高性能铜合金及其加工技术 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:冶金工业出版社

作者:刘平

出品人:

页数:276

译者:

出版时间:2005-5

价格:29.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787502437299

丛书系列:

图书标签:

• 铜合金
• 高性能材料
• 金属材料
• 加工技术
• 材料科学
• 金属工程
• 铸造
• 热处理
• 机械加工
• 材料性能

深入探索现代冶金的基石：高熵合金的理论、制备与前沿应用 图书简介 本书旨在全面而深入地探讨当前材料科学领域中最具突破性的研究方向之一——高熵合金（High-Entropy Alloys, HEAs）。作为一种颠覆传统合金设计理念的新型金属材料，高熵合金以其由五种或更多等原子或近等原子比的主元素构成的特征，展现出前所未有的热力学稳定性、优异的力学性能、杰出的耐腐蚀性及高温抗蠕变能力。本书不仅系统梳理了高熵合金的理论基础，更详细阐述了其主要的制备工艺和面向未来的前沿应用领域，是冶金工程师、材料科学家、相关专业学生及研究人员的必备参考书。 第一部分：高熵合金的理论基石与结构特性 第一章：合金设计的范式革命：从传统合金到高熵合金 本章首先回顾了经典合金设计理论，如 Hume-Rothery 规则，并指出这些理论在面对多主元体系时的局限性。随后，引入高熵合金的概念，阐述其核心特征——即晶格的无序度和巨大的混合熵如何驱动体系倾向于形成简单、稳定的晶体结构（如面心立方、体心立方或六方密堆积）。 详细讨论了高熵合金体系的热力学驱动力。重点分析了混合熵（Mixing Entropy）在降低吉布斯自由能中的关键作用，解释了“高熵稳定化效应”。同时，引入了无序度参数，如熵值、$Omega$ 参数和 $delta$（原子尺寸差异）参数，这些参数成为预测高熵合金是否形成单一固溶体而非复杂金属间化合物的有效工具。 第二章：晶体结构与微观结构演变 高熵合金的微观结构远比传统二元或三元合金复杂。本章深入剖析了在不同化学成分和热处理条件下，高熵合金可能形成的几种主要结构： 1. 单相固溶体（Single-Phase Solid Solutions）： 重点分析了 FCC、BCC 结构在高熵合金中的稳定性及其对宏观性能的影响。探讨了在 BCC 体系中观察到的独特塑性变形机制。 2. 多相结构（Multi-Phase Structures）： 探讨了如何通过成分调控诱导 L12、B2 等有序相的析出，以及这些析出相对强度和韧性的协同增强作用。 3. “鸡尾酒效应”与局域短程有序（SRO）： 阐述了由于原子尺寸和电子结构差异导致的局域原子排列不均匀性，以及这种短程有序对材料弹性模量和扩散行为的影响。 第三章：核心性能的起源：机械性能与变形机制 高熵合金区别于传统合金的标志性特征之一是其优异的机械性能组合——高强度与高塑性的兼得。 高强度机制： 详细分析了“高熵效应”带来的本征硬化，即由于晶格畸变引起的巨大应力场，阻碍位错运动。探讨了“迟滞效应”（Lattice Distortion Effect）对固溶强化（Solid Solution Strengthening）的贡献远超传统合金。 形变孪晶与失效行为： 针对FCC类型高熵合金，讨论了在不同应变率和温度下形变孪晶（Twinning）的激活机制，以及孪晶诱发的塑性（Twinning-Induced Plasticity, TWIP）如何提高材料的加工硬化率。对于BCC类型，则重点研究了低温脆性转变（DBTT）的抑制与高韧性保持。 蠕变与疲劳行为： 阐述了高熵合金在极端温度下的抗蠕变能力，这主要归功于其高混合熵降低了点缺陷的迁移率，以及复杂的晶格环境抑制了晶界滑移。 