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| 1 | 新型钴基高温合金多尺度设计的研究现状与展望显示文摘近年来,材料基因组工程以及多尺度材料设计理论和计算方法的发展,为新型钴基高温合金的研发提供了新的思路。本文基于国内外新型钴基高温合金多尺度设计方面的成果以及本研究室多年来在该领域的研究工作,系统总结了材料多尺度计算方法在新型钴基高温合金领域的研究现状,总结了包括第一性原理、CALPHAD、相场法和机器学习方法在合金成分筛选、工艺设计和组织优化领域的多尺度耦合设计。在此基础上,针对各个研究方法的优势,展望了多尺度材料设计在新型钴基高温合金领域的发展趋势。 | 刘兴军 陈悦超 卢勇 韩佳甲 许伟伟 郭毅慧 于金鑫 魏振帮 王翠萍 | 2020 | 金属学报2020，56，1： | 21 |
| 2 | 极端工况下机械表面界面损伤与防护研究进展显示文摘分析了重大工程实施中极端环境的典型特点,简要介绍了机械表面界面科学的国内外研究现状与发展趋势,指出了相关研究的共性科学问题;针对国家重大战略需求和国际研究前沿,提出了极端工况下机械表面界面科学领域的研究发展方向;以重点方向——功能防护涂层研究为例,探讨了涂层材料与技术的发展趋势并评述了相关研究进展。 | 常可可 王立平 薛群基 | 2020 | 中国机械工程2020，31，2： | 15 |
| 3 | 钢铁企业大数据研发平台的建设与思考显示文摘通过分析当代大数据背景环境下的钢铁企业研发面临的新特点、新问题,提出了建设有助于解决钢铁企业研发问题的大数据研发平台。简要说明了构成钢铁企业大数据研发平台的钢铁冶金研发大数据管理分析服务应用系统、集成计算平台系统和机器学习平台系统的主要功能,并重点阐述钢铁企业大数据研发平台建设所遵循的主要原则和思路方法。最后通过对钢铁企业大数据研发平台建设的研究,基本可以解决钢铁企业研发过程中在数据处理或分析方面面临的问题,帮助钢铁企业研发模式实现由'经验+试错'上升到'计算+验证'的转变,同时还可以有效降低研发成本、提高研发效率,对未来钢铁企业大数据的发展具有重要的指导作用。 | 任子平 李德刚 李晓伟 王卓 | 2021 | 钢铁研究学报2021，33，11： | 7 |
| 4 | 相图热力学数据库及其计算软件:过去、现在和将来显示文摘相图热力学信息是材料设计和研发的重要基础之一。基于热力学数据库的CALPHAD (CALculation of PHAse Diagram)方法使得多元多相材料的相图热力学计算成为可能。随着材料基因组工程(Materials Genome Initiative, MGI)和集成计算材料工程(Integrated Computational Material Engineering, ICME)的发展,各种材料的热力学数据库及计算软件不断涌现。本文结合本课题组在该方向的研究工作对相图热力学数据库及其计算软件的过去进行了简单回顾,并对现状以及未来的发展趋势进行了讨论。 | 刘树红 金波 傅太白 曾银平 都昌发 杜勇 郑洲顺 | 2019 | 中国科学:化学2019，49，7： | 5 |
