2025年, 第32卷, 第4期　
刊出日期：2025-08-20

  

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专家论坛
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  机器学习在原子制造中的应用:现状、挑战与展望

  单斌, 羡秭琪, 文艳伟, 陈蓉

  金属功能材料. 2025, 32(4): 1-14. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-8192.20250130

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  随着半导体制造向原子尺度推进,纳米器件对材料种类和沉积精度的要求不断提升。原子层沉积与原子层刻蚀作为实现原子尺度精确控制的核心技术,正面临工艺参数高维度化和反应机制复杂化的挑战。传统的实验和模拟手段难以满足高通量筛选和高精度优化需求,而机器学习技术的迅速发展为解决这一问题提供了全新的范式。本文系统综述了机器学习方法在前驱体设计、反应路径预测、薄膜沉积参数优化及过程控制等方面的最新研究成果,阐述了机器学习与计算材料科学相结合在提高建模效率、提升预测精度和实现智能化工艺控制方面的显著优势。同时,分析了现阶段机器学习应用中面临的泛化性不足、数据稀疏、跨尺度融合难题等主要挑战,展望了未来融合物理信息、多尺度模型和语义数据平台等前沿技术的应用前景,以期实现原子制造领域从离线预测到在线智能控制的转型。
研究与技术
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  RE₆(Fe,Ga)₁₄相对RE-Fe-Ga-B烧结磁体抗腐蚀性能的影响规律

  孟睿阳, 张志恒, 金佳莹, 严密

  金属功能材料. 2025, 32(4): 15-21. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-8192.20240238

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  四方型RE₆(Fe,Ga)₁₄相作为“高Ga低B”永磁材料中的特征晶界相,有效提高了无重稀土钕铁硼烧结磁体的矫顽力,但该相对磁体抗腐蚀性能的影响仍缺乏研究。通过调控Nd-Dy-Fe-Ga-B磁体中Ga和B元素含量,制备了2种不同晶界相组成的烧结磁体,对比了二者磁性能及抗腐蚀性能的差异,并重点分析了RE₆(Fe,Ga)₁₄晶界相的腐蚀行为。研究发现,在w(Ga)=0.5%,w(B)=0.9%的回火态磁体中形成大量的RE₆(Fe,Ga)₁₄晶界相,相较于传统富稀土晶界相为主的w(Ga)=0.1%,w(B)=1.0%磁体来说,前者拥有更高的矫顽力及更强的抗腐蚀性能。原位腐蚀观察进一步证实,RE₆(Fe,Ga)₁₄相可有效减缓烧结磁体晶界的腐蚀进程,为高综合服役性能的烧结钕铁硼磁体设计提供了重要参考。
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  各向异性NdFeB超细颗粒的制备及磁性能

  罗琳, 张云川, 王亚, 罗现福, 马毅龙, 鲍金胜, 周晓庆

  金属功能材料. 2025, 32(4): 22-31. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-8192.20240231

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  利用经氢化-歧化-脱氢-再复合法制备的NdFeB粉末,采用NaCl固体颗粒物协同表面活性剂辅助高能球磨制备NdFeB超细颗粒,研究油酸含量、球磨时间以及NaCl对NdFeB晶体结构、磁性能、微观形貌的影响。结果表明,适量的油酸添加有助于高能球磨后形成纳米级片状颗粒,且具有较好的c轴取向。进一步添加NaCl后,在30%(质量分数)油酸含量下球磨6 h,粉末颗粒尺寸约为0.24 μm,颗粒厚度为13.98 nm,矫顽力H_c=2.48 kOe且具有较高取向度(M_r/M_s=0.841)。实验表明,NaCl协同表面活性剂高能球磨有助于制备出超薄厚度和高取向度的超细NdFeB颗粒。
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  相变材料基混合电池热管理系统研究进展

  唐可鉴, 郑晓东, 刘永超, 汪洋, 项宏发

  金属功能材料. 2025, 32(4): 32-41. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-8192.20240194

