通过扫描电镜观察和能谱分析研究了一种工业纯铁中第二相和夹杂物粒子对氢鼓泡或氢致裂纹形成的影响．结果表明，每一个氢鼓泡均有一个形核点，氢致裂纹起源于形核点处．氢鼓泡通过裂纹在氢压作用下连续或不连续扩展而长大．大多数（88%）氢鼓泡的形核点处发现有第二相或夹杂物粒子．这些夹杂物的化学成分主要为Ti、Al、Si、Mn、和S．对这些氢鼓泡的形成进行了分析，并且提出了氢鼓泡形核的新机理．

对铸造镍基高温合金M963在900℃下的低周疲劳行为进行了研究,实验采取轴向总应变控制,应变速率分别为4×10-3s-1和1×10-4s-1.实验结果表明：在相同的总应变幅下,合金在低应变速率下具有较低的寿命,这归因于与时间相关的机制如氧化的损伤作用.对疲劳断面以及断裂试样的纵向剖面进行扫描电子显微分析发现,疲劳裂纹通常萌生于试样表面或亚表面的碳化物或铸造缺陷处,在两种应变速率下疲劳裂纹的萌生和扩展都呈穿晶形式.

系统地研究了铸态和淬火态Fe81(Ga1-xMx) 19 (x = 0, 0.1, 0.2, 0.3; M = Si, Ge, Sn)合金的相组成和磁致伸缩特性。结果表明：Si、Ge元素分别添加到Fe81Ga19合金中保持了合金的A2相结构。添加少量的Si、Ge（x = 0.1）不会降低合金的饱和磁致伸缩值，其中淬火态Fe81(Ga0.9Ge0.1)19样品的饱和磁致伸缩值比淬火态Fe81Ga19合金明显提高；此后，增加Si、Ge含量，抑制了Ga-Ga原子团簇的形成，破坏了产生大应变时的最佳原子占位，造成饱和磁致伸缩值显著下降。铸态和淬火态Fe81(Ga1-xSnx)19 (x = 0.1, 0.2, 0.3)合金为A2和FeSn(Ga)双相结构。随着Sn含量的增加，非磁性FeSn(Ga)相的数量增加，合金的饱和磁致伸缩值呈降低趋势。其中，在铸态Fe81(Ga0.9Sn0.1)19合金中获得了最大的饱和磁致伸缩值，为41 ppm，略高于铸态Fe81Ga19合金。

采用区熔定向凝固方法，制备<110>取向Tb0.36Dy0.64(Fe1-xCox)2 (x ≤ 0.15)超磁致伸缩合金棒。研究了不同晶体生长阶段合金棒的轴向择优取向和磁致伸缩性能。结果表明，合金棒下部富稀土相呈网状分布，而中部和上部富稀土相平行排列，磁致伸缩性能较下部更高。本实验条件下制备的<110>取向Tb-Dy-Fe-Co合金棒，240 kA/m磁场中的磁致伸缩不均匀度小于6 %。

应用基于密度泛函与密度泛函微扰理论的平面波赝势方法计算了一组不同晶格常数下hcp结构金属Zr的声子谱及相应的静态总能，由此得到不同晶格常数下的自由能，由准谐近似及自由能极小判据得到自由能与温度的关系，进而计算了热膨胀系数、体弹性模量、定容及定压摩尔热容与温度的关系，计算结果在较宽的温度范围内与实验相符。对热膨胀系数，同时应用德拜-格林奈森模型进行了计算，并与第一原理方法的结果进行了比较。对摩尔热容的计算考虑了电子的贡献，表明在高温区电子热容的贡献不能忽略