第二部分：高熵合金的制备工艺与技术挑战 第四章：基础制备技术：从熔炼到快速凝固 本章系统介绍了制备高熵合金的几种主要技术路线，强调了工艺参数对最终微观结构和性能的决定性影响。 1. 传统熔炼与铸造技术： 详述了电弧熔炼（Arc Melting）和真空感应熔炼（VIM）在制备高熵合金时的操作规程，包括气氛控制、坩埚材料选择的重要性，以及随后的均质化退火（Homogenization Annealing）对消除元素偏析的关键作用。 2. 粉末冶金技术： 重点介绍机械合金化（Mechanical Alloying）在制备难熔或反应活性高的体系中的优势，以及随后的热压烧结（HIP）或放电等离子烧结（SPS）技术。 3. 先进凝固技术： 深入探讨了激光熔覆（Laser Cladding）和电子束熔炼（EBM）在制备高熵合金涂层和复杂构件中的应用，特别是这些技术如何实现快速冷却，从而抑制传统铸造中容易析出的脆性金属间化合物。 第五章：非平衡态制备与新型结构实现 为了突破传统热力学平衡的限制，本章聚焦于通过快速凝固或高能输入实现新型微结构。 快速凝固技术： 详细介绍雾化法（Atomization）制备细小、均匀粉末的过程，以及喷射凝固（Melt Spinning）在获得非平衡、亚稳态高熵合金薄带方面的应用。 增材制造（Additive Manufacturing）： 探讨选择性激光熔化（SLM）和电子束熔化（EBM）在复杂高熵合金零部件制造中的潜力与挑战。分析了增材制造过程中特有的快速加热/冷却循环如何影响晶粒生长、残余应力以及微观相的形成。 高压扭转与塑性变形： 介绍通过大塑性应变引入纳米晶结构或亚结构（如亚晶界、位错缠结），以进一步提升材料强度的技术路径。 第六章：高熵合金的表面工程与功能化 除了结构材料应用外，高熵合金在功能材料领域也展现出巨大潜力。本章探讨了如何通过表面改性技术赋予材料特定功能。 耐腐蚀性增强： 分析高熵合金在不同介质中形成的钝化膜的特性。探讨了例如 Cr、Al 含量对形成致密、高保护性氧化层的贡献。 热障涂层（TBCs）应用： 讨论了含有稀土和难熔元素的氧化物基高熵陶瓷（HECs）作为下一代热障涂层的潜力，重点关注其低导热率和高热稳定性。 催化与电化学性能： 介绍高熵合金纳米颗粒在电催化反应（如析氧反应 OER）中的应用，分析其高表面活性和稳定性的结构根源。 第三部分：前沿应用与未来展望 第七章：极端环境下的高性能结构应用 本章聚焦高熵合金在需要抵抗极端载荷、温度和腐蚀的尖端工业中的应用实例。 航空航天发动机： 阐述了高熵合金涡轮叶片材料或高温结构件替代镍基/钴基超合金的可行性，重点关注其在 1000°C 以上的长期稳定性和抗氧化性能。 核能工业： 讨论了高熵合金作为先进反应堆（如快堆或聚变堆）结构材料的潜力，包括其对中子辐照损伤的独特抗性——即高熵特性对辐照钉扎和缺陷迁移的抑制效应。 深海与油气工业： 分析高熵合金在深海高压、高盐度环境中的抗硫化物应力腐蚀开裂（SSC）和氢脆的优异表现。 第八章：跨界融合：高熵复合材料与新型体系 为了进一步拓宽应用边界，本章探讨了将高熵合金与其他材料结合形成的复合体系。 高熵金属基复合材料（HE-MMCs）： 介绍碳化硅（SiC）、氮化硼（BN）等陶瓷颗粒增强的高熵合金基体，以实现强度和硬度的协同提升。 高熵金属间化合物： 深入探讨了有序的 L12 或 B2 相如何被设计和控制，用于极端刚度或磁学应用。 高熵功能材料前沿： 展望如高熵铁酸盐（HE Ferrites）在先进磁存储和铁氧体器件中的潜在用途，以及如何利用其复杂的局域磁结构设计新颖的磁热效应材料。 结论与展望： 本书最后总结了高熵合金领域当前面临的关键科学与工程挑战，包括微观结构控制的复杂性、本构方程的建立难度、以及大规模、低成本制备技术的缺乏。同时，展望了通过计算材料学（如高通量计算和机器学习）指导下一代“理性设计”的高熵合金体系的未来方向。本书旨在激发研究人员的创新思维，推动高熵合金材料从实验室走向工业化应用。

