新型金属材料
材料学院 110202班 王鹏达 20110601
摘要：
金属材料在工程中一直是最重要的工程材料。随着科学技术的进步，从资源、能源和环境方面对金属材料提出了新的要求：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；二是开拓金属材料新的功能，以适应更高的使用要求。近十几年来，新型金属结构材料及功能材料不断涌现，并在现代工业中得到日益广泛的应用对新近发展的、具有优异性能和更高质量的金属材料可称之为新型金属材料.
当前开发新型材料主要为解决能源开发、利用和交通运输机械轻量化以及满足某些特种功能要求等问题.其研制途径有两条:一是在老材料基础上进一步发展;另一是研制具有特殊用途和功能的全新型金属材料。新型金属材料种类繁多，它们都属合金 。现阶段主要被认可的新型金属材料有形状记忆合金、储氢合金，非晶态金属、金属间化合物等
一、形状记忆合金
形状记忆合金是一种新的功能金属材料，用这种合金做成的金属丝，即使将它揉成一团，但只要达到某个温度，它便能在瞬间恢复原来的形状。形状记忆合金分为三类
1、单程记忆效应
形状记忆合金在较低的温度下变形，加热后可恢复变形前的形状，这种只在加热过程中存在的形状记忆现象称为单程记忆效应。
2、双程记忆效应
某些合金加热时恢复高温相形状，冷却时又能恢复低温相形状，称为双程记忆效应。
3、全程记忆效应
加热时恢复高温相形状，冷却时变为形状相同而取向相反的低温相形状，称为全程记忆效应。
SMA的形状记忆效应源于热弹性马氏体相变，这种马氏体一旦形成，就会随着温度下降而继续生长，如果温度上升它又会减少，以完全相反的过程消失。两项自由能之差作为相变驱动力。两项自由能相等的温度T0称为平衡温度。只有当温度低于平衡温度T0时才会产生马氏体相变，反之，只有当温度高于平衡温度T0时才会发生逆相变。
在SMA中，马氏体相变不仅由温度引起，也可以由应力引起，这种由应力引起的马氏体相变叫做应力诱发马氏体相变，且相变温度同应力呈线性关系。
至今为止发现的记忆合金体系：Au-Cd、Ag-Cd、Cu-Zn、Cu-Zn-Al、Cu-Zn-Sn、Cu-Zn-Si、Cu-Sn、Cu-Zn-Ga、In-Ti、Au-Cu-Zn、NiAl、Fe-Pt、Ti-Ni、Ti-Ni-Pd、Ti-Nb、U-Nb和
Fe-Mn-Si等。
最早研究成功的形状记忆合金是Ni－Ti合金，称为镍钛脑（Nitanon）。它的优点是可靠性强、功能好，但价格高。铜基形状记忆合金如 Cu－Zn－Al和 Cu－Al－Ni，价格只有Ni－Ti合金的10%，但可靠性差。铁基形状记忆合金刚性好，强度高，易加工，价格低，很有开发前途。表7－3列出一些形状记忆合金及其相变温度。
形状记忆合金由于具有特殊的形状记忆功能，所以被广泛地用于卫星、航空、生物工程、医药、能源和自动化等方面。 形状记忆合金问世以来，引起人们极大的兴趣和关注，近年来发现在高分子材料、铁磁材料和超导材料中也存在形状记忆效应。对这类形状记忆材料的研究和开发，将促进机械、电子、自动控制、仪器仪表和机器人等相关学科的发展。
二、储氢合金
一种新型合金，一定条件下能吸收氢气，一定条件能放出氢气：循环寿命生能优异，并可被用于大型电池，尤其是电动车辆、混合动力电动车辆、高功率应用等等。
目前储氢合金主要包括有钛系、锆系、铁系及稀土系储氢合金。某些金属具有很强的捕捉氢的能力，在一定的温度和压力条件下，这些金属能够大量“吸收”氢气，反应生成金属氢化物，同时放出热量。其后，将这些金属氢化物加热，它们又会分解，将储存在其中的氢释放出来。这些会“吸收”氢
气的金属，称为储氢合金。