研究了Fe-Co-Nd-Nb-B非晶合金的玻璃形成能力和软磁性能。结果表明，合金中加入6%的Nb，可有效地扩大过冷液相区到87K，提高合金的热稳定性。判据和过冷液相区判据具有相似性，显示出Nb含量为6%时具有最大的玻璃形成能力。非晶合金具有较好的软磁性能，在低于玻璃转变温度40K退火40分钟，可使软磁性能得到显著改善，最大比饱和磁化强度提高到157.3 Am2/kg，而矫顽力降低到0.2—1.2 A/m。非晶合金退火后的结构弛豫和超精细磁场的增加导致了软磁性能的提高。

采用超声疲劳实验机分别确定了双态和网篮两种组织的Ti-6Al-4V合金在105～109周次范围内的疲劳寿命(S-N)曲线，并用扫描电镜观察疲劳断口，结果表明，这两种组织的Ti-6Al-4V合金的S-N曲线保持下降趋势，在105～109周次均没有水平段，都不存在传统意义的疲劳极限，在109时，双态组织的疲劳强度稍高于网篮组织；断口形貌分析表明，随着应力幅的降低，二者的断裂形式都发生了由表面到内部的转变。与加载频率为25Hz时的疲劳结果进行比较后发现，超声疲劳加载条件下，疲劳强度升高，疲劳寿命延长，且频率对网篮组织合金疲劳性能的影响大于对双态组织的影响。

以Bollmann提出的O点阵理论为基础，采用科学计算软件Matlab模拟了2个bcc(或fcc)晶体相界面的位错网络，尝试了单个至多个O胞的模拟，成功模拟出了具有Cube-on-cube取向关系的2个bcc晶体任意取向相界面上的位错网络。

本文通过对氮含量为1.2%的高氮奥氏体不锈钢施加不同变形量的压缩变形，研究了冷变形对钢组织和力学行为的影响。研究结果表明，实验钢在最高变形量达到56%的冷变形过程中未发现有α’马氏体形成。变形初期时钢中孪晶和滑移共同参与变形，孪晶对滑移有强烈的阻碍作用。随变形量的增加，孪晶受到滑移线的切割，孪晶界逐渐模糊。高氮钢的加工硬化指数随变形量增加而降低。当冷变形至56%时，钢的屈服强度提高了2倍左右，抗拉强度提高了1倍左右，分别达到1645MPa和1870MPa。通过对比分析氮在几种奥氏体不锈钢中的作用，认为氮通过短程有序而非降低层错能的方式促进位错的平面滑移，提高钢的加工硬化能力。

采用旋转弯曲疲劳实验研究了含V的38MnVS钢与不含V的38MnS钢在不同状态(热锻态和退火态)下的疲劳破坏行为。结果表明，V元素主要通过析出强化和组织细化的机制而改善铁素体＋珠光体型非调质钢的疲劳性能。在热锻态，V的碳氮化物V(C,N) 呈细小弥散分布，且与铁素体间保持共格关系，具有明显的析出强化和细化组织作用，铁素体的强化使得疲劳裂纹萌生和扩展的抗力提高，因而38MnVS钢的疲劳性能明显优于38MnS钢；在退火态，V(C,N)质点长大，与铁素体间失去共格关系，不再具有明显的析出强化作用，因而退火态38MnVS钢的疲劳性能明显低于热锻态，而与38MnS钢的疲劳性能相当。

本文通过在Gleeble1500热模拟试验机上进行单轴热压缩试验，研究了共析钢过冷奥氏体在A1~Ar1之间变形时的组织演变。实验结果表明：形变初期，沿原始奥氏体晶界形成铁素体，随着应变量的增加，铁素体生长前沿珠光体形核，动态铁素体相变向动态珠光体相变转变，珠光体向原始奥氏体晶内推进，直至相变完成。片层珠光体一旦生成，继续变形，同时发生两个过程，一是渗碳体片层出现扭折或弯曲，由于Gibbs-Thomson效应，珠光体中渗碳体溶断、球化，这类渗碳体粒子尺寸较大，最终主要分布在铁素体晶界；二是渗碳体分解，碳原子在铁素体内位错周围聚集形成气团，随着铁素体晶粒的回复，渗碳体又重新析出，这类渗碳体粒子尺寸较小，主要分布在铁素体晶粒内部。由于这两类渗碳体尺寸明显不同，在一定阶段，渗碳体尺寸分布会表现为明显的双峰。但因为每一类渗碳体粒子内以及两类渗碳体粒子之间都会出现熟化过程，铁素体晶内渗碳体粒子会逐步减少。Gibbs-Thomson效应在渗碳体球化过程中发挥了主要作用。另外过冷奥氏体形变过程中铁素体的等轴化主要依赖于动态回复与再结晶。在合适的变形工艺条件下可以得到亚微米级铁素体+颗粒状渗碳体双相复合组织。

