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新型快速高精度主动学习算法的开发:以MAX相晶体的材料力学性能预测为例

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工程科学学报 2023年第11期45卷 1896-1907页

作者：李娜宗甜心王鲁宁北京科技大学材料科学与工程学院北京100083 北京科技大学数理学院北京100083 北京材料基因工程高精尖创新中心北京100083

近年来,MAX相晶体由于独特的纳米层状的晶体结构具有自润滑、高韧性、导电性等优点,成为全球的研究热点之一.其中M2AX相晶体兼具陶瓷和金属化合物的性能,同时具有抗热震性、高韧性、导电性和导热性,但是由于该类材料的单相样品实验制备... 详细信息

近年来,MAX相晶体由于独特的纳米层状的晶体结构具有自润滑、高韧性、导电性等优点,成为全球的研究热点之一.其中M2AX相晶体兼具陶瓷和金属化合物的性能,同时具有抗热震性、高韧性、导电性和导热性,但是由于该类材料的单相样品实验制备比较困难,从而限制了其发展.主动学习是一种利用少量标记样本可以达到较好预测性能的机器学习方法,本文将高效全局优化算法与残差主动学习回归算法相结合,提出了一种改良的主动学习选择策略RS-EGO,基于169个M2AX相晶体的数据集,对M2AX相晶体的体模量、杨氏模量与剪切模量进行建模与预测寻优,通过计算模拟的方式来探索材料性能从而减少无效的验证实验.结果发现,RS-EGO在快速寻找最优值的同时具有较好的预测能力,综合性能要优于两种原始选择策略,也更适合样本量较少的材料性能预测问题,同时选择不同的结合参数会影响改良算法的优化方向.通过在两个公开数据集上运用改良算法证明了其有效性,并给出了结合参数的选择,设计不同结合参数下的模型实验,进一步探究不同参数对模型优化方向的影响.

关键词： MAX相力学性能主动学习高效全局优化材料性能预测

相场法研究AlCuMnNiFe高熵合金富Cu相析出机理

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物理学报 2023年

作者：王凯乐杨文奎史新成侯华赵宇宏北京科技大学北京材料基因工程高精尖创新中心中北大学材料科学与工程学院太原科技大学材料科学与工程学院

BCC和FCC结构共存的高熵合金通常具有优异的综合力学性能，Al元素可以促进含Cu高熵合金由FCC向BCC结构转变。本文基于Chan-Hilliard方程和Allen-Cahn方程，建立AlxCuMnNiFe高熵合金三维相场模型，模拟了AlxCuMnNiFe高熵合金(x=0.4、0.5... 详细信息

BCC和FCC结构共存的高熵合金通常具有优异的综合力学性能，Al元素可以促进含Cu高熵合金由FCC向BCC结构转变。本文基于Chan-Hilliard方程和Allen-Cahn方程，建立AlxCuMnNiFe高熵合金三维相场模型，模拟了AlxCuMnNiFe高熵合金(x=0.4、0.5、0.6、0.7)在823K等温时效时纳米富Cu相的微观演化过程。结果表明，AlxCuMnNiFe高熵合金时效时会产生两种复杂核壳结构：富Cu核/B2s壳以及B2c核/FeMn壳，通过讨论分析发现形成的B2c对纳米富Cu相的形成起到抑制作用，这种抑制作用随着Al元素的增加而变大；结合经验公式做出AlxCuMnNiFe高熵合金富Cu相的屈服强度随时效时间的变化曲线，得到峰值屈服强度的时效时间和合金体系，可以为时效工艺提供参考。

关键词：相场法高熵合金富Cu相弹性能

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本征耐高温电极化储能聚合物电介质研究进展

高电压技术 2023年第3期49卷 1055-1066页

作者：查俊伟黄文杰杨兴万宝全郑明胜北京科技大学化学与生物工程学院北京材料基因工程高精尖创新中心北京100083

具有高能量密度、高耐热性和低介电损耗的介电聚合物是先进电力电子应用的理想材料,例如用于电容器的高温储能薄膜。由于高极化和低介电损耗是两个相互矛盾的性质,因而只能在高介电常数(εr)和较低的损耗之间争取最佳的平衡。对于本征... 详细信息

