巨大经济效益。表1 列举了一些SiCp/Al 复合材料的力学性能。目前国内从事研制与开发碳化硅颗粒增强铝复合材料工作的科研院所与高校主要有北京航空材料研究院、上海交通大学、哈尔滨工业大学、西北工业大学、国防科技大学等。哈尔滨工业大学研制的SiCw/Al 用于某卫星天线丝杆，北京航空材料研究院研制的SiCp/Al 用于某卫星遥感器定标装置[10-11]。国内到目前为止还没有出现高质量高性能的碳化硅颗粒增强铝基复合材料， 虽然部分性能已达到国外产品的指标， 但在产品的尺寸精度上还存在不小的差距，另外制造成本太高，离工业化生产还有一段距离要走。2 铝基复合材料的性能特征(1)高比强度、比模量由于在金属基体中加入了适量的高强度、高模量、低密度的增强物，明显提高了复合材料的比强度和比模量， 特别是高性能连续纤维，如硼纤维、碳(石墨)纤维、碳化硅纤维等增强物，他们具有很高的强度和模量[1]。(2)良好的高温性能，使用温度范围大增强纤维、晶须、颗粒主要是无机物，在高温下具有很好的高温强度和模量， 因此金属基复合材料比基体金属有更高的高温性能。特别是连续纤维增强金属基基复合材料，其高温性能可保持到接近金属熔点，并比金属基体的高温性能高许多。(3)良好的导热、导电性能金属基复合材料中金属基体占有很高的体积百分数， 一般在60%以上，因此仍保持金属的良好的导热、导电性能。(4)良好的耐磨性金属基复合材料，特别是陶瓷纤维、晶须、颗粒增强金属基复合材料具有很好的耐磨性。这是由于在基体中加入了大量细小的陶瓷颗粒增强物，陶瓷颗粒硬度高、耐磨、化学性能稳定，用它们来增强金属不仅提高了材料的强度和刚度，也提高了复合材料的硬度和耐磨性。(5)热膨胀系数小，尺寸稳定性好金属基复合材料中所用的增强相碳纤维、碳化硅纤维、晶须、颗粒、硼纤维等均具有很小的热膨胀系数，特别是超高模量的石墨纤维具有负热膨胀系数， 加入相当含量的此类增强物可降低材料膨胀系数， 从而得到热膨胀系数小于基体金属、尺寸稳定性好的金属基复合材料。(6)良好的抗疲劳性和断裂韧性影响金属基复合材料抗疲劳性和断裂韧性的因素主要有增强物与复合体系制备工艺增强体含量(vol,%)拉伸强度/MPa弹性模量/GPa伸长率(%)SiCP /2009Al 粉末冶金20 572 109 5.3SiCP/2124Al 粉末冶金20 552 103 7.0SiCP/6061Al 粉末冶金20 496 103 5.5SiCP/7090Al 粉末冶金20 724 103 2.5SiCP/6061Al 粉末冶金40 441 125 0.7SiCP/7091Al 粉末冶金15 689 97 5.0SiCP/A356Al 搅拌铸造20 350 98 0.5SiCP/A359Al 无压浸渗30 382 125 0.4表1 碳化硅颗粒增强铝基复合材料的力学性能[1]Tab.1 Mechanical properties of aluminum matrixcomposite reinforced by SiC particle93Hot Working Technology 2011, Vol.40, No.12材料热处理技术Material & Heat Treatment 2011 年6 月金属基体的界面结合状态、金属基体与增强物本身的特性以及增强物在基体中的分布等。特别是界面结合强度适中，可以有效传递载荷，又能阻止裂纹扩展，从而提高材料的断裂韧性。(7)不吸潮、不老化、气密性好与聚合物相比，金属性质稳定、组织致密，不存在老化、分解、吸潮等问题，也不会发生性能的自然退化，在空间使用不会分解出低分子物质而污染仪器和环境，有明显的优势。(8)较好的二次加工性能可利用传统的热挤压、锻压等加工工艺及设备实现金属基复合材料的二次加工。由于铝基复合材料不但具有金属的塑性和韧性，而且还具有高比强度、比模量、对疲劳和蠕变的抗力大、耐热性好等优异的综合性能。