基于热传输、溶质传输等基本传输过程及晶粒生长物理过程，建立了单相合金凝固过程微观组织及枝晶形貌演化的三维数学模型，并提出了新的生长模型和新的单元捕获规则，新规则在三维立方有限差分单元的基础上保证了晶粒在各个随机的优先生长方向生长时的枝晶连续性，并较好的在三维立方网格中体现出了晶粒形貌。此外，模型中考虑了成分过冷、曲率过冷和晶粒随机各向异性生长等重要因素。数值模拟结果表明，所建数学模型能够合理描述晶粒沿任意角度生长的过程，温度场、溶质场和微观组织形貌的模拟计算结果合理。多晶核定向生长模拟结果表明，多晶核定向竞争生长达到稳定状态时，枝晶间的一次枝晶臂间距与初始形核数目无关。本文所建立的模型和晶粒捕获规则适用于进一步定向凝固微观组织演化的研究。

利用放电等离子烧结技术，采用纳米颗粒非晶晶化的创新制备路线，通过调整放电等离子烧结的工艺参数，制备获得了纯稀土金属钕的非晶态、非晶与纳米晶双相结构和超细纳米晶的块体材料。利用高分辨透射电镜表征了制备材料的显微结构。通过热力学分析，得出钕超细纳米晶块体材料由hcp相向bcc相转变的温度约为650ºC，相对于传统的粗晶材料降低了约200ºC。对传统粗晶和超细纳米晶的纯钕块体材料分别测定了电阻率、热导率和热膨胀系数及其随温度的变化规律，发现纯钕超细纳米晶的电阻率较传统粗晶材料明显升高，而热导率与传统粗晶相比则降低了约３倍。

对冷轧IF 钢进行表面机械研磨处理（SMAT），获得表面为纳米晶、晶粒尺寸沿厚度方向逐渐增大的梯度结构。对梯度结构进行组织观测和织构分析。结果表明：冷轧IF钢的表面纳米化主要是通过位错运动实现的，织构的存在对纳米化行为并不构成影响；在晶粒细化和取向差逐渐增大的过程中，织构组分并不发生改变，但强度持续下降，直至完全消失；对于体心立方金属，纳米化的进程主要取决于轧面织构，其中具有 {100} 或 {111} 面织构的晶粒更容易细化。

利用扫描电镜组织观察、X射线衍射结构分析以及电子探针定量成分分析对Mg-Zn-La系富Mg角300℃的固态相平衡进行了研究。结果表明，300℃时，在Mg-Zn-La系存在一个线性化合物(Mg,Zn)92La8(T相)；而且在Mg-Zn-La系富Mg角存在一个由此线性化合物和(Mg)相组成的宽阔的两相区，以及(Mg)+MgZn相+T相的三相区。

采用透射电子显微束和能量色散X射线光谱技术，研究了低碳微合金钢中Nb、V、Ti的碳氮化物在不同温度保温后的回溶行为。结果表明，Nb-V-Ti微合金钢中存在尺寸明显不同的两类析出，较大析出颗粒尺寸在80 nm以上，其心部是(Nb, V, Ti) (C,N)，而边部为(Nb, Ti) (C,N)，较小的析出颗粒尺寸在20 nm以下，其类型为(Nb, Ti) (C,N)。两类析出物的Nb/Ti原子比均随回溶温度的升高而减小。在V-Ti微合金钢中，Ti的存在对V的回溶具有拖曳作用，提高了V的碳氮化物的热稳定性。Nb-V-Ti微合金钢中，由于Nb、V、Ti之间综合作用使得V具有更高的热稳定性。