储氢合金的储氢能力很强。单位体积储氢的密度，是相同温度、压力条件下气态氢的1000倍，也即相当于储存了1000个大气压的高压氢气。由于储氢合金都是固体，既不用储存高压氢气所需的大而笨重的钢瓶，又不需存放液态氢那样极低的温度条件，需要储氢时使合金与氢反应生成金属氢化物并放出热量，需要用氢时通过加热或减压使储存于其中的氢释放出来，如同蓄电池的充、放电，因此储氢合金不愧是一种极其简便易行的理想储氢方法。
目前研究发展中的储氢合金，主要有钛系储氢合金、锆系储氢合金、铁系储氢合金及稀土系储氢合金。储氢合金不光有储氢的本领，而且还有将储氢过程中的化学能转换成机械能或热能的能量转换功能。储氢合金在吸氢时放热，在放氢时吸热，利用这种放热－吸热循环，可进行热的储存和传输，制造制冷或采暖设备。
储氢合金还可以用于提纯和回收氢气，它可将氢气提纯到很高的纯度。例如，采用储氢合金，可以以很低的成本获得纯度高于99.9999%的超纯氢。
储氢合金的飞速发展，给氢气的利用开辟了一条广阔的道路。储氢合金，当其用于电池，具有高放电(功率)性能和优异的放电性能，此外，裂化很少，循环寿命生能优异，并可被用于大型电池，尤其是电动车辆、混合动力电动车辆、高
功率应用等等。该储氢合金具有伴随着储氢容量(H/M)变化的相变，并且当其储氢容量 (H/M)落入0.3～0.7或0.4～0.6范围内时，该储氢合金处于单一相或接近单一相的状态。
三、非晶态金属
非晶态金属是指在原子尺度上结构无序的一种金属材料。大部分金属材料具有很高的有序结构，原子呈现周期性排列（晶体），表现为平移对称性，或者是旋转对称，镜面对称，角对称（准晶体）等。而与此相反，非晶态金属不具有任何的长程有序结构，但具有短程有序和中程有序（中程有序正在研究中）。一般地，具有这种无序结构的非晶态金属可以从其液体状态直接冷却得到，故又称为“玻璃态”，所以非晶态金属又称为“金属玻璃”或“玻璃态金属”。
能形成非晶态的合金有两大类；一类是金属之间的合金，典型的有Cu60Zr40、La76Au24、U70Cr30等；另一类是金属与某些非金属（最有效的是B、P、Si）组成的合金，例如Fe80B20、Fe40Ni40P14O6和Fe5Co70Si15B10等。后一类合金最容易成为非晶态。
除熔体急冷法外，目前制备非晶态合金的实验技术和工业方法有气相沉积法、激光表层熔化法、离子注入法等，较快速、经济是化学沉积法和电沉积法。化学沉积法是利用还原剂使溶液中金属离子有选择地在活化表面上还原析出。用这种方法得到的第一个非晶态合金，是Ni-P合金，这一过程称
化学镀镍，作为金属的耐磨耐蚀镀层，现已被广泛应用。 非晶态金属具有以下特点：
1、是强度和韧性兼具，即强度高而韧性好，一般的金属这两者是相互矛盾的，即强度高而韧性低，或与此相反。其耐磨性也明显地高于钢铁材料。
2、是其优异的耐蚀性，远优于典型的不锈钢，这可能是因为其表面易形成薄而致密的钝化膜；同时其结构均匀，没有金属晶体中经常存在的晶粒、晶界和缺陷和不易产生引起电化学腐蚀的阴、阳两极。
3、是非晶态金属优良的磁学性能；由于其电阻率比一般金属晶体高，可以大大减少涡流损失，低损耗、高磁导，成为引人注目的新型材料。非晶态的铁芯和硅钢芯的空载损耗可降低60-80%，被誉为节能的“绿色材料”。
但是非晶态金属也有着致命的弱点，即其在500度以上时就会发生结晶化过程，因而使材料的使用温度受到限制。制造成本较高也是限制非晶态金属广泛应用的一个重要问题。 无定形的结构使非晶态金属具有许多比普通晶态金属优异的性能。特别是近十年来，由于生产非晶态条带的各种工艺取得进展，已有不少性能可靠的产品，使其有可能在工程上实际应用。
非晶态金属的磁导率高、矫顽力低等，加上它的高硬度和强度，是很好的磁头材料，其性能和寿命均优于普通的晶态