具有高能量密度、高耐热性和低介电损耗的介电聚合物是先进电力电子应用的理想材料,例如用于电容器的高温储能薄膜。由于高极化和低介电损耗是两个相互矛盾的性质,因而只能在高介电常数(εr)和较低的损耗之间争取最佳的平衡。对于本征型聚合物电介质,介电常数源于电子、原子和偶极极化。然而由于聚合物分子链的性质,碳氢基电介质的电子和原子极化的介电常数被限制在5以下,偶极极化提高固有介电常数是有效的。为此围绕实现本征偶极玻璃聚合物高介电常数获得高储能密度的同时降低介电损耗的设计策略展开,从主链和侧链角度分析冻结链动力学阻止电子传导降低介电损耗的可行性,同时从电子结构角度揭示抑制传导电流的机制,在保持高εr和高玻璃化转变温度(tg)的同时实现高温下高的储能密度,最后对薄膜电容器用极性聚合物研发的难点和重点进行总结和展望。

关键词：电极化介电常数介电损耗结构设计储能

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二元组合材料芯片电化学性能的高通量表征

稀有金属 2020年第6期44卷 561-570页

作者：林玉彤杨杨庞晓露乔利杰宿彦京高克玮北京科技大学北京材料基因工程高精尖创新中心北京100083 北京科技大学材料科学与工程学院北京100083

尝试了利用丝束电极方法(wire beam electrode,WBE)对Cu-Cr,Ni-Cr系二元成分连续分布组合材料芯片的腐蚀电位、电偶电流密度等电化学性能进行了高通量测试和表征,并与常规电化学方法(交流(AC)阻抗、电偶腐蚀实验)的结果进行了对比。丝... 详细信息

尝试了利用丝束电极方法(wire beam electrode,WBE)对Cu-Cr,Ni-Cr系二元成分连续分布组合材料芯片的腐蚀电位、电偶电流密度等电化学性能进行了高通量测试和表征,并与常规电化学方法(交流(AC)阻抗、电偶腐蚀实验)的结果进行了对比。丝束电极方法测试二元组合材料芯片的结果表明,对于Cu-Cr系二元组合材料芯片而言,随着组合材料芯片中Cr含量的不断增加,腐蚀电位不断正移,电偶电流密度不断减小,耐蚀性能增强;对于Ni-Cr系二元组合材料芯片而言,随着组合材料芯片中Cr含量的不断增加,腐蚀电位不断正移,耐蚀性能增强。同时,电偶电流密度也随着Cr含量的增加而增大,这主要与Cr含量较高的芯片区域中出现第二相有关。丝束电极方法在100 s内就完成了对二元组合材料芯片的高通量电化学测量,且与常规电化学方法测试的结果一致,证明了丝束电极方法作为一种新的高通量电化学表征方法具有可行性。

关键词：组合材料芯片高通量电化学表征丝束电极

粗大柱状晶Fe-36Ni因瓦合金的高温流变行为

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塑性工程学报 2022年第11期29卷 153-164页

作者：蔡晨李俞锜谷宇李静媛北京科技大学材料科学与工程学院北京材料基因工程高精尖创新中心北京100083 北京科技大学材料科学与工程学院钢铁共性技术协同创新中心北京100083 太原钢铁(集团)有限公司先进不锈钢材料国家重点实验室山西太原030003

针对Fe-36Ni因瓦合金在高温变形过程中易出现裂纹、热塑性较差的问题,使用Gleeble-1500热模拟试验机进行了等温热压缩实验,研究了温度为950~1150℃、应变速率为0.01~10 s^(-1)下Fe-36Ni因瓦合金的高温变形行为。采用-(∂θ/∂σ)-σ曲线... 详细信息