本文用观察液态锡表面氧化行为和撇取表面氧化渣的方法研究了微量元素 Ge 对液态 Sn在 大气和250 ℃条件下表面抗氧化性能的影响，并与纯锡的氧化行为进行对比；配合 X 射线光电子能谱仪（XPS）、扫描电子显微镜（SEM） 研究了合金表面元素的含量、价态，及合金氧化后的表面形貌。结果表明当微量元素 Ge 浓度达到0.01 wt% 时，大气下液态锡表面具有很好的抗氧化性能， 同时微量元素元素在液态锡表面高度富集。XPS分析表明表面富集的Ge为氧化态，初步确定其以4价氧化物形式存在。作者认为，静态液面氧化时，Ge在液态锡中迅速偏析，并形成一种保护性的致密氧化膜，是提高液态锡的抗氧化性能的原因。

为利用可见光能实现对金属材料的光电化学防腐蚀，采用阴极电沉积法制备了具有可见光光电响应的WO3薄膜电极。考察了其制备工艺条件和光反应体系组成对电极光电响应性能的影响。结果表明：沉积电位-0.45 V （相对于饱和甘汞电极），沉积时间1600 s，烧结温度400 ˚C时电极光电性能较好；在光电化学电池中，阳极室添加空穴捕获剂如甲酸和升高溶液pH，有利于光电流输出。在阳极室溶液组成为0.5 mol•dm-3 Na2SO4+0.5 mol•dm-3 HCOOH (pH 9.6)时，WO3 薄膜电极在可见光光照下可对4 mol•dm-3 NaCl 溶液中金属Cu进行光电化学防腐蚀。这为利用可见光实现对金属防腐蚀提供了一条新的途径，具有广泛潜在的应用前景。

通过对金属液滴在落管中下落过程中热量散失以及重力水平的计算讨论了落管在微重力研究上的局限性。为了克服落管凝固实验中微重力效应和过冷效应难以区分的问题，本文选取熔点低、发射率低以及比热较高的Al、Cu合金体系来尽量消除熔滴下落过程中的温度差别，采用硅油快淬的凝固方式来对比研究熔滴在落管中下落前后的微观组织。研究结果表明这种实验方式可有效突出微重力效应对合金凝固过程的影响，一定程度上拓展了落管在材料研究上的范围。

采用高速电弧喷涂技术制备含有非晶相的铁基涂层,涂层由晶化相和非晶相共同组成。对涂层的极化行为和交流阻抗行为进行了研究, 涂层AC1（FeCrWMnBCSi）中含有较多的非晶相，在Tafel线性极化区具有最低的自腐蚀电流，在阳极极化时表现出钝化趋势。涂层的电化学阻抗谱均可采用R(Q(R(QR)))型等效电路来进行分析，涂层AC1较其他涂层相比具有更大的电化学反应电阻。在这一系列的电化学反应实验中，涂层AC1的耐蚀性最好。

采用倒相法在Cu箔上制得与Cu箔结合牢固的多孔复合膜，以其作阴极，纯锡作阳极进行脉冲电沉积，锡通过多孔复合膜的微孔沉积在铜箔上，然后在氩气气氛中热处理，得到具有复合结构的Sn基合金电极，用作Li离子电池的负极。SEM和EDS能谱分析以及模拟电池的电化学性能测试结果表明：与通常的在裸Cu箔上直接电沉积Sn并热处理的Sn电极相比，这种具有复合结构的锡电极具有更好的循环性能和更高的循环容量，首次放电容量达到538.3 mA•h/g，50次循环后充电（Li离子的脱出）循环容量保持率仍有85.5%。