尤其在最近20 年以来， 铝基复合材料获得了惊人的发展速度，表2 列举了一些铝基复合材料的力学性能。3 主要应用领域3.1 在航空航天及军事领域的应用美国ACMC 公司和亚利桑那大学光学研究中心合作，研制成超轻量化空间望远镜和反射镜，该望远镜的主镜直径为0.3m，仅重4.54kg。ACMC 公司用粉末冶金法制造的碳化硅颗粒增强铝基复合材料还用于激光反射镜、卫星太阳反射镜、空间遥感器中扫描用高速摆镜等；美国用高体积分数的SiCp/Al代替铍材，用于惯性环形激光陀螺仪制导系统、三叉戟导弹的惯性导向球及管型测量单元的检查口盖，成本比铍材降低2/3；20 世纪80 年代美国洛克希德.马丁公司将DWA 公司生产的25%SiCp /6061Al 用作飞机上承载电子设备的支架，其比刚度比7075 铝合金约高65%；美国将SiCp/6092Al 用于F-16 战斗机的腹鳍， 代替原有的2214 铝合金蒙皮， 刚度提高50%，寿命从几百小时提高到8000 小时左右，寿命提高17 倍，可大幅度降低检修次数，提高飞机的机动性，还可用于F-16 的导弹发射轨道；英国航天金属及复合材料公司(AMC)采用高能球磨粉末冶金法研制出高刚度﹑ 耐疲劳的SiCp/2009Al， 成功用于Eurocopter 公司生产的N4 及EC-120 新型直升机[12]；采用无压浸渗法制备的高体积分数SiCp/Al 作为印刷电路板芯板用于F-22“猛禽”战斗机的遥控自动驾驶仪、发电元件、飞行员头部上方显示器、电子计数测量阵列等关键电子系统上， 以代替包铜的钼及包铜的锻钢，可使质量减轻70%，同时降低了电子模板的工作温度；SiCp/Al 印刷电路板芯板已用于地轨道全球移动卫星通信系统； 作为电子封装材料，还可用于火星“探路者”和“卡西尼”土星探测器等航天器上。美国采用高体积分数SiCp /Al 代替Cu-W 封装合金作为电源模块散热器，已用于EV1 型电动轿车和S10 轻型卡车上；美国将氧化反应浸渗法制备的SiC-Al2O3/Al 作为附加装甲，用于“沙漠风暴”地面进攻的装甲车；美国GardenGrove 光学器材公司用SiCp/Al 制备Leopardl 坦克火控系统瞄准镜。3.2 在汽车工业中的应用由山东大学与曲阜金皇活塞有限公司联合研制的SiCp /Al 活塞已用于摩托车及小型汽车发动机；自20 世纪90 年代以来， 福特和丰田汽车公司开始采用Alcan 公司的20%SiC/Al-Si 来制作刹车盘；美国Lanxide 公司生产的SiCp/Al 汽车刹车片于1996年投入批量生产[13]；德国已将该材料制作的刹车盘成功应用于时速为160km/h 的高速列车上。整体采用锻造的SiCp/Al 活塞已成功用于法拉利生产的一级方程式赛车。3.3 在运动器械上的应用BP 公司研制的20%SiCp/2124Al 自行车框架已在Raleigh 赛车上使用；SiCp /Al 复合材料可应用于自行车链轮、高尔夫球头和网球拍等高级体育用品；在医疗上用于假体的制造。4 制备及成型方法一般来说， 根据铝基体状态的不同，SiCp/Al 的制备方法大致可分为固态法和液态法两类。目前主要有粉末冶金法、喷射沉积法、搅拌铸造法和挤压铸造法。4.1 粉末冶金法粉末冶金法又称固态金属扩散法，该方法由于克增强相/ 基体增强相含量拉伸强度/MPa弹性模量/GPa伸长率(%)SiC/Al-4Cu 15 476 92 2.3SiCp /ZL101 20 375 101 1.64SiCp /ZL101A 20 330 100 0.5SiCp /6061 25 517 114 4.5SiCp /2124 25 565 114 5.6Al2O3 /Al-1.5Mg 20 226 95 5.9Cf /Al 26 387 112 -表2 金属基复合材料的力学性能[1]Tab.2 Mechanical properties of metal matrix composite[1]94《热加工工艺》2011 年第40 卷第12 期下半月出版Material & Heat Treatment 材料热处理技术服了碳化硅颗粒与铝合金熔液润湿困难的缺点，因而是最先得到发展并用于SiCp/Al 的制备方法之一。