| 5 | 40Cr轴面激光熔覆Ni60数值模拟显示文摘目的针对激光熔覆过程中熔池内部复杂的传热和对流现象,分析激光功率和扫描速度对熔池内部温度场、流场演变和分布的影响。方法采用双椭球热源模型,建立了40Cr轴面基体激光熔覆Ni60粉末过程的三维温度场流场数值模型,并进行试验验证。结果熔覆过程形成了近似椭球体的熔池,最高温度位于移动光斑中心偏后方,达到了2080.4 K;熔池内部金属流体形成了2个方向相反的旋流,熔池表面边缘受马兰戈尼对流的影响流速最大,达到了0.49 m/s。通过对比试验和模拟获得了熔覆层截面最高温度,最高温度最大相对误差为10.1%,数值模型具有较高的准确性。结论扫描速度对熔池存在时间和形状的影响要大于激光功率,激光功率对流场的影响大于扫描速度。研究结果为轴面激光熔覆成形提供相关理论依据。 | 许明三 陈相档 王建国 叶建华 韦铁平 | 2022 | 精密成形工程2022，14，5： | 4 |
| 6 | 论新材料与制造科学体系在高科技和产业化中的作用显示文摘当下高科技与产业化正在快速融合,一方面,为我们提供着丰富的知识、经验、信息与灵感.另一方面,制造业的发展是全球竞争的热点,材料科学又是制约制造业发展的短板.本文通过对互相渗透的7个观点进行深层次分析,论证了走中国道路创建新材料制造科学体系是迎接制造业全球竞争的前瞻性战略布局,是独立培育制高点的举措,是全面贯彻落实五大理念,建设制造强国的重点工作:1)从宏观层面分析全球高科技对材料科学提出的新挑战,指出材料组织演化理论是迎接这一挑战的共同基础;2)从学科内涵的相互联系上揭示了半个世纪以来材料组织演化机理及有关知识单元发展的4个阶段,并论证了材料组织演化理论及相应的知识工具是新材料与制造业的理论支柱;3)阐明了今天的新型产业链是学科交叉和群体性技术革命的产物;4)分析了国际上创立新材料制造科学体系对我国的借鉴意义;5)提出了走中国道路创立新材料制造科学体系必须全面贯彻落实五大理念;6)描绘了新材料制造科学体系的路线图,并强调了'十三五'期间面临的紧迫任务与拟采取的措施;7)创建新材料制造科学体系是迎接制造业全球竞争的前瞻性战略布局,是全面贯彻落实五大理念,建设制造强国的重点工作. | 金展鹏 蔡格梅 苏柳梅 樊星 郑峰 | 2016 | 中国科学:技术科学2016，46，9： | 4 |
| 7 | QT600球墨铸铁激光熔覆数值模拟与实验研究显示文摘目的揭示QT600球墨铸铁激光熔覆动态演化过程的机理,为球墨铸铁熔覆过程中拓宽熔覆材料范围、优化工艺参数、改进熔覆质量提供理论依据。方法同时考虑移动高斯热源、材料物性参数温变影响、熔池表面张力和浮力对熔融态金属流动的Marangoni效应等因素,建立球墨铸铁激光熔覆多场耦合三维数值模型。通过QT600球墨铸铁激光熔覆实验,利用Zeiss−SIGMA HD场发射SEM观察熔覆层的形貌及显微组织,采用QNESS−Q10M硬度仪测试熔覆层和基体显微硬度。结果在光源中心形成了“椭球”状热影响区,沿激光扫描方向温度明显呈单峰分布,且周期性前移,流速在1 s时达到0.24 m/s,前半部熔池呈顺时针环流,后半部熔池呈逆时针环流,在活性元素影响下将导致熔池环流发生逆转。受温度梯度的影响,光斑后方呈收缩状应力带。数值模拟熔覆层形貌与实验一致,显微组织形态符合快速凝固原理的变化规律,验证了模型的有效性,熔覆层硬度明显高于基体,约为基体的1.6倍。结论数值模拟揭示了温度场、流场、塑性应力场瞬态演变规律,实验表明激光熔覆IN625合金粉末可有效改善球墨铸铁件的表面质量,提高其力学性能。 | 许彦 李昌 贾腾辉 陈馨雪 韩兴 | 2022 | 表面技术2022，51，7： | 2 |