针对Fe-36Ni因瓦合金在高温变形过程中易出现裂纹、热塑性较差的问题,使用Gleeble-1500热模拟试验机进行了等温热压缩实验,研究了温度为950~1150℃、应变速率为0.01~10 s^(-1)下Fe-36Ni因瓦合金的高温变形行为。采用-(∂θ/∂σ)-σ曲线分析了实验合金的临界再结晶应力,基于Arrhenius方程建立了Fe-36Ni因瓦合金的高温本构方程,并通过电子背散射衍射观察了变形后的微观组织。结果表明,因瓦合金在实验条件下均可发生再结晶,且临界再结晶应力随温度的升高及应变速率的降低而降低,变形激活能Q为292.46 kJ·mol^(-1),与Fe和Ni的自扩散激活能相近。通过观察变形后的微观组织发现,不论是在晶粒水平还是晶内亚结构水平,合金中均存在明显的组织不均匀现象。综上所述,不同于一般合金,变形和再结晶困难并不是该实验材料热塑性差的主要原因,其粗大柱状晶导致的高温变形组织不均匀性才是热轧开裂的根源。此外,绘制了真应变为0.1~0.6下的3D功率耗散图及热加工图,预测得到温度为1100~1150℃、应变速率为0.01~0.1 s^(-1)区域是实验合金的最佳热加工窗口。

关键词：因瓦合金热变形本构方程 3D热加工图微观组织

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提升前沿新材料产业基础能力战略研究

中国工程科学 2022年第2期24卷 29-37页

作者：刘雪峰刘昌胜谢建新北京材料基因工程高精尖创新中心北京100083 华东理工大学材料科学与工程学院上海200237

本文重点分析了面向类脑智能、人工智能、深空探测、网络安全、高效能量转化等尖端科技领域中前沿新材料产业的基础能力现状与问题。面向2025年、2035年的阶段性发展规划,从提升前沿新材料产业科技创新基础能力、支撑保障基础能力、竞... 详细信息

本文重点分析了面向类脑智能、人工智能、深空探测、网络安全、高效能量转化等尖端科技领域中前沿新材料产业的基础能力现状与问题。面向2025年、2035年的阶段性发展规划,从提升前沿新材料产业科技创新基础能力、支撑保障基础能力、竞争基础能力、可持续发展基础能力、基础设施建设水平以及改善产业生态环境等方面提出了我国前沿新材料产业基础能力的发展目标与发展战略。为满足新一轮科技革命和产业变革对前沿新材料的需求,从材料基因工程提升前沿新材料产业基础能力、双循环新发展格局下前沿新材料产业布局、碳达峰与碳中和发展战略下的前沿新材料产业布局,自主可控的前沿新材料测试表征能力建设等方面提出了发展建议。

关键词：前沿新材料产业基础能力尖端科技材料基因工程双循环碳达峰与碳中和

蛋白质吸附对医用金属材料体外腐蚀行为的影响

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金属学报 2021年第1期57卷 1-15页

作者：王鲁宁刘丽君岩雨杨坤陆黎立北京科技大学材料科学与工程学院北京材料基因工程高精尖创新中心北京100083 北京科技大学新金属材料国家重点实验室北京100083 北京科技大学新材料技术研究院北京100083

医用金属材料与体液接触时,蛋白质会快速吸附在其表面,并对材料的腐蚀行为产生影响。体外测试结果表明,蛋白质的吸附会减缓腐蚀;蛋白质-金属复合物脱离材料表面会加速腐蚀,如果沉积在材料表面,则会减缓腐蚀。蛋白质在金属材料表面的吸... 详细信息