具体制备SiCp/Al 的粉末冶金工艺路线有多种，目前最为流行和典型的工艺流程为：碳化硅粉末与铝合金粉末混合一冷模压(或冷等静压)一真空除气一热压烧结(或热等静压)一热机械加工(热挤、轧、锻)。粉末冶金法的优点在于碳化硅粉末和铝合金粉末可以按任何比例混合，而且配比控制准确、方便。粉末冶金法工艺成熟，成型温度较低，基本上不存在界面反应、质量稳定，增强体体积分数可较高，可选用细小增强体颗粒。缺点是设备成本高，颗粒不容易均匀混合，容易出现较多孔隙，要进行二次加工，以提高机械性能，但往往在后续处理过程中不易消除；所制零件的结构、形状和尺寸都受到一定的限制，粉末冶金技术工艺程序复杂，烧结须在在密封、真空或保护气氛下进行， 制备周期长， 降低成本的可能性小，因此制约了粉末冶金法的大规模应用。4.2 喷射沉积法喷射沉积法是1969 年由Swansea 大学Singer教授首先提出[14]，并由Ospray 金属有限公司发展成工业生产规模的制造技术。该方法的基本原理是：对铝合金基体进行雾化的同时，加入SiC 增强体颗粒，使二者共同沉积在水冷衬板上， 凝固得到铝基复合材料。该工艺的优点是增强体与基体熔液接触时间短，二者反应易于控制；对界面的润湿性要求不高，可消除颗粒偏析等不良组织， 组织具有快速凝固特征；工艺流程短、工序简单、效率高，有利于实现工业化生产。缺点是设备昂贵，所制备的材料由于孔隙率高而质量差必须进行二次加工， 一般仅能制成铸锭或平板； 大量增强颗粒在喷射过程中未能与雾化的合金液滴复合， 造成原材料损失大， 工艺控制较复杂，增强体颗粒利用率低、沉积速度较慢、成本较高。4.3 搅拌铸造法搅拌铸造法的基本原理[15-17]：依靠强烈搅拌在合金液中形成涡漩的负压抽吸作用， 将增强体颗粒吸入基体合金液体中。具体工艺路线：将颗粒增强体加入到基体金属熔液中， 通过一定方式的搅拌与一定的搅拌速度使增强体颗粒均匀地分散在金属熔体中，以达到相互混合均匀与浸润的目的，复合成颗粒增强金属基复合材料熔体。然后可浇铸成锭坯、铸件等使用。该方法的优点是：工艺简单、设备投资少、生产效率高、制造成本低、可规模化生产。缺点是：加入的增强体颗粒粒度不能太小， 否则与基体金属液的浸润性差， 不易进入金属液或在金属液中容易团聚和聚集；普遍存在界面反应，强烈的搅拌容易造成金属液氧化，大量吸气及夹杂物混入，颗粒加入量也受到一定限制，只能制成铸锭，需要二次加工。4.4 挤压铸造法挤压铸造法是首先把SiC 颗粒用适当的粘结剂粘结，制成预制块放入浇注模型中，预热到一定的温度，然后浇入基体金属液，立即加压，使熔融的金属熔液浸渗到预制块中，最后去压、冷却凝固形成SiCp/Al。该方法的优点是：设备较简单且投资少，工艺简单且稳定性较好，生产周期短，易于工业化生产，能实现近无余量成型，增强体体积分数较高，基本无界面反应。缺点是容易出现气体或夹杂物，缺陷比较多，需增强颗粒需预先制成预成型体， 预成型体对产品质量影响大，模具造价高，而且复杂零件的生产比较困难。5 SiCp /Al 复合材料发展的建议与对策SiCp /Al 复合材料作为一种新的结构材料有着广阔的发展前景, 但要实现产业化还需做大量的研究工作。除了要对SiCp/Al 复合材料的制备工艺、界面结合状态、增强机制等方面的内容做进一步研究，其相关领域的研究及发展也应给予重视。5.1 现有制备工艺进一步完善和新工艺的开发现有工艺制备方法虽然已经成功制造了复合材料，但很难用于工业化生产且尚处于实验室研究阶段[18]。SiC 颗粒存在于铝液中，使金属液粘度提高，流动性降低，铸造时充填性变差，当颗粒含量增加至20%或在较低温度(<730℃)时，流动性急剧降低以致于无法正常浇注。