| 8 | 基于集成学习及多源数据适配的液态金属材料计算软件平台显示文摘液态金属材料在热控与能源、增材制造、生物医疗、柔性智能机器等领域有着特殊的优势。但是,新型液态金属材料的设计却一直是工业界的巨大挑战。这是由于液态金属是长程无序、无晶体、无晶粒的非晶态合金,基于第一性原理或有限元分析的传统材料计算方法难以适用,液态金属材料的设计只能靠无限重复的人工制备实验来进行,设计效率低下。同时又由于液态金属材料的这种非晶态合金特性,使得其材料性能主要取决于材料组份构成,而不是材料的工艺加工过程。因此,本工作设计研发了一种数据驱动的集成学习软件平台,用于代替液态金属材料设计的人工制备实验。首先,该软件平台在材料制备实验室和材料检验实验室部署了一种物联中间件和多源异构数据适配器,其能够自动的将制备实验室和检验室的材料实验与检验数据采集到云服务端,并结构化的存储于材料知识图谱中。而后,基于采集到的材料知识图谱数据,我们设计了一种液态金属集成计算神经网络,能够学习液态金属材料的组份与特定性能之间的关联模式。最后,软件平台提供了RESTful计算接口,能够在平台上自行调整液态金属材料的组份,预测该材料对应的性能。该软件平台目前已部署于我们的合作企业,实际对比实验结果表明,该软件平台能够较为有效的预测液态金属材料性能,显著的减少液态金属材料设计的人力投入,提升设计效率。 | 舒超 潘梓文 陈陟 母昆杨 杨志恒 谢诚 | 2022 | 稀有金属2022，46，5： | 1 |
| 9 | 现代材料设计研究进展显示文摘材料设计的提出是材料科学发展的一个里程碑,是材料科学方法论的一次革命。本文介绍了材料设计的概念,材料设计的发展现状,材料设计前景展望等。材料设计的基础是材料物性数据库,材料设计的理论和模型需用量子化学、固体物理和宏观系统工程知识。而伴随着量子力学、固体物理等学科在理论上不断完善,以及计算机技术的飞速发展,形成了具有新功能、高性能的材料研究和开发的技术手段,即按照所需要的宏观性能,从原子、分子层次设计出满足要求的材料设计方法。材料设计的发展必将大大缩短新材料的研制周期,从而带来巨大的社会、经济效益。 | 王玉 李青山 | 2016 | 材料保护2016，49，S1： | 1 |
| 10 | 一种理论计算材料平衡相图方法的介绍显示文摘研制一种新型的材料,了解其准确的相图和热力学信息是十分必要的,本文介绍了一种通过理论计算得到材料平衡相图的方法,即CALPHAD方法,同时介绍了一种以该方法为基础热力学计算软件系统——Thermo-Calc软件。 | 周凡 | 2019 | 山东工业技术2019，，1： | 1 |
| 11 | Si-Mn系TRIP钢贝氏体转变温度的计算与实验显示文摘采用热力学分析分别对Si-Mn系TRIP钢在平衡与非平衡条件下的T0温度进行了评估,从而获得了贝氏体转变上限温度的计算方法;同时采用Thermo-Calc热力学计算软件并结合TQ6接口模块以及自建数据库,通过Compaq Visual Fortran 6软件编程计算了多元体系实验钢的贝氏体转变下限温度。结果表明:热力学计算方法获得的平衡及偏平衡条件下T0温度的平均值,与实测值较接近;通过对临界退火后奥氏体的MS进行计算并用于预测贝氏体转变下限温度,其计算结果与实验结果吻合较好。 | 孟丹 董超 何燕霖 李麟 | 2015 | 材料热处理学报2015，36，9： | 0 |
| 12 | 亚稳FCC Ti的点阵常数评估显示文摘在高能机械研磨过程以及薄膜和多层复合材料中观察到了亚稳态FCC Ti。但已有文献报道的FCC Ti的点阵常数具有很大差异。采用两种方法研究了亚稳块状(粗晶)FCC Ti的点阵常数:(1)由稳定的含Ti二元FCC合金的试验数据直接外推;(2)二元FCC合金的第一性原理计算。由于大多试验数据来源于纳米尺度的Ti晶体,故在上述两种方法的基础上进一步研究了晶粒尺寸效应对纳米晶FCC Ti点阵常数的影响,最终评估得到的亚稳态FCC Ti的点阵常数与测量值吻合较好。 | 梁鹏 鲁晓刚 姜超 | 2020 | 上海金属2020，42，4： | 0 |