医用金属材料与体液接触时,蛋白质会快速吸附在其表面,并对材料的腐蚀行为产生影响。体外测试结果表明,蛋白质的吸附会减缓腐蚀;蛋白质-金属复合物脱离材料表面会加速腐蚀,如果沉积在材料表面,则会减缓腐蚀。蛋白质在金属材料表面的吸附及对腐蚀的影响与自身的种类和浓度、金属材料的性质等因素有关。目前,蛋白质吸附对医用金属材料腐蚀行为的影响尚未达成共识。蛋白质作为体液中重要的成分之一,体外测试中需要考虑其对医用金属材料腐蚀的影响,以便于明确体内外测试结果的差异和寻找合适的体外测试环境,这将有利于对医用金属材料在体内的腐蚀行为做出合理的预测。

关键词：蛋白质医用金属材料腐蚀吸附体外测试

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硬质膜层开裂致韧性基体损伤研究进展

中国材料进展 2019年第5期38卷 480-488,479页

作者：郭涛庞晓露乔利杰北京科技大学北京材料基因工程高精尖创新中心北京100083 北京科技大学材料科学与工程学院北京100083 北京科技大学腐蚀与防护中心北京100083

一直以来,硬质膜层被广泛地应用于改善金属基体表面性能,保护其不受恶劣环境的影响,以达到延长其服役寿命的目的。但是,研究发现硬质膜层的开裂会导致韧性金属基体的开裂,这将严重威胁到金属承载结构件的安全。因而,有必要了解、认识其... 详细信息

一直以来,硬质膜层被广泛地应用于改善金属基体表面性能,保护其不受恶劣环境的影响,以达到延长其服役寿命的目的。但是,研究发现硬质膜层的开裂会导致韧性金属基体的开裂,这将严重威胁到金属承载结构件的安全。因而,有必要了解、认识其规律,并揭示损伤机制,为制定相应的解决方案提供依据。综述了膜致韧性基体开裂的来源、机理以及相应的可行解决措施。脆性膜层与韧性基体的短程交互作用以及脆性膜层的开裂所提供的快速运动的裂纹是导致韧性基体低应变下脆性开裂的关键原因。降低硬质膜层开裂的可能性或裂纹在膜层中的运动速度以及减少膜与基体之间的不匹配,有助于减缓膜致韧性基体开裂这一现象的发生。

关键词：硬质膜层韧性基体膜致开裂脆断

退火对热轧Fe-36%Ni因瓦合金组织与性能的影响

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金属热处理 2023年第10期48卷 94-101页

作者：何承渝蔡晨谷宇李静媛北京科技大学材料科学与工程学院北京材料基因工程高精尖创新中心北京100083 太原钢铁(集团)有限公司先进不锈钢材料国家重点实验室山西太原030003

通过背散射电子衍射(EBSD)、扫描电镜(SEM)、热膨胀测试、硬度测试和拉伸试验等测试手段研究了退火对热轧因瓦合金显微组织、晶界分布、热膨胀性能和力学性能的影响。结果表明,热轧后的合金为单一奥氏体组织并具有较低的热膨胀系数。退... 详细信息

通过背散射电子衍射(EBSD)、扫描电镜(SEM)、热膨胀测试、硬度测试和拉伸试验等测试手段研究了退火对热轧因瓦合金显微组织、晶界分布、热膨胀性能和力学性能的影响。结果表明,热轧后的合金为单一奥氏体组织并具有较低的热膨胀系数。退火温度从600℃升高到900℃,合金的再结晶比例不断提高并形成大量∑3孪晶界,小角度晶界逐渐转变为大角度晶界,热膨胀系数逐渐降低,强度降低而塑性增加,其中900℃保温10 min后合金完全再结晶并伴随大量的退火孪晶,抗拉强度和屈服强度分别为401 MPa和243 MPa,伸长率为55.8%,获得了最低的热膨胀系数0.89×10^(-6)℃^(-1)。

关键词： Fe-36%Ni因瓦合金退火微观组织强度热膨胀系数