另外，SiC颗粒具有较大的表面积， 表面能较大，易吸附气体并带入金属液中，而金属液粘度大也易卷入气体并难以排出，产生气孔缺陷。因此，对现有工艺的进一步完善和新工艺的开发成为下一步研究工作的主要任务。5.2 后续加工工艺的研究金属基复合材料的切削加工、焊接、热处理等后续加工工艺的研究较少，成为限制其应用的瓶颈。高强度、高硬度增强体的加入使金属基复合材料成为难加工材料[18-19]，而由于增强体与基体合金的热膨胀系数差异大引起位错密度的提高， 也使金属基复合95Hot Working Technology 2011, Vol.40, No.12材料热处理技术Material & Heat Treatment 2011 年6 月材料的时效行为与基体合金有所不同[20]。另外，增强体影响焊接熔池的粘度和流动性， 并与基体金属发生化学反应限制了焊接速度， 给金属基复合材料的焊接造成了极大困难。因此， 解决可焊性差的问题也成为进一步研究的主要方向。5.4 环境性能方面的改善金属基复合材料的环境性能方面的研究， 即如何解决金属基复合材料与环境的适应性， 实现其废料的再生循环利用也引起了一些学者的重视， 这个问题关系到有效利用资源，实现社会可持续发展，因此， 关于环境性能方面的研究将是该领域今后研究的热点。由于铝基复合材料是由两种或两种以上组织结构、物理及化学性质不同的物质结合在一起形成一类新的多相材料， 其回收再利用的技术难度要比传统的单一材料大得多。随着铝基复合材料的批量应用，必然面临废料回收的问题，通过对复合材料的回收再利用， 不但可减少废料对环境的污染还可减低铝基复合材料的制备成本、降低价格，增加与其他材料的竞争力，有利于促进自身的发展。文献[21]配制了混合盐溶剂， 采用熔融盐法成功地分离出颗粒增强铝基复合材料中的增强材料，研究结果表明，利用该技术处理颗粒增强铝基复合材料， 其回收利用率可达85%。6 结语与铝合金基体相比， 铝基复合材料具有更高的使用温度、模量和强度，热稳定性增加及更好的耐磨损性能，它的应用将越来越广泛。然而，在目前的研究中仍然存在许多疑问和有待解决的问题， 例如怎样去克服铝基复合材料突出的界面问题， 并且力求研究结果有助于改善生产应用问题； 在制备过程前后， 怎样通过热处理手段来改善成品的各方面性能；如何利用由于热失配造成的内、外应力使材料服役于各种环境。此外，原位反应中仍不免其他副反应夹杂物存在， 同时对增强体的体积分数也难以精确控制，这些都是亟待研究解决的问题。参考文献：[1] 于化顺．金属基复合材料及其制备技术[M]．北京：化学工业出版社，2006．241．[2] 吴人洁．复合材料[M]．天津：天津大学出版社，2000．[3] 沃丁柱．复合材料大全[M]．北京：化学工业出版社，2000．[4] 毛天祥．复合材料的现状与发展[M]．合肥：中国科学技术大学出版社，2000．[5] 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中国对多糖的研究始于20世纪70年代，且发展很快。由于多糖多种多样的生物活性功能以及在功能食品和临床上广泛使用，使多糖生物资源的开发利用和研究日益活跃，成为天然药物、生物化学、生命科学的研究热点。茶多糖是茶叶复合多糖的简称，由糖类、果胶、蛋白质等组成，其中多糖部分包括阿拉伯糖、木糖、葡萄糖、半乳糖、半乳葡聚等水溶性多糖。近些年来发现茶多糖还具有治疗糖尿病的功效[4]。清水岑夫（1987）研究发现，服用茶多糖链脲佐菌素诱发的高血糖小鼠血糖明显下降，最高下降率达40%；对正常小鼠腹腔注射茶多糖500mg/kg，给药7h后出现降血糖效果。王小刚等（1991）报道，分别给正常小鼠灌胃50mg/kg和100mg/kg的茶多糖，小鼠血糖浓度分别下降了14%和17%；而分别给正常小鼠腹腔注射25mg/kg和100mg/kg的茶多糖，其血糖浓度分别下降48%和52%，因此，不同给药方式降血糖的效果不同。Isiguki k.等（1992）发现腹腔注射茶多糖可使大鼠的血糖下降；将茶多糖用于糖尿病的辅助治疗，所有患者的症状均有好转。Tadadazu T.等（1998）对链脲佐菌素诱导发的高血糖模型大鼠用茶多糖灌胃，发现有明显的降血糖用用。据江和源等（2004）报道，茶多糖对正常小鼠及四氧嘧啶必糖尿病小鼠具有降血糖作用，这可能与茶多糖能减弱四氧嘧啶对胰岛β细胞的损伤或改善受损伤的β细胞的功能有关。