| 13 | Ti2AlNb基合金高温氧化初期热力学分析显示文摘运用相图计算技术,研究Ti-22Al-xNb(x=0~30%,摩尔分数)合金在1 000℃氧化的初始氧化产物,并预测Ti-22Al-27Nb和Ti-22Al-15Nb合金在此温度下氧化初期的各相质量分数及相组成的变化。结果表明:随氧分压增大,基体中的Bcc_B2相向Hcp_A3相转变以溶解增加的O(氧)。合金中元素的氧化顺序为Al,Ti,Nb。Al2O3,Halite(TiO)和NbO分别在氧分压为4.72×10^-32,4.11×10^-30和5.53×10^-25 MPa时出现。随氧分压增大,Ti与Nb的氧化产物均往含氧量更高的方向发展。与Ti-22Al-27Nb相比,Ti-22Al-15Nb合金中NbO和NbO2的质量分数明显减小,而Al2O3的质量分数显著增加。 | 杨家俊 刘立斌 赵云 章立钢 | 2020 | 粉末冶金材料科学与工程2020，25，2： | 0 |
| 14 | 编者按显示文摘21世纪的材料科学家和工程师通过开发新一代的先进材料,试图解决人类面临的诸多挑战。缩短材料从研发到应用的时间,是推动一个具有强大竞争力的制造业和经济增长的原动力。从材料研发到应用需要漫长的周期,其主因是材料在研究与开发过程中主要依赖于经验直觉和反复实验的试错法;旷日持久的实验周期;理论研究、材料设计与制备和工程应用等过程通常由不同的团队完成,数据不能有效共享。随着材料科学理论和计算机技术的发展,部分传统实验可以用更加快速高效的测试方法和计算模拟替代,逐步建成集高通量实验、高通量计算模拟和智能化数据库管理为一体的材料集成计算创新平台。美国政府率先启动了旨在保持其全球竞争力的“材料基因组计划”,该计划预期实现将这些模拟方法、集成工具和相关数据库渗透到从材料发现、优化、制备到实用化的整个流程,减少实验量,提高预测能力,从而将材料的平均研发周期缩短到目前的一半。在2013年《科学通报》第35期“材料基因组计划”专辑中,我们组织了国内外专家,对材料计算模拟、高通量实验和数据库建设及管理三大方向进行了探讨[1-14]。第一性原理计算在揭示机理、描述物理现象的本质等方面无可替代,随着计算精度的提高和计算速度的倍增,已成为材料领域中的重要研究工具。但是大多数第一性原理计算量大耗时,对多元多相体系复杂的晶体及组织结构、有限温度下的材料性质等计算困难更大,无法达到工程应用所需要的精度。而计算热力学和计算动力学方法依据材料热力学和相变动力学等理论,结合由实验数据优化得到的模型参数集合(即材料基础数据库),能够计算真实工程材料体系的热力学、动力学及物理性能,以及模拟相变和组织演变过程。将其与第一性原理计算紧密结合,可最大限度地发挥各自的优势。上述计算方法属于多尺度集成计算中的微观和介观环节,配合有限元分析方法、计算力学等宏观尺度计算,可以构建旨在研究多元多相材料的微观组织结构和性能,进行材料理性设计的材料集成计算创新平台。其中材料数据库发挥着重要作用,而高质量的数据库必须建立在大量高精度的实验数据以及理论计算数据之上。建设材料集成计算创新平台,并将其成功地应用到先进材料的设计、生产和使用中,是“材料基因组计划”实施的初衷。