摘要：较全面，系统地综述了有关超细拉子（微米、纳米级）的添加对合金材料性能的影响， 并对弹性和刚度、强度、塑性等方面的影响进行介绍和说明。
前言：
超细粒子因其所具有的表面效应、体积效应及量子尺寸效应等性质而备受人们青睐， 把超细粒子添加入合金， 使不同粒子间产生性能的协同效应， 更有助于改善和提高其性能。它可以解决纳米材料使用过程中的诸多问题， 降低其成本， 提高其实际使用效果。
目前国外定义较严格并被较多采用的是平均粒径小于3微米的粉体被称之为超细粒子；根据我国超细粒子技术领域的现状及国情，定义粒径小于30微米的粉体为超细粒子。超细粉体通常又分为微米级、亚微米级及纳米级。粒径大于1μm的粉体称为微米材料，粒径大于0.1μm小于1μm的粉体称为亚微米粉体，粒径处于1-100nm的粉体称为纳米材料。
本文综合前人研究成果，讨论这些超细粒子的填充量、表面改性、界面处理等对合金材料的韧性、拉伸强度等性能的影响。超细粒子可以作合金材料的增韧剂、结晶成核剂等，改善合金材料的热学性能和力学性能，具有很好的工业前景。而超细粒子对合金材料的添加由来已久，并且在工业上已有广泛应用。例如：1995年福特和丰田公司开始使用Duralcan公司铸造的20SiC颗粒增强铝基复合材料作制动盘；Duralcan公司制造的20%Al2O3颗粒增强铝基复合材料也应用于驱动轴。目前，超细颗粒在合金材料中的分散是使合金室温韧性和强度得到提高的主要途径之一，同时细小粒子在基体中的弥散分布又能有效阻止晶粒长大，达到提高合金再结晶温度的目的。例如：在Mo—Ti合金中引入超细纳米TiC粉末，制备Mo—Ti—TiC合金，合金性能有显著提升。随着航空、航天以及原子核能等前沿领域的发展，对合金各方面性能的要求日益苛刻，如何进一步改善力学性能以及热学性能成为其发展的关键所在。
1.超细粒子添加前的制备和预处理
超细粒子凝集力很强，给它在基体中的分散带来很大难度，在研究超细材料的过程中，其性能被充分利用存在的瓶颈就是超细粒子分散稳定性的问题。[1]因此纳米粒子在基体中的分散均匀程度成为影响合金材料性能的关键因素。在制备和预处理过程中的防团聚问题上，从国内外各期刊发表的论文情况来看，湿化学法制备超细粉的分散研究非常广泛，而物理法制备超细粉的分散研究较少.微米颗粒在液相、气相中的分散己形成成熟理论，在固体聚合物中的分散大部分是經验的，目前，在制备过程中主要采取的方法[2]有加表面活性剂、有机溶剂洗涤、共沸蒸馏、冷冻干燥等，在预处理过程中有溶剂法，冷冻干燥法，超I临界干燥法和微波干燥法等。
2.超细粒子添加对材料力学性能的影响
合金材料的力学性能是指金属材料抵抗各种外加载荷的能力，其中包括：弹性和刚度、强度、塑性、硬度、冲击韧性，断裂韧度及疲劳强度等，它们是衡量材料性能极其重要的指标[3]。而超细粒子添加到合金中体现的力学性能主要具有如下的特点：高强度和高韧性，高比强度和高比模量，抗蠕变和抗疲劳性好，高温性能好，断裂安全性高等。
根据相关文献记载，董晟全等人[4]用超细粒子AlN添加入A1-7Si合金中，发现：其增强相A1N 颗粒尺寸约80nm呈颗粒均匀分布于（A1）基体晶粒内，Al一7Si中的共晶硅主要以棒状形态分布于 （A1）基体的晶界上。这是因为面内生长所形成的细小增强体能阻碍位错滑移，使材料的强度提高，伸长率降低。A1N 的异质晶核作用细化了A1-7Si的初生α-（A1）和共晶硅，使材料在断裂前可承受较大的变形。