茶多糖是茶叶中的一种重要生物活性成分。关于茶叶多糖功能的研究很多，研究表明，茶多糖具有降血糖、防治糖尿病、降血脂、抗动脉粥样硬化、降血压、抗血栓、防治心血管疾病等作用。在已有研究中，对普洱茶多糖的功能研究较少。吴文俊等（2007）研究表明，与高职对照组对比分析茶多糖组小鼠血清TG、TC及LDL-C水平显著降低，降低率分别为40.60%、25.36%和24.38%，同时能使HDL-C水平升高73.44%。显示普洱茶茶多糖能全面抑制高脂饮食小鼠血脂升高。项目组从晒青绿茶和八级普洱茶中提取、纯化得到两种茶多糖，通过体外清除自由基DPPH的能力和体内动物实验研究这两种茶多糖的抗氧化活性。
关于茶叶的功效论文
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摘要
随着科学技术的发展，人们对茶叶有了深一步的认识，从分析成分到功效分析再到提取制备。近年来，茶叶的成分提取物已经应用到食品加工、化工、医学等领域。
关键词
茶叶 功效成分
前言
茶是我国的一种传统饮品，从古至今已有数千年历史。今天，茶叶依旧广泛受到中外人民的喜爱，成为了一种一直流行的饮料。除了因为独特的口味风韵和文化，茶受欢迎的另一个原因，便是它渐渐被发现和重视的保健功能。随着科学技术的发展，人们对茶叶有了深一步的认识，从分析成分到功效分析再到提取制备。近年来，茶叶的成分提取物已经应用到食品加工、化工、医学等领域。本文对茶叶的相关资料以及已知的功效成分当今的研究开发文献进行了归纳介绍和作出分析。
1、蛋白质
茶叶中含有大量的蛋白质，约占茶叶干重的15%-23%。在茶叶的加工过程中，茶蛋白质能与茶丹宁结合，加热后会凝固，水溶性蛋白只占总蛋白质的1%-2%，绝大部分为非水溶性蛋白，主要包括谷蛋白（约80%）、醇溶蛋白（约13%）、白蛋白（约3%）、球蛋白（1%）等。由于茶叶蛋白中80%以上的是相对分子质量很大的谷蛋白，谷蛋白分子间由二硫键和疏水基团交联而凝聚，很难被溶解，所以在正常的喝茶过程中，茶叶蛋白质对人体并无太大的营养意义，大部分蛋白质会残留在茶渣当中。
经大量科学研究指出，茶叶蛋白具有保健功能。1994年长海医院营养科蔡东联教授对动物和人体做了大量的实验，证明茶叶蛋白具有一定的保健功能[1]。Bu-Abbas A 等茶叶蛋白质抗突变的研究中发现茶叶蛋白质对接受放射治疗引起的致突变效应有保护作用。2005年活泼等人[2]研究发现非水溶性茶叶蛋白质具有明显的降血脂效果，对动脉粥样硬化和冠心病有一定的预防作用。
2、氨基酸
茶叶中已发现的氨基酸有26种，其中有6种为非蛋白质氨基酸。谷氨酸和天冬氨酸是茶叶中重要的氨基酸，在茶叶中含量最高，是构成茶叶鲜爽滋味的重要成分。
茶氨酸是茶叶中游离氨基酸的主要部分，大量存在于茶叶之中，具有焦糖香味和跟味精类似的鲜爽味。经动物实验表明，茶氨酸能使大鼠的收缩压、缩张压和平均血压有明显的下降。日本麒麟公司生产的茶饮料就添加了茶氨酸[3]。Kobayashi K等人通过对志愿者口服茶氨酸水溶液（50-200mg/mL），结果表明茶氨酸具有增强脑中α波的强度，使人放松和提高记忆力的作用[4]。经过多年研究，茶氨酸的提取和合成工艺已经相当成熟，主要有化学合成法、微生物发酵制备、植物组织培养的方法，并且已经投入工业生产应用当中。