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  相变材料冷却在结构复杂性和冷却效率等方面具有应用优势,搭配其他冷却方式可弥补自身存在的热饱和等问题。在分析锂离子电池热问题及相变材料蓄热机制的基础上,重点总结了相变材料冷却以及相变材料耦合空冷、液冷和热管冷却的混合电池热管理系统的研究进展。金属材料在其中发挥着关键作用,如金属相变材料本身具有比有机和无机相变材料更好的导热性和蓄热能力,在电池和热管理系统中具有良好的应用潜力,同时在增强有机相变材料热导率和热管冷却基材等方面应用较为广泛。不可否认,综合多种冷却技术的混合电池热管理系统更有利于实际的应用。
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  厚度对钕铁硼速凝铸片显微组织的影响

  王玉磊, 吴忠旺, 吕科, 高硕, 董瑞, 张慧敏

  金属功能材料. 2025, 32(4): 42-49. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-8192.20240205

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  钕铁硼速凝铸片作为钕铁硼永磁体的前驱体,其微观结构在一定程度上影响着磁体的磁性能。使用扫描电子显微镜、能谱仪、X-射线衍射仪、激光粒度仪表征了速凝铸片的显微组织结构,建立了厚度与钕铁硼速凝铸片显微组织结构之间的关系。使用震动样品磁强计对磁粉的磁性能进行表征。结果显示,3种不同厚度下的速凝铸片中均无α-Fe相;随着铸片厚度的增加,柱状晶宽度不断增加,铸片厚度在0.30 mm及以上时出现二次枝晶;厚度为0.30 mm铸片贴辊面主相生长取向最佳,I(006)/I(105)=20.67。通过性能对比发现,随着厚度的增加,矫顽力单调递减,饱和磁化强度先升高后降低,厚度为0.30 mm铸片的磁粉饱和磁化强度最大。
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  渗氮温度对低温Hi-B钢析出物类型的影响

  张梦宇, 李军, 吴忠旺, 张慧敏, 赵宇, 郭欢

  金属功能材料. 2025, 32(4): 50-56. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-8192.20240204

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  以0.23 mm厚度的低温Hi-B冷轧板为原材料,脱碳退火后采用后天抑制剂法以NH₃作为渗氮气体完成后续工艺,利用金相分析法、透射电镜高分辨、扫描电子显微镜结合能谱分析等测试手段,研究不同渗氮温度对低温Hi-B钢脱碳渗氮板组织与析出物的影响。结果表明:在750和800 ℃渗氮条件下,组织的平均晶粒尺寸大小与脱碳板相比无显著差异。然而,在850 ℃渗氮后,平均晶粒尺寸由750 ℃的23.09 μm增大至26.19 μm。在750和800 ℃进行渗氮处理后,析出物类型均为非晶态的Si₃N₄,但当渗氮温度升高至850 ℃时,非晶态的Si₃N₄析出物中出现了微晶区。
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  厚规格热基无花镀锌板表面缺陷研究及控制

  王刚, 李志超, 门均磊, 陈统, 刘洪磊, 常智乾, 王野

  金属功能材料. 2025, 32(4): 57-66. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-8192.20240230

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  厚规格(厚度不小于2.0 mm)热基无花镀锌产品因强度高、耐蚀性好广泛应用在畜牧业、光伏支架、波纹管、钢板仓等行业。镀锌板因裸露使用,美观性和高耐蚀性要求高,所以行业内对表面质量要求严格,而厚规格热基无花镀锌板表面易产生锌流纹、麻点状漏镀缺陷,影响产品美观性及耐蚀性。为提高厚规格热基无花镀锌板表面质量,增加用户满意度,结合酸洗镀锌联合机组生产实践经验,提出优化方案。以锌流纹、麻点状漏镀为研究对象,基于扫描电子显微镜及金相显微镜等手段,表征锌流纹及漏镀宏观形貌,通过简述原料热轧基板板形波动、三辊运转状态、热轧原料表面粗糙度、镀层原板酸洗后存在难还原的氧化物或夹杂物、酸洗不干净等锌流纹、麻点状漏镀缺陷产生的影响因素,结合生产攻关经验,提出采用“双平整”工艺改善板形及表面粗糙度均匀性,优化设备状态稳定性管理、锌液温度控制等改善方案,有效降低缺陷率。
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  软磁复合材料绝缘包覆研究进展