合金。非晶态金属的铁损小，仅为硅钢片的1/3～1/4，是较好的变压器铁芯材料。非晶态金属还具有零或负电阻温度系数的特点，可用来制作电阻器件。非晶态合金的发展方兴未艾。
四、金属间化合物
钢中的过渡族金属元素之间形成一系列金属间化合物，即是指金属与金属、金属与准金属形成的化合物。其中最主要的有σ相和Lσves相，它们都属于拓扑密排 (TcP)相，它们由原子半径小的一种原子构成密堆层，其中镶嵌有原子半径大的一种原子，这是一种高度密堆的结构。它们的形成除了原子尺寸因素起作用外，也受电子浓度因素的影响。合金元素对钢的临界点、钢在加热和冷却过程中的转变都有着强烈的影响。钢中加入合金元素经过热处理来影响钢中的转变，改变钢的组织，以得到不同的性能。
将铁块放在高温炉中冶炼，我们看到铁块慢慢发红，变软，直至最后化成铁水。高温是大多数金属的大敌，金属在高温下会失去它原有的高强度，变得“不堪一击”。而对金属间化合物来说，却不存在这样的问题。在七八百度的高温下，大多数金属间化合物只会更硬。可以说，在高温下方见金属间化合物的英雄本色。金属间化合物具有这种特殊的性能，与其内部原子结构有关。所谓金属间化合物，是指金属和金属之间，类金属和金属原子之间以共价键形式结合生成的化
合物，其原子的排列遵循某种高度有序化的规律。当它以微小颗粒形式存在于金属合金的组织中时，将会使金属合金的整体强度得到提高，特别是在一定温度范围内，合金的强度随温度升高而增强，这就使金属间化合物材料在高温结构应用方面具有极大的潜在优势。。然而事物的优劣总是一把双刃剑。伴随着金属间化合物的高温强度而来的，是它本质上难以克服的室温脆性。当30年代金属间化合物刚被发现时，它们的室温延性大多数为零，也就是说，一拉就会断。因此，许多人预言，金属间化合物作为一种大块材料是没有任何实用价值的。80年代中期，美国科学家们在金属间化合物室温脆性研究上取得了突破性进展。他们往金属间化合物中加入少量硼，可以使它的室温延伸率提高到50%，与纯铝的延性相当。这一重要发现及其所蕴含的巨大发展前景，吸引了各国材料科学家展开了对金属间化合物的深入研究，使之开始以一种崭新的面貌在新材料天地登台亮相。目前已有约300种金属间化合物可用，除了作为高温结构材料以外，金属间化合物的其他功能也被相继开发，稀土化合物永磁材料、储氢材料、超磁致伸缩材料、功能敏感材料等相继汹涌而来。金属间化合物材料的应用，极大地促进了当代高新技术的进步与发展，促进了结构与元器件的微小型化、轻量化、集成化与智能化，促进了新一代元器件的出现。
金属间化合物这一“高温英雄”最大的用武之地是将会在
航空航天领域，如密度小、熔点高、高温性能好的钛铝化合物等具有极诱人的应用前景。
五、纳米金属材料
纳米金属材料的开发对金属材料进行严重塑性变形可显著细化其微观组织，使晶粒细化至亚微米(0.1~1微 米)尺度从而大幅度提高其强度。但进一步塑性变形时晶粒不再细化，材料微观结构趋于稳态达到极限晶粒尺寸，形成三维等轴状超细晶结构，绝大多数晶界为大角 晶界。出现这种极限晶粒尺寸的原因是位错增殖主导的晶粒细化与晶界迁移主导的晶粒粗化相平衡，其实质是超细晶结构的稳定性随晶粒尺寸减小而降低所致。如何 突破这一晶粒尺寸极限，进一步细化微观组织，在继续提高金属材料强度的同时提高其结构稳定性。利用新型塑性变形技术(表面机械碾磨处理)在金属镍表层成功突破了这一晶粒尺寸极限，获得纳米级厚度并具有 小角晶界的层片结构，同时发现这种纳米层片结构兼具超高硬度和热稳定性。这种新型超硬超高稳定性金属纳米结构突破了传统金属材料的强度-稳定性倒置关系， 为开发新一代高综合性能纳米金属材料开辟了新途径。研究表明，塑性变形过程中提高变形速率和变形梯度可有效提高位错增殖及 储存位错密度，从而促进晶粒细化进程。这种新型超硬超高稳定性金属纳米结构有望在工程材料中得到应用以提供其耐磨性和疲劳性能