γ-氨基丁酸也是茶叶中含有的一种有多种功能的氨基酸。通过厌氧培养，能获得含量高达150mg/100g的干茶。该种氨基酸是一种重要的抑制性神经递质，能起到一定的镇痛作用。摄取γ-氨基丁酸具有防止动脉硬化，调节心律失常的作用。它能系统参与哺乳动物心血管功能调节[5]现时市场上已有富含γ-氨基丁酸的降血压保健茶产品。
3、糖类
茶叶糖类含量为20-25%，主要是纤维素、果胶、淀粉、葡萄糖、果糖。其中可以溶于茶汤中的仅有4-5%，单糖和双糖是构成茶叶可溶性糖的主要成分。常喝茶不会使人发胖，但能满足每天人体需要热量的7%-10%。
茶多糖是由糖类、蛋白质、果胶和灰分等物质组成的，其中糖类部分为阿拉伯糖、木糖、岩藻糖、葡萄糖和半乳糖等，相对分子质量约为107000，在沸水中溶解性较好，但不溶于高浓度乙醇、丙酮、乙酸乙酯、正丁醇等有机溶剂。热稳定性较差，高温或过酸过碱条件下，都能使茶多糖部分水解。研究认为，茶叶中的这种水溶性复合多糖能有效降低血糖含量；能降低血浆总胆固醇，对抗实验性高胆固醇血症的形成，使高脂血症的血浆总胆固醇、甘油三酯、低密度脂蛋白及中性脂下降，高密度脂蛋白上升。另外，茶多糖还能与脂蛋白酶结合，促进动脉壁脂蛋白酶进入血液从而起到抗动脉粥样硬化的作用。
4、茶多酚
茶多酚占茶叶嫩梢干重的20%-35%，由约30种以上的酚类物质组成，通称为茶多酚。按其化学结构主要分成四类：儿茶素类、黄酮及黄酮醇类、花白素及花青素、酚酸及缩酚酸类。茶多酚是一种天然的抗氧化剂，其在食品工业、医学等领域早已有广泛的应用，是最早从茶叶中提取并加工利用的物质之一。其抗氧化作用主要是清除自由基，其次还可以作用于产生自由基的相关酶类，络合金属离子，间接清除自由基。
5、矿物质
茶叶中含有丰富的矿质元素。其中无机矿质元素约有27种，包括有磷、钾、硫、镁、锰、氟、铝、钙、钠、铁、铜、锌、硒等。无机态存在的矿质元素对人体吸收利用并不理想，有的甚至含有毒性，而茶叶中的矿质元素大多以有机态存在，有利于人体的吸收。
6、维生素
到目前为止，已经发现茶叶中含有维生素有10多种，主要含水溶性的B族维生素以及维生素C，还有脂溶性的维生素A、D、E、K等。通过日常对茶的饮用，能让身体对维生素有一个很好的补充。
结语
现已证实茶叶具有多种对人体有益处的成分，值得推广至广大人民日常饮用，除了可品尝到高雅的茶品，更是对身体健康有积极的影响。鉴于茶叶的功效成分，未来可以持续对其进行更深入的了解，使茶叶对人类发挥更大的作用。从经济角度看，我国是产茶大国，大批量生产剩下的碎茶、茶末、茶渣等也是富含功效成分的可利用资源，通过对其的成分提取和应用，将能获取更大的经济收益。
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摘要 ：饮茶的益处众所周知，在我国许多人将适当饮茶当作修身养性、养生保健的必要手段。但一般人都认为体育锻炼后不宜饮茶，其实适当饮茶对于体育锻炼后恢复身体机能有许多好处。本文通过阐述体育锻炼后，人身体机能的特点以及茶叶中的化学成分来分析适当饮茶对体育锻炼后恢复身体机能的作用。
关键词 ：体育锻炼；身体机能；茶叶；作用
引言：体育锻炼后，人的身体机能会产生一系列的变化，例如神经系统的兴奋度提高、身体的新陈代谢速度加快、体温升高、内脏器官的运动加剧，其外在表现主要有心率和脉搏跳动加速、血压升高、肺部需氧量增加、出汗量增加、尿频等。而茶叶中的有效成分既包括蛋白质、维生素、碳水化合物等有机物，也包括磷、钾等无机矿物质。本文介绍体育锻炼中人体机能的变化情况，进而详细分析茶叶中不同的化学成分在恢复身体机能中所起的作用。
1运动后身体机能的特点
随着时代的进步，人们物质生活水平的提高，对健康的需求越来越强烈，越来越多的人通过进行体育锻炼来调节身体机能。人们在体育锻炼后，由于能量的流失，身体机能呈下降趋势，最直接的感觉就是疲惫，这种疲劳感主要体现在三个方面：肌肉的疲劳、神经的疲劳、内脏器官的疲劳。
肌肉的疲劳：研究表明，体育锻炼后，由于乙酰胆碱在神经肌肉接点后膜的堆积，导致肌肉收缩的速度放缓，缺乏正常的兴奋、舒张交替，甚至出现肌肉酸痛，动作不协调等情况。