  秦健峰, 邓志钢, 安静, 徐立红, 郭世海, 牟星

  金属功能材料. 2025, 32(4): 67-78. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-8192.20240220

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  电感元件高频化、小型化、低功耗的发展趋势,对软磁复合材料在高频下的应用特性提出了更高的要求。作为降低高频下涡流损耗的有效手段,绝缘包覆技术的发展受到广泛关注。绝缘包覆技术是软磁复合材料制备过程中的关键环节,其通过对软磁金属粉末进行绝缘包覆从而有效降低涡流损耗。从软磁金属复合材料的包覆工艺角度对有机包覆、无机包覆、无机-有机复合包覆工艺的研究现状及其特点进行综述,指出了目前绝缘包覆领域所面临的挑战与可能的发展方向。
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  Ni-B非晶态合金催化剂结构分析及研究进展

  陈子豪, 吴玺莹, 段秋玉, 陈义雄, 施岩, 张广吉

  金属功能材料. 2025, 32(4): 79-86. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-8192.20240227

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  Ni-B非晶态合金融合了非晶态合金的独特性能与金属镍的高催化活性、成本效益及易于获取等优点,在催化领域中扮演着重要角色。以Ni-B非晶态合金为主要对象,围绕Ni-B非晶态合金结构、电子转移机制、氧化机制、催化效果影响因素等多个维度进行系统分析并予以综述。
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  钢丝绳减振器物理参数调控对频响特性的优化策略

  崔锦, 于渊博

  金属功能材料. 2025, 32(4): 87-94. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-8192.20240224

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  为确保高架桥在强振状态下的安全性,需要在高架桥中设置钢丝绳减振器以改善减振系统中频响特性。设计的钢丝减振器以向心形式为主,通过螺丝钉锁定穿过的钢丝绳位置,降低钢丝绳变形幅度。分析减振器在激励作用下系统频响特性优化过程。利用数值迭代方法对减振系统频响特性非线性函数进行减值处理。实验表明,m₁=0.09 kg和m₂=0.49 kg时频响幅值的峰值最低只有0.3 m;c₁=0.69 N·s/m和c₂=1.49 N·s/m时,频响幅值的峰值最低分别为0.23和0.17 m;k₁=4.9 N/m和k₂=99.9 N/m时,频响幅值的峰值最低均为0.30 m;z_s=0.29 N时,频响幅值最低为0.33 m。以此作为质量、阻尼、刚度以及滞迟力的参数时,减振系统中频响特性最不明显,有助于优化减振系统中频响特性。
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  自聚合法Ti掺杂对LiNi_0.5Mn_1.5O₄电化学性能的影响

  黄振德, 彭迪

  金属功能材料. 2025, 32(4): 95-102. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-8192.20250061

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  采用自聚合法合成Ti掺杂LiNi_0.5Ti_xMn_1.5-xO₄(x = 0、0.01、0.03、0.05)正极材料,分析测试了不同Ti掺杂含量对LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料的结构、晶体形貌和电化学性能的影响,经过X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和扫描电子显微镜(SEM)等材料表征和电化学性能测试,结果表明:当Ti掺杂量x = 0.03时,LiNi_0.5Ti_0.03Mn_1.47O₄呈现为截角八面体的结构,且具有晶相纯度高、晶型粒径均匀的特点,以及适当的Mn³⁺含量和高度无序化FD3m空间群。在0.5 C和10 C下首次放电容量分别为134和96.5 mAh/g,常温0.5 C下经过200次循环后放电容量为125 mAh/g,容量保持率为93.3%,充放电倍率性能和容量循环稳定性相比于原始LiNi_0.5Mn_1.5O₄得到了显著提高。
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  基于绿色溶剂的钙钛矿薄膜两步法制备工艺优化