六、结束语
中国航空业步入高速增长，带动航空材料产业腾飞。中国将成为世界增长最快、最具发展潜力的航空市场。根据中国商飞公司的测算，中国航空客流量将以每年7.7%的速度增长，未来20年，中国总计需要新增飞机3997架。随着国产大飞机计划的推进，以及我国航空材料制造业的不断发展，航空材料国产化率会稳步提升，2010～2019年是我国新增客机需求增长最快的时期，在此期间航空合金材料的年均增长率保持10%左右。
高铁、城市轨道交通材料产业迎来爆发式增长期。随着我国高速铁路和城市轨道交通建设的加速，轨道交通用的铝合金材料、金属基复合材料以及C/C复合材料将迎来高速增长时期，其中轨道交通用铝合金材料将保持年均25%～30%的增速，总需求量将在2016年达到30.77万吨。金属基复合材料和C/C复合材料将保持年均30%以上的增速，总需求量将从目前的10万吨左右增长到2014年的25万吨。 汽车轻量化材料是汽车工业节能减排的必然选择。2011～2015年，随着中国汽车工业水平的不断提升，汽车工业节能减排的深入，中国汽车单车铝材料用量将以每年10%～12%的速度增长，到2015年中国汽车用铝量将从目前的190万吨增长至314万吨，市场增长潜力巨大。
新型的金属材料相继问世，大大扩展了金属材料的应用范
围。先进金属材料在机械工业、汽车工业、航空航天工业、电器工业中占据了愈发重要的位置。新材料是现代高新技术和产业的基础和先导。从欧美等发达国家的金属材料产业发展的历史来看，材料产业与一个国家的经济发展水平和技术发展水平有着密切的联系。目前，我国金属材料产业发展水平正处于欧美等发达国家在20世纪中后期的水平，正是发展航空航天材料和现代轨道交通材料的黄金时期。 11
新型金属材料
材料学院 110202班 王鹏达 20110601
摘要：
金属材料在工程中一直是最重要的工程材料。随着科学技术的进步，从资源、能源和环境方面对金属材料提出了新的要求：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；二是开拓金属材料新的功能，以适应更高的使用要求。近十几年来，新型金属结构材料及功能材料不断涌现，并在现代工业中得到日益广泛的应用对新近发展的、具有优异性能和更高质量的金属材料可称之为新型金属材料.
当前开发新型材料主要为解决能源开发、利用和交通运输机械轻量化以及满足某些特种功能要求等问题.其研制途径有两条:一是在老材料基础上进一步发展;另一是研制具有特殊用途和功能的全新型金属材料。新型金属材料种类繁多，它们都属合金 。现阶段主要被认可的新型金属材料有形状记忆合金、储氢合金，非晶态金属、金属间化合物等
一、形状记忆合金
形状记忆合金是一种新的功能金属材料，用这种合金做成的金属丝，即使将它揉成一团，但只要达到某个温度，它便能在瞬间恢复原来的形状。形状记忆合金分为三类
1、单程记忆效应
形状记忆合金在较低的温度下变形，加热后可恢复变形前的形状，这种只在加热过程中存在的形状记忆现象称为单程记忆效应。
2、双程记忆效应
某些合金加热时恢复高温相形状，冷却时又能恢复低温相形状，称为双程记忆效应。
3、全程记忆效应
加热时恢复高温相形状，冷却时变为形状相同而取向相反的低温相形状，称为全程记忆效应。
SMA的形状记忆效应源于热弹性马氏体相变，这种马氏体一旦形成，就会随着温度下降而继续生长，如果温度上升它又会减少，以完全相反的过程消失。两项自由能之差作为相变驱动力。两项自由能相等的温度T0称为平衡温度。只有当温度低于平衡温度T0时才会产生马氏体相变，反之，只有当温度高于平衡温度T0时才会发生逆相变。