神经的疲劳：人体神经系统的疲劳多源于躯体的疲劳，也就是说正是由于身体的疲劳才会导致神经系统的疲劳，体育锻炼后，人通常有反应迟钝、注意力难以集中等情况发生。
内脏器官的疲劳：体育锻炼对人体的内脏器官如心、肺、胃肠等都会产生影响，主要表现为心脏的收缩功能增强，出现心跳速度加快；肺部需氧量增加，导致呼吸短促而快速；肠胃收缩功能增强，会出现肠胃不适、甚至痉挛等情况。
2茶叶中主要的化学成分
茶的保健功能主要体现在其化学成分上，茶叶的化学成分是由大量的有机物和一些无机矿物质构成。
经研究表明，茶叶的有机化合物主要有蛋白质、脂质、碳水化合物、氨基酸、生物碱、茶多酚、有机酸、色素、香气成分、维生素等。其中叶蛋白占营养成分的 20%-30% ;氨基酸的种类众多，尤其以茶树特有的茶氨酸最可贵，而且多是人体必需的氨基酸，约占总成分的1.5%-4%;碳水化合物占总成分的 25%-30%.除了这些常见的营养成分外，茶叶还有一个最重要的营养成分---10%-25%的茶多酚，它对于提高人体抗氧化功能、清除自由基、降血脂、降血压等方面都起着重要的作用。
除了有机成分，茶叶中的矿物质含量也很丰富，其中包括磷、钾、硫、镁、锰、氟、铝、钙、钠、铁、铜、锌、硒等。矿物元素是维持人体代谢的重要物质，缺少任何一种都会使人体代谢出现失调，例如缺钙就会导致骨头与牙齿发育不健全，出现四肢抽筋的情况；磷是构成细胞膜的主要成分；缺少镁会使我们的消化系统出现问题；钾是调整身体体液平衡的重要元素；氯化物主要用来参与各种腺体分泌，比如胃液、唾液等；铁是血液中血红蛋白的构成要素，缺铁会导致贫血。而人体所需的这些矿物质都可以从适当的饮茶中获得。
3适当饮茶对于运动后恢复人体机能的作用
由上文的分析我们知道，人们在体育锻炼后，会出现身体机能减弱的趋势，如果不及时消除疲劳，恢复身体机能，就会影响接下来的学习和生活的正常进行，甚至影响身体健康，而这显然与人们进行体育锻炼的初衷背道而驰。经研究证明，茶叶对于恢复身体机能有重要的作用，下面我们就用分类说明的方法来阐述适当饮茶对于运动后恢复人体机能的作用。
3.1水分
体育锻炼后，不论是饮茶还是饮水，都是为了补充人体代谢所必须的水分。水是万物之本，补充水分是恢复身体机能的第一步。人在进行体育锻炼时会大量流汗，身体在失去大量水分之后，血液中盐的浓度就会随之升高，并增加心血管运作的负担，因此如果不适时补充水分，便会连带影响到心血管功能的运作，同时，随着汗液的流失，人体内的钠、钾之类的电解质也会随之流走，而电解质的`流失会使人体的抗压力失衡，因此，适当地饮用茶水，不但会补充人体运行必要的水分，减轻心血管运行负担，茶叶中的钠、钾等矿物质也会及时补充人体所需的电解质，以帮助人体体内的压力恢复到平衡的状态。
3.2蛋白质与氨基酸
虽然茶叶中能溶于茶汤的蛋白质仅占其蛋白质总量的 1%-2%,但这部分蛋白质能够补充尤其是有氧运动后人体对蛋白质的需求；氨基酸是组成蛋白质的主要成分，茶叶中含有的氨基酸非常丰富，例如茶氨酸、谷氨酸、天门冬氨酸、苯丙氨酸、苏氨酸等，现在市场上风靡的各种运动饮料，其吸引顾客的噱头就在于它能够补充人们体育锻炼后所需的各种氨基酸。而体育锻炼后，适当地饮茶也可以起到补充氨基酸的作用，例如：茶氨酸有助于恢复胃肠功能；亮氨酸有助于缓解焦躁及紧张情绪，减轻神经系统的疲劳感；缬氨酸有利于肝功能的恢复与健康。
3.3生物碱
茶叶中的生物碱主要包括咖啡碱、可可碱和茶碱，其中咖啡碱的含量最多。咖啡碱易溶于水，它是茶汤形成味道的重要物质之一。通常人们认为，体育锻炼后不宜饮茶的主要原因就在于茶叶内含有咖啡碱，而咖啡碱是一种能够导致身体机能兴奋的物质，锻炼后饮用，必然加重心脏的负担，这样的观点显然过于片面，它没有看到咖啡碱对于恢复人体机能的作用，体育锻炼后，适当地摄入咖啡碱，有利于提神，缓解肌肉和神经系统的疲劳，促进血液循环系统的正常运转，并有助于增强胃肠消化系统的功能。