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读完此书，最大的收获不是记住了多少公式，而是对“高性能”这三个字有了全新的、更具颗粒度的理解。作者成功地构建了一个知识体系，清晰地展示了如何通过对合金成分的精确调控和对加工过程的精细控制，将传统铜材的性能推向极限。书中对于疲劳寿命、蠕变抗性和导电导热性能之间的权衡取舍的讨论，充满了工业界的智慧。它不是空谈理想化的材料参数，而是非常务实地指出了在现有工艺条件下，实现特定目标所必须跨越的技术壁垒。这种脚踏实地的精神贯穿全书，使得每一次阅读都充满了发现的乐趣。它不仅教会了我如何“制造”高性能铜合金，更重要的是，教会了我如何像一位材料科学家那样去“思考”材料的潜力与限制。对于任何渴望在金属材料领域深耕的人来说，这本书都是一次不可多得的、高价值的知识投资。

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初次接触这本书时，我其实是带着一种“碰运气”的心态，因为市面上关于金属加工技术的书籍往往偏重于操作指南，缺乏对根本原理的深入剖析。然而，这本书完全颠覆了我的预期。它的叙事风格非常流畅且富有洞察力，尤其是在讲述热处理工艺对铜合金组织性能调控这一部分时，简直是行云流水。作者并没有停留在简单的“加热-保温-冷却”的描述上，而是详细剖析了不同气氛、升温速率以及冷却介质如何微妙地影响析出相的形貌和分布，进而导致宏观性能的巨大差异。我尤其赞赏其中关于动态恢复与再结晶过程的描述，用词精准，逻辑清晰，即便是初次接触该领域的工程师也能迅速抓住核心。阅读它，就像是获得了一把万能钥匙，能打开理解现代精密制造中那些“为什么”的大门。它让我意识到，看似简单的加工步骤背后，其实蕴含着极其精妙的物理化学规律，绝对是实践指导理论升华的典范之作。

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这本书的排版和图示质量给我留下了极其深刻的印象，这在很多技术专著中是难以见到的。那种高质量的扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）图像，清晰地展示了纳米级甚至亚纳米级的结构特征，配合文字说明，简直是直观的教科书级别演示。特别是关于增材制造中铜合金的熔池动力学分析章节，那些复杂的热-力耦合模拟结果被清晰地以三维渲染图的形式呈现出来，极大地降低了理解难度。它不仅关注了材料的“是什么”，更深入探讨了“如何控制”和“未来趋势”。我感觉作者是一位非常注重细节和用户体验的专家，每一个图表、每一个表格都经过了精心的设计和校对，确保信息传递的准确无误。对于那些依赖视觉辅助学习的读者而言，这本书的视觉呈现质量，无疑是其价值的重要组成部分，它让那些原本抽象的材料学概念变得触手可及。

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我尝试用一种更为挑剔的眼光来看待这部作品，希望能找出它可能存在的局限性。但坦白说，要挑出硬伤非常困难。如果非要说一点，那就是它对某些特定小众应用领域（比如深海勘探用特殊耐腐蚀铜合金）的着墨稍显保守，但考虑到其整体的宏观定位，这或许是一种必要的取舍。这本书的伟大之处在于其广度与深度的完美平衡。它不仅涵盖了从基础理论到先进加工方法的完整链条，还对未来材料设计理念进行了前瞻性探讨，比如如何利用高熵合金的原理去改良传统铜基体。这种包罗万象却又不失焦点的写作手法，使得它既能作为本科高年级学生的参考用书，又能成为企业研发部门进行技术攻关时的“智囊团”。它不是一本快餐式的技术手册，而是一部需要反复研读、常读常新的工具书。

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这部厚重的著作，当我刚翻开它的时候，就被那种严谨扎实的学术氛围深深吸引住了。作者显然是这一领域的资深专家，从基础的材料科学原理出发，层层深入到那些错综复杂的微观结构演变机制。我特别欣赏书中对经典理论的梳理，那种条分缕析的论述方式，仿佛一位经验丰富的导师在身边耐心讲解。比如，在阐述晶界扩散和位错运动对合金强度的影响时，书中引用的数据和实验佐证都非常详尽，让人对铜合金的力学性能有了脱胎换骨的理解。它不仅仅是一本教科书，更像是一部详尽的实验手册，对于那些希望从理论层面彻底掌握高性能铜合金设计思路的研究人员来说，绝对是案头的必备良器。阅读过程中，我时常需要停下来，对照着图谱和公式进行思考，体会到作者在提炼复杂概念时所下的巨大心力。总而言之，这是一部立足于前沿，却又根基稳固的学术精品，对于提升从业者的理论视野和工程实践能力，有着不可估量的价值。

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