在SMA中，马氏体相变不仅由温度引起，也可以由应力引起，这种由应力引起的马氏体相变叫做应力诱发马氏体相变，且相变温度同应力呈线性关系。
至今为止发现的记忆合金体系：Au-Cd、Ag-Cd、Cu-Zn、Cu-Zn-Al、Cu-Zn-Sn、Cu-Zn-Si、Cu-Sn、Cu-Zn-Ga、In-Ti、Au-Cu-Zn、NiAl、Fe-Pt、Ti-Ni、Ti-Ni-Pd、Ti-Nb、U-Nb和
Fe-Mn-Si等。
最早研究成功的形状记忆合金是Ni－Ti合金，称为镍钛脑（Nitanon）。它的优点是可靠性强、功能好，但价格高。铜基形状记忆合金如 Cu－Zn－Al和 Cu－Al－Ni，价格只有Ni－Ti合金的10%，但可靠性差。铁基形状记忆合金刚性好，强度高，易加工，价格低，很有开发前途。表7－3列出一些形状记忆合金及其相变温度。
形状记忆合金由于具有特殊的形状记忆功能，所以被广泛地用于卫星、航空、生物工程、医药、能源和自动化等方面。 形状记忆合金问世以来，引起人们极大的兴趣和关注，近年来发现在高分子材料、铁磁材料和超导材料中也存在形状记忆效应。对这类形状记忆材料的研究和开发，将促进机械、电子、自动控制、仪器仪表和机器人等相关学科的发展。
二、储氢合金
一种新型合金，一定条件下能吸收氢气，一定条件能放出氢气：循环寿命生能优异，并可被用于大型电池，尤其是电动车辆、混合动力电动车辆、高功率应用等等。
目前储氢合金主要包括有钛系、锆系、铁系及稀土系储氢合金。某些金属具有很强的捕捉氢的能力，在一定的温度和压力条件下，这些金属能够大量“吸收”氢气，反应生成金属氢化物，同时放出热量。其后，将这些金属氢化物加热，它们又会分解，将储存在其中的氢释放出来。这些会“吸收”氢
气的金属，称为储氢合金。
储氢合金的储氢能力很强。单位体积储氢的密度，是相同温度、压力条件下气态氢的1000倍，也即相当于储存了1000个大气压的高压氢气。由于储氢合金都是固体，既不用储存高压氢气所需的大而笨重的钢瓶，又不需存放液态氢那样极低的温度条件，需要储氢时使合金与氢反应生成金属氢化物并放出热量，需要用氢时通过加热或减压使储存于其中的氢释放出来，如同蓄电池的充、放电，因此储氢合金不愧是一种极其简便易行的理想储氢方法。
目前研究发展中的储氢合金，主要有钛系储氢合金、锆系储氢合金、铁系储氢合金及稀土系储氢合金。储氢合金不光有储氢的本领，而且还有将储氢过程中的化学能转换成机械能或热能的能量转换功能。储氢合金在吸氢时放热，在放氢时吸热，利用这种放热－吸热循环，可进行热的储存和传输，制造制冷或采暖设备。
储氢合金还可以用于提纯和回收氢气，它可将氢气提纯到很高的纯度。例如，采用储氢合金，可以以很低的成本获得纯度高于99.9999%的超纯氢。
储氢合金的飞速发展，给氢气的利用开辟了一条广阔的道路。储氢合金，当其用于电池，具有高放电(功率)性能和优异的放电性能，此外，裂化很少，循环寿命生能优异，并可被用于大型电池，尤其是电动车辆、混合动力电动车辆、高
功率应用等等。该储氢合金具有伴随着储氢容量(H/M)变化的相变，并且当其储氢容量 (H/M)落入0.3～0.7或0.4～0.6范围内时，该储氢合金处于单一相或接近单一相的状态。
三、非晶态金属
非晶态金属是指在原子尺度上结构无序的一种金属材料。大部分金属材料具有很高的有序结构，原子呈现周期性排列（晶体），表现为平移对称性，或者是旋转对称，镜面对称，角对称（准晶体）等。而与此相反，非晶态金属不具有任何的长程有序结构，但具有短程有序和中程有序（中程有序正在研究中）。一般地，具有这种无序结构的非晶态金属可以从其液体状态直接冷却得到，故又称为“玻璃态”，所以非晶态金属又称为“金属玻璃”或“玻璃态金属”。