“‘材料基因组’计算模拟应用”专题的重点在于展示将计算模拟与新型材料开发密切结合的工作。组稿文章涉及钢铁材料、Ti合金等重要结构材料(镍基高温合金以及部分功能材料已在前面专辑中讨论)以及生产制备这些材料必不可少的凝固过程,希望能够抛砖引玉,推动基于“材料基因组”理念的计算模拟在工业生产中的应用[15-18]。鉴于材料数据库的重要性,本专题还包括一篇详细介绍热力学优化、建立热力学数据库的文章[19],以及一篇讨论应用第一性原理计算材料力学性能的文章[20]。 | 朱静 鲁晓刚 王卓 | 2014 | 科学通报2014，59，10： | 0 |
| 15 | 多尺度模拟计算方法在超高温高熵陶瓷材料中的应用进展显示文摘超高温高熵陶瓷材料以难熔金属碳化物、硼化物、氮化物等为组元,具有较高的硬度、高温强度以及良好的热稳定性,已成为超高温陶瓷领域研究的热点方向之一。与传统材料相比,超高温高熵陶瓷涉及复杂成分空间、多个尺度维度、极端多场耦合服役环境,采用传统经验试错法开发超高温高熵陶瓷效率过低,故而需要改变材料研究范式,依靠多尺度模拟计算方法提高超高温高熵陶瓷研发与应用效率。本文首先简要介绍了具有代表性的多尺度材料计算方法,进而综述了多尺度材料计算方法在超高温高熵陶瓷研究中的典型应用成果,最后对多尺度材料计算方法在超高温高熵陶瓷研究中的前景进行了展望。 | 鲁楠 何鹏飞 种晓宇 胡振峰 梁秀兵 | 2023 | 宇航材料工艺2023，53，1： | 0 |
| 16 | 基于Sauer-Freise方法的Co-Mn体系fcc相互扩散系数的研究显示文摘为了测定Co-Mn二元系fcc相的互扩散系数,实验制备了Co/Co-20at%Mn、Co/Co-32at%Mn和Co/Co-40at%Mn三种扩散偶,分别置于不同温度和时间条件下进行扩散,并采用电子探针显微成分分析(EPMA)得到扩散微区的成分浓度曲线,运用Sauer-Freise方法进而拟合得到互扩散系数。研究表明:本实验得到的扩散系数与日本学者Iijima的实验结果基本一致,但在950℃及1100℃温度下,当Mn含量高于20at%时,两者数据相差较大,故在高Mn区仍需补充扩散实验。 | 吴雪婷 鲁晓刚 朱娜琼 何燕霖 | 2015 | 上海金属2015，37，5： | 0 |
| 17 | Ni-Al-Ru三元系1273K和1473K等温截面的试验和优化计算研究显示文摘计算热力学(CALPHAD)方法基于试验以及第一性原理计算等数据,优化模型参数,建立计算热力学数据库。这是建立多元多相材料成分–工艺–组织结构–性能之间定量关系的关键基础。通过对Ni-Al-Ru三元体系的试验和CALPHAD研究,阐明材料基因组(MGI)方法计算–试验–数据库三位一体的研究理念,这也一直是CALPHAD方法的主要特征。采用平衡合金法和扩散偶法制备Ni–Al–Ru三元合金样品,利用能谱分析(EDS)和电子探针显微分析(EPMA)对Ni-Al-Ru三元系1273K和1473K的等温截面进行测定。评估前人的优化工作和文献报道的相平衡数据,运用CALPHAD方法,基于相平衡和第一性原理计算数据,利用Thermo-Calc软件构建合理的热力学模型并优化模型参数,建立合理自洽的Ni-Al-Ru三元体系的热力学数据库,进而与其他高温合金体系相结合,建立完备的高温合金热力学数据库。 | 毛芯茹 吴雪婷 鲁晓刚 | 2021 | 航空制造技术2021，64，18： | 0 |
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