郭永春等[5]用TiO2 超细颗粒添加入铝合金液反应制备了Al3Ti/LY12合金材料，发现：Ti02与LY12铝合金液反应后生成约40 nm的Al3Ti颗粒，弥散分布在LY12基体合金中，由于A13Ti/LY12界面良好结合，使复合材料的强度、塑性、均比LY12铝合金有显著地提高。综合国内现有研究结果，已成功实验的各种合金的强度和塑性都会有不同程度的提高。采用不同添加的方法在金属熔体中形成了大量的纳米颗粒，这些纳米颗粒在熔体中的运动行为使其能够均匀弥散的镶嵌在基体的晶粒中。合金的这种纳米颗粒在微米级晶粒中的弥散镶嵌结构使得合金在受力时，会产生了高密度并且均匀分布的位错。同时纳米颗粒在金属熔体凝固过程中形成分散，与基体保持良好的共格或半共格的界面关系。根据共格界面强化机理，强度和塑性都将提高。这些是合金强度和塑性都能提高的主要原因。
3. 超细粒子添加对材料导电性能的影响
纯铜在电接触材料工作过程中表面易生成或组成的氧化膜，在长期工作状态下，导电率较差的氧化膜会集中覆盖在电接触材料的表面，接触电阻迅速增大，在电弧高压作用下，接触表面温升过高，甚至产生熔焊现象，从而导致电接触材料失效。郭忠全[6]用超细粒子Sn、Bi、Sb、Zn添加入铜基中，发现：添加2wt%的Bi能够有效提高材料的抗电弧侵蚀性能和抗氧化性，且材料的导电性能满足电接触材料的要求。
通过向材料中添加超细粒子，发挥各组分之间的协同作用，可开发出高效和稳定的电极材料。邓景泉[7]通过在铜基中添加AlN纳米粒子，由于添加相是绝缘体，所以铜在基体中的导电机理占主导地位。用经典理论解释导电现象，由于纳米相的加入，驰豫时间缩短，电导率下降。铜的导电性能优异，仅次于银。对于添加超细粒子材料的电导率，其影响因素很多，没有完善的理论解释。因为加入AlN纳米粒子对合金工艺参数必定有影响，对于致密的合金的导电象解释都是用经典的理论定性解释，还没有定量的解释。对非致密材料的导电，只能从试验的结果来分析，可以得出工艺参数对导电率的影响。
结语：
经过近半世纪发展，通过超细粒子添加技术制造出的新型功能合金材料已经在航空航天、汽车、军工等重要领域取得广泛应用，而规模化的应用也促使合金材料研发向更优异的综合性能、更优成型加工工艺性方向发展，随着我国工业不断发展，研发新型金属合金材料的需求非常迫切。为此，通过了解超细粒子的添加对合金性能的影响，预测未来的研究方向，深入开展金属材料性能提升等工作，特别是开展超细粒子构型仿真研究，可以加快高性能、易加工金属合金材料的研发进程，结合新型的制备超细粒子分散技术，有望使金属合金材料的性能获得革命性的提升。
参考文献：
[1]李青山，张金朝，宋鹂等掺锑二氧化锡超细粉水分散体系的制备[J]， 玻璃与搪瓷2002，4（301 22-24
[2]李松杰，侯翠红，张宝林？液相法制备纳米氧化锡防团聚方法综述[J]， 化学研究，2005，16（4）105.107
[3]《材料力学性能》 作 者：刘春廷 出版社： 化学工业出版社 出版时间： 2009年08月
[4]董晟全，郭永春，李高宏.纳米AIN颗粒增强铝基复合材料的制备与力学性能研究[J].热加工工艺，2000，3：43—47.
[5]郭永春，李建平，李高宏. 原位自生纳米AI Ti/LYI2复合材料的组织及性能[J].热加工工艺，2002，2：28—29.
[6]郭忠全. 高性能铜基电接触复合材料的研制及强化机理研究[D].山东大学，2011.
[7]邓景泉. 铜基/n-AlN功能复合材料的成分、组织及性能研究[D].合肥工业大学，2008.
项目基金：辽宁科技大学2018年大学生创新创业项目（201810146008）