能形成非晶态的合金有两大类；一类是金属之间的合金，典型的有Cu60Zr40、La76Au24、U70Cr30等；另一类是金属与某些非金属（最有效的是B、P、Si）组成的合金，例如Fe80B20、Fe40Ni40P14O6和Fe5Co70Si15B10等。后一类合金最容易成为非晶态。
除熔体急冷法外，目前制备非晶态合金的实验技术和工业方法有气相沉积法、激光表层熔化法、离子注入法等，较快速、经济是化学沉积法和电沉积法。化学沉积法是利用还原剂使溶液中金属离子有选择地在活化表面上还原析出。用这种方法得到的第一个非晶态合金，是Ni-P合金，这一过程称
化学镀镍，作为金属的耐磨耐蚀镀层，现已被广泛应用。 非晶态金属具有以下特点：
1、是强度和韧性兼具，即强度高而韧性好，一般的金属这两者是相互矛盾的，即强度高而韧性低，或与此相反。其耐磨性也明显地高于钢铁材料。
2、是其优异的耐蚀性，远优于典型的不锈钢，这可能是因为其表面易形成薄而致密的钝化膜；同时其结构均匀，没有金属晶体中经常存在的晶粒、晶界和缺陷和不易产生引起电化学腐蚀的阴、阳两极。
3、是非晶态金属优良的磁学性能；由于其电阻率比一般金属晶体高，可以大大减少涡流损失，低损耗、高磁导，成为引人注目的新型材料。非晶态的铁芯和硅钢芯的空载损耗可降低60-80%，被誉为节能的“绿色材料”。
但是非晶态金属也有着致命的弱点，即其在500度以上时就会发生结晶化过程，因而使材料的使用温度受到限制。制造成本较高也是限制非晶态金属广泛应用的一个重要问题。 无定形的结构使非晶态金属具有许多比普通晶态金属优异的性能。特别是近十年来，由于生产非晶态条带的各种工艺取得进展，已有不少性能可靠的产品，使其有可能在工程上实际应用。
非晶态金属的磁导率高、矫顽力低等，加上它的高硬度和强度，是很好的磁头材料，其性能和寿命均优于普通的晶态
合金。非晶态金属的铁损小，仅为硅钢片的1/3～1/4，是较好的变压器铁芯材料。非晶态金属还具有零或负电阻温度系数的特点，可用来制作电阻器件。非晶态合金的发展方兴未艾。
四、金属间化合物
钢中的过渡族金属元素之间形成一系列金属间化合物，即是指金属与金属、金属与准金属形成的化合物。其中最主要的有σ相和Lσves相，它们都属于拓扑密排 (TcP)相，它们由原子半径小的一种原子构成密堆层，其中镶嵌有原子半径大的一种原子，这是一种高度密堆的结构。它们的形成除了原子尺寸因素起作用外，也受电子浓度因素的影响。合金元素对钢的临界点、钢在加热和冷却过程中的转变都有着强烈的影响。钢中加入合金元素经过热处理来影响钢中的转变，改变钢的组织，以得到不同的性能。
将铁块放在高温炉中冶炼，我们看到铁块慢慢发红，变软，直至最后化成铁水。高温是大多数金属的大敌，金属在高温下会失去它原有的高强度，变得“不堪一击”。而对金属间化合物来说，却不存在这样的问题。在七八百度的高温下，大多数金属间化合物只会更硬。可以说，在高温下方见金属间化合物的英雄本色。金属间化合物具有这种特殊的性能，与其内部原子结构有关。所谓金属间化合物，是指金属和金属之间，类金属和金属原子之间以共价键形式结合生成的化
合物，其原子的排列遵循某种高度有序化的规律。当它以微小颗粒形式存在于金属合金的组织中时，将会使金属合金的整体强度得到提高，特别是在一定温度范围内，合金的强度随温度升高而增强，这就使金属间化合物材料在高温结构应用方面具有极大的潜在优势。。然而事物的优劣总是一把双刃剑。伴随着金属间化合物的高温强度而来的，是它本质上难以克服的室温脆性。当30年代金属间化合物刚被发现时，它们的室温延性大多数为零，也就是说，一拉就会断。因此，许多人预言，金属间化合物作为一种大块材料是没有任何实用价值的。