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金属材料面临的挑战

大约到20世纪中叶,金属材料在人类的生产和生活中一直处于主导的地位,但是从20世纪中叶开始,尤其是近一二十年来,这种地位开始动摇,金属材料面临着空前的挑战,受到了巨大的压力,这种压力来自外部和自身两个方面。来自外部的压力是,从20世纪中期开始,高分子材料迅速崛起,尤其是工程塑料,从性能到应用许多方面已能和传统的金属材料相抗衡,加上其原料丰富、价格便宜、产量以惊人的速度增长,1994年全世界塑料产量已达1.13亿吨,折合成体积已与钢铁相当,似乎有取代金属之势;与此同时先进陶瓷材料也崭露头角,特别在现代电子工业中占有重要地位。事实上材料领域已经不知不觉的从金属材料的一统天下转变成金属、陶瓷、高分子材料三足鼎立的新格局;另一方面是来自自身的压力,主要是能源、资源和环境三方面,金属材料近百年的大力发展,某些主要的金属矿产资源日渐紧张,高品位的金属矿产很快减少,低品位的矿物使能源消耗和成本增加,金属工业是能源的最重要消耗者,也是严重的环境污染者,这些问题同样对金属材料今后的发展提出了挑战。在国外有人称钢铁工业已经成为一种“夕阳”工业,意思是说已经在走下坡路,它的光辉即将变得暗淡。这是一种过于悲观的论调,它对我们这样的发展中国家来说尚与事实不符,这是一种消极看问题的方法,容易产生误导。事实上,金属材料受到的挑战是一件好事,是材料科学与技术向前发展的标志,表明人类今天能够创造出更多的材料,对于金属材料而言,这种挑战也有其积极的一面,因为没有挑战,就很难有新的发展。应该把这种挑战看成是金属材料继续发展的新的动力。客观地来说,金属材料不可能完全被其他材料所取代,正如我们在前边介绍的金属材料在多种重要领域中的作用,并没有被动摇,三大类材料之间各有所长,需要相互补充,不是你死我活,而是携手共进。金属材料的部分应用为塑料或陶瓷所代用,也并非坏事,它可以使金属材料在更关键的地方发挥作用。倒是资源、能源和环境的问题,在金属材料工业的发展中必须引起充分的重视,必须找出相应的对策,这是今天赋予金属材料工作者的新的使命。 
 
随着科学技术的进步,实际上对金属材料也不断提出了新的要求,这种要求体现在两个方面,一是对已有的金属材料要最大限度地提高它的质量,挖掘它的潜力,使其产生最大的效益。为此,近二三十年来,金属材料的制造技术有非常迅速的进步,先进的冶炼技术、炉外精炼技术、铸造技术、连铸连轧技术、近终形加工成型技术、先进的热处理技术、粉末冶金技术等日新月异,与此相关的微量杂质的控制技术、微量元素的合金化技术、高纯净度低偏析技术等,在近代金属材料的发展中占有突出的地位,并有明显的创新。在此值得强调的是金属材料的多种表面技术大显神威,成为提高材料的性能、发挥材料潜力的最有效和最经济的手段,因为金属材料在使用过程中的损坏多数是从表面开始,例如腐蚀、磨损等等,而且许多受力件,例如旋转轴和弯曲梁最大应力在表面,引起断裂的裂纹源多数也在表面或接近表面的区域,这便启发人们在材料的表面去做文章,各种表面热处理工艺、表面合金化、表面改性、表面涂镀层等新技术新方法如雨后春笋,遍地开花,化学的方法、电化学的方法、物理的方法、力学的方法各显神通,一些最先进的技术都被用于这一领域,例如等离子喷涂技术、离子注入技术、激光表面猝火、激光熔凝或合金化技术、离子镀、化学镀、化学气相沉积、物理气相沉积等,在金属材料的领域中蓬勃发展。总之,金属材料在当代的发展特点之一是更突出工艺技术的发展和创新,以获取最显著的经济效益,并给金属材料的发展带来生机。 
 
现代科学技术发展对金属材料提出的另一个新的要求就是开拓金属材料新的功能,以适应更高的使用要求。近几十年来,金属材料并没有停止发展,新的合金钢,例如微合金化钢,超高强度钢、超低碳不锈钢;新的有色合金,例如Al-Li合金、钛合金;还有高温合金、金属间化合物、阻尼合金、超导合金、形状记忆合金、储氢合金、纳米金属材料、非晶态金属等都有新的发展。 
 
应该说金属材料王国是一个缤纷的世界,它渗透在人类生产和生活的每一个领域中,它们在默默无闻地造福于人类,它们的功勋是有口皆碑的,它们的光彩是永远不会熄灭的。 
 

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