  靳果, 郭鼎, 闫奇

  金属功能材料. 2025, 32(4): 103-111. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-8192.20250001

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  溶剂毒性和金属卤化物残留是制约钙钛矿薄膜两步法制备技术应用的主要因素。采用绿色溶剂对金属卤化物进行溶解,并对钙钛矿薄膜的传统两步法制备流程进行调整,研究制备工艺优化对钙钛矿薄膜性能的影响。研究表明,绿色复合溶剂可取代传统毒性溶剂进行钙钛矿薄膜的制备,基于优化两步法的钙钛矿太阳能电池光电转换效率达到15.92%。
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  利用激光熔覆技术加工易蚀易损件合金涂层的组织特征和力学性能

  武骞, 王珂, 王侦倪, 秦妞妞, 谢燕翔

  金属功能材料. 2025, 32(4): 112-121. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-8192.20250040

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  为提升采油注水易蚀易损件(如柱塞杆和组合阀)表面的耐磨性,采用激光熔覆技术在柱塞杆和组合阀表面加工镍铬锰钼硅合金粉涂层,并通过X射线衍射物相分析、微观形貌分析、显微硬度测试、摩擦磨损性能评价和磨痕分析等,对涂层的组织特性和力学性能进行分析和评价。研究结果表明:熔覆层主要由Fe-Cr化合物构成,柱塞杆与组合阀的Fe-Cr化合物衍射峰计数分别达到4 684.87与4 621.80 cts,晶面间距为2.03与2.04 Å,相对强度均为100%。柱塞杆与组合阀均呈现树枝晶组织、平面晶及胞状组织,热影响区则呈现细小马氏体组织。柱塞杆熔覆层硬度超过500 HV,而组合阀的硬度约为300 HV,显著高于基体硬度。柱塞杆1号样品的摩擦系数在0.8以上保持稳定,而2号样品在迅速达到0.85后略有下降;组合阀的F1与F2样品则表现出较好的耐磨性,摩擦系数为0.6~0.8,而F3与F4样品的摩擦系数超过1.0,耐磨性较差。磨痕分析进一步证实了涂层的犁削与黏着磨损特征。因此,利用激光熔覆技术加工采油注水易蚀易损件的镍铬锰钼硅合金粉涂层能显著提高采油注水易蚀易损件的纳米硬度和耐磨性。
应用研究
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  超临界二氧化碳输送用X65管线钢焊接接头腐蚀行为

  吴仲文, 周琳君, 周文浩, 高擎, 王兰兰, 张鹏程, 于新攀, 武会宾

  金属功能材料. 2025, 32(4): 122-129. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-8192.20240223

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  利用扫描电镜(SEM)观察腐蚀后表面形貌和截面形貌,利用能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)分析腐蚀产物成分,利用电化学工作站对比实验钢的耐蚀性,系统研究了焊接材料对X65钢焊接接头腐蚀行为的影响。研究发现,焊接材料中Cr元素含量更高的X65钢的耐腐蚀性能较好,这是因为Cr以Cr(OH)₃和Cr₂O₃化合物的形式存在于基体表面,对基体起到了保护作用。为超临界二氧化碳输送用X65管线钢安全运行提供理论支撑和技术指导。
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  钕铁硼永磁材料电解去灰工艺

  张友亮, 张昕, 王祺岩, 李瑞雨, 王春光

  金属功能材料. 2025, 32(4): 130-134. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-8192.20240215

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  在烧结钕铁硼永磁材料前处理过程中,使用电解去灰工艺可获得性能更加优异的镀层。实验结果表明,电解去灰工艺的参数控制是钕铁硼永磁材料获得良好镀层的关键;选择的电解去灰剂为强碱性配比,有效避免了材料基体的腐蚀作用。同时还研究了电解去灰剂的浓度、温度以及阳极电流密度对镀层结合力的影响;并通过正交实验,确定了最优的电解去灰工艺条件。同步对比了超声去灰工艺,进一步证实了电解去灰工艺在镀层结合力、耐蚀性、以及对材料性能的影响等方面的优越性。