80年代中期，美国科学家们在金属间化合物室温脆性研究上取得了突破性进展。他们往金属间化合物中加入少量硼，可以使它的室温延伸率提高到50%，与纯铝的延性相当。这一重要发现及其所蕴含的巨大发展前景，吸引了各国材料科学家展开了对金属间化合物的深入研究，使之开始以一种崭新的面貌在新材料天地登台亮相。目前已有约300种金属间化合物可用，除了作为高温结构材料以外，金属间化合物的其他功能也被相继开发，稀土化合物永磁材料、储氢材料、超磁致伸缩材料、功能敏感材料等相继汹涌而来。金属间化合物材料的应用，极大地促进了当代高新技术的进步与发展，促进了结构与元器件的微小型化、轻量化、集成化与智能化，促进了新一代元器件的出现。
金属间化合物这一“高温英雄”最大的用武之地是将会在
航空航天领域，如密度小、熔点高、高温性能好的钛铝化合物等具有极诱人的应用前景。
五、纳米金属材料
纳米金属材料的开发对金属材料进行严重塑性变形可显著细化其微观组织，使晶粒细化至亚微米(0.1~1微 米)尺度从而大幅度提高其强度。但进一步塑性变形时晶粒不再细化，材料微观结构趋于稳态达到极限晶粒尺寸，形成三维等轴状超细晶结构，绝大多数晶界为大角 晶界。出现这种极限晶粒尺寸的原因是位错增殖主导的晶粒细化与晶界迁移主导的晶粒粗化相平衡，其实质是超细晶结构的稳定性随晶粒尺寸减小而降低所致。如何 突破这一晶粒尺寸极限，进一步细化微观组织，在继续提高金属材料强度的同时提高其结构稳定性。利用新型塑性变形技术(表面机械碾磨处理)在金属镍表层成功突破了这一晶粒尺寸极限，获得纳米级厚度并具有 小角晶界的层片结构，同时发现这种纳米层片结构兼具超高硬度和热稳定性。这种新型超硬超高稳定性金属纳米结构突破了传统金属材料的强度-稳定性倒置关系， 为开发新一代高综合性能纳米金属材料开辟了新途径。研究表明，塑性变形过程中提高变形速率和变形梯度可有效提高位错增殖及 储存位错密度，从而促进晶粒细化进程。这种新型超硬超高稳定性金属纳米结构有望在工程材料中得到应用以提供其耐磨性和疲劳性能
六、结束语
中国航空业步入高速增长，带动航空材料产业腾飞。中国将成为世界增长最快、最具发展潜力的航空市场。根据中国商飞公司的测算，中国航空客流量将以每年7.7%的速度增长，未来20年，中国总计需要新增飞机3997架。随着国产大飞机计划的推进，以及我国航空材料制造业的不断发展，航空材料国产化率会稳步提升，2010～2019年是我国新增客机需求增长最快的时期，在此期间航空合金材料的年均增长率保持10%左右。
高铁、城市轨道交通材料产业迎来爆发式增长期。随着我国高速铁路和城市轨道交通建设的加速，轨道交通用的铝合金材料、金属基复合材料以及C/C复合材料将迎来高速增长时期，其中轨道交通用铝合金材料将保持年均25%～30%的增速，总需求量将在2016年达到30.77万吨。金属基复合材料和C/C复合材料将保持年均30%以上的增速，总需求量将从目前的10万吨左右增长到2014年的25万吨。 汽车轻量化材料是汽车工业节能减排的必然选择。2011～2015年，随着中国汽车工业水平的不断提升，汽车工业节能减排的深入，中国汽车单车铝材料用量将以每年10%～12%的速度增长，到2015年中国汽车用铝量将从目前的190万吨增长至314万吨，市场增长潜力巨大。
新型的金属材料相继问世，大大扩展了金属材料的应用范
围。先进金属材料在机械工业、汽车工业、航空航天工业、电器工业中占据了愈发重要的位置。新材料是现代高新技术和产业的基础和先导。从欧美等发达国家的金属材料产业发展的历史来看，材料产业与一个国家的经济发展水平和技术发展水平有着密切的联系。目前，我国金属材料产业发展水平正处于欧美等发达国家在20世纪中后期的水平，正是发展航空航天材料和现代轨道交通材料的黄金时期。 11