3.4糖类
糖分是人体的重要营养素，为我们每天的生活提供所消耗的能量。体育锻炼后，补充糖分有利于恢复体力，解除疲劳。茶叶中的糖类主要包括单糖、双糖、多糖三类，其中单糖和双糖为可溶性糖，易于被人体吸收。由于在我们进行长跑、马拉松跑、长距离游泳、滑雪等耐力性项目时，糖的消耗量非常大，这时适当饮茶可以及时地补充糖分，避免过度疲劳对人体造成损伤，也可以有效防止低血糖和眩晕。
3.5维生素
茶叶中含有丰富的维生素类，其中水溶性维生素主要有维生素C、B 族维生素、维生素 P和肌醇等，这些维生素溶于茶汤中，饮用后易于被人体吸收，对于恢复身体机能有重要的作用。体育锻炼后维生素 C会随着体液流失，饮茶则可以及时补充人体的维生素 C;维生素B1 有助于体内葡萄糖被利用转换成热量，加速运动过程中肝糖的消耗利用；维生素 B6 与蛋白质代谢有关，与 B1 一起补充，有利于缓解运动后的肌肉疲劳；维生素 B12 则可以促进新陈代谢，提高脂肪、醣类、蛋白质的代谢利用率，有利于身体机能的尽快恢复。
3.6矿物质
矿物质又称无机盐，它是是构成人体组织和维持人体正常生理功能所必需的元素。茶叶中含有大量可溶于水的矿物质，其中含量最多的是钾，其次是磷、钠、硫、钙、镁、锰等，除此之外它还含有多种微量元素如铜、锌、硼、硒等。体育锻炼时，通过流汗和呼吸会带走人体内的矿物元素，由于这些矿物质在人体内无法自行合成，因此必须通过外界渠道予以补充，而适当地饮茶则恰好可以满足运动后人体对矿物质的多样化需求。
4运动后适当饮茶的注意事项
由于体育锻炼后，我们的身体机能与平时的身体状况相比发生了一些变化，因此在锻炼后，饮茶时也应该特别注意，而要做到健康饮茶，就要遵循适量、适时、科学这三项原则。
所谓适量，就是饮茶时要控制好茶饮品的摄入量，切记“豪饮”、“痛饮”.运动不仅消耗能量，也消耗水分，尤其是在炎炎夏日运动大量出汗后，人们往往会觉得口干舌燥，这表明身体已经处于缺水的状态，如果不及时补充，会出现脱水的现象。但是在饮茶补水过程中也应该采取少量多次的方式，每小时的总饮茶量不宜超过 600 毫升，只有做到“适量”才会保持体内水的平衡，否则一次性大量摄入茶水，茶叶里的咖啡碱等成分会增加心脏和神经的兴奋度，进而增加心肺负担，不利于身体机能的恢复。
所谓适时，是指体育锻炼后，饮茶要把握好时间。很多人喜欢在体育锻炼后马上饮茶，来迅速缓解口渴的感觉，其实这样的饮茶习惯并不健康。一方面，人们在停止体育锻炼后，身体的各项机能还处在相对亢奋的状态，这时人体的脉搏和血压都会比平时要高，立即饮茶，显然会刺激到心脏和肠胃，使得身体产生不适。正确的饮茶时间是在体育锻炼过后的 10 分钟左右，这时候人体的心肺、肠胃已经慢慢地恢复到正常状态；另一方面，体育锻炼后马上饮水，会导致体液稀释，血容量突然增加，使心脏的负担加重，同时大量的水贮留在胃中，也会使人感到不适，降低恢复身体机能的能力。
所谓科学，是指在体育锻炼后，饮茶要注意茶的质量，实现科学饮茶。科学饮茶主要应注意以下几个方面：切忌饮隔夜茶，因为隔夜茶中的蛋白质、氨基酸、维生素等营养物质已经遭到破坏，饮用后，不但无法满足体育锻炼后对营养物质的需求，甚至会对人体产生危害；切忌饮头道茶，因为现代茶叶生产过程中难免会受到各种污染，头道茶俗称“洗茶水”,不宜饮用；切忌饮浓茶，浓茶中含有大量的茶多酚，易与食物中的铁发生作用，不利于铁的吸收，常饮会引起贫血。
5结论
综上分析可知，体育锻炼后适当的饮茶对于恢复身体机能有重要的作用，茶汤中的有机物和无机物有助于补充人体流失的营养物质，但是在饮茶过程中要注意“适当”,凡事过犹不及，只有做到适量饮茶，才会真正起到养生保健的作用，因此，为了达到体育锻炼的真正目的，提高身体素质，在体育锻炼后，适当饮茶是一个既简单又有效的方式。
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