《金属材料专业实验2》教学大纲课程编号：B04040500课程名称：金属材料专业实验2英文名称：ProfessionalExperimentsforMetalMaterialsEngineering2课程性质：专业必修课学时/学分：64/2考核方式：撰写实验报告，期末闭卷考试选用教材：材料科学与工程实验讲义（自编）；材料科学与工程仿真实验教学讲义（自编）先修课程：材料热处理及设备，材料力学性能，金属材料专业实验1后继课程：课程设计，毕业设计（论文）适用专业及层次：金属材料工程专业本科生大纲执笔人：张萍萍大纲审核人：孙瑞雪一、教学目标金属材料专业实验2是金属材料工程专业的一门综合性、应用性较强的必修课程。本实验课程是为加深学生对教师课堂教学内容的理解及应用，并锻炼学生操作实验的技能而开设的，其目的是使学生掌握材料结构研究与分析、金属材料性能测试、金属材料成型、金属材料热处理、材料腐蚀与防护、新材料开发等领域的基本知识及技能。通过本课程的学习，要求学生达到以下目标：课程目标1：掌握金属材料制备及成型的基本实验知识：合金配制、熔铸工艺、热处理及成型等工艺的原理及操作。课程目标2：掌握对金属材料制品进行物化及力学性能检测、质量控制、腐蚀与防护的基础知识和技能，能操作检测设备对常见金属材料的基本性能进行检测。课程目标3：学习常用的金属材料组织分析设备的工作原理和基本操作，能操作设备对金属材料进行简单的结构表征与分析。课程目标4：熟练操作虚拟仿真软件，能通过软件对金属材料的成型加工、结构表征、性能测试及热处理工艺等进行虚拟操作与分析。课程目标5：具备依据实验方案，选取实验设备，进行实验操作的能力。课程目标6：养成自主记录分析实验数据，汇总实验结果，撰写实验报告的能力。1
1 《金属材料专业实验 2》教学大纲 课程编号： B04040500 课程名称： 金属材料专业实验 2 英文名称： Professional Experiments for Metal Materials Engineering 2 课程性质： 专业必修课 学时/学分： 64/ 2 考核方式： 撰写实验报告，期末闭卷考试 选用教材： 材料科学与工程实验讲义（自编）； 材料科学与工程仿真实验教学讲义（自编） 先修课程： 材料热处理及设备，材料力学性能，金属材料专业实验 1 后继课程： 课程设计，毕业设计（论文） 适用专业及层次：金属材料工程专业 本科生 大纲执笔人： 张萍萍 大纲审核人： 孙瑞雪 一、教学目标 金属材料专业实验 2 是金属材料工程专业的一门综合性、应用性较强的必修 课程。本实验课程是为加深学生对教师课堂教学内容的理解及应用，并锻炼学生 操作实验的技能而开设的，其目的是使学生掌握材料结构研究与分析、金属材料 性能测试、金属材料成型、金属材料热处理、材料腐蚀与防护、新材料开发等领 域的基本知识及技能。通过本课程的学习，要求学生达到以下目标： 课程目标 1：掌握金属材料制备及成型的基本实验知识：合金配制、熔铸工艺、 热处理及成型等工艺的原理及操作。 课程目标 2：掌握对金属材料制品进行物化及力学性能检测、质量控制、腐蚀与 防护的基础知识和技能，能操作检测设备对常见金属材料的基本性能进行检测。 课程目标 3：学习常用的金属材料组织分析设备的工作原理和基本操作，能操作 设备对金属材料进行简单的结构表征与分析。 课程目标 4：熟练操作虚拟仿真软件，能通过软件对金属材料的成型加工、结构 表征、性能测试及热处理工艺等进行虚拟操作与分析。 课程目标 5：具备依据实验方案，选取实验设备，进行实验操作的能力。 课程目标 6：养成自主记录分析实验数据，汇总实验结果，撰写实验报告的能力
课程目标7：具有良好的团队协作与组织管理能力、人际交往能力，能够在团队中承担个体、团队成员以及负责人的角色，并能与团队成员进行有效沟通和交流。二、课程目标与毕业要求指标点的对应关系毕业要求指标点课程目标4.研究：能够基于材料科学原理和金属4-1.能够采取正确的方法对课程目标1材料工程的专业知识并采用科学方法对金属材料的成分、组织结构课程目标2复杂工程问题开展研究，包括设计实验、和性能进行实验检测，具备课程目标3分析与解释数据，并通过信息综合得到组织结构分析的能力。合理有效的结论。4-3.能够根据实验方案，选课程目标5用或搭建实验仪器设备，构建实验系统，进行实验。4-4.能够正确采集、整理实验数据，对实验结果进行分课程目标6析和解释，并通过信息综合得到合理有效的结论。5.使用现代工具：能够针对金属材料工15-2.掌握金属材料领域常用课程目标1程领域中的复杂工程问题，选择、使用的测试分析仪器和方法，并课程目标2与开发恰当的计算机办公软件、计算机将其用于组织性能分析和质课程目标3辅助设计和信息技术工具、测试分析仪量控制。器及数据处理技术，进行预测、模拟与5-3.能够正确分析处理数试验，并能够理解其局限性。据，恰当运用模拟仿真工具课程目标4对材料性能及工艺方案进行课程目标6模拟，预测专业问题，并能理解其局限性。9.个人和团队：能够在多学科背景下的9-1.能够正确理解团队的重团队中承担个体、团队成员以及负责人要性，主动与团队中其他成课程目标7的角色，具有一定的组织管理能力、人员沟通，共享信息，合作共际交往能力和团队协作能力。事。9-2.能在多学科背景的团队中工作，能胜任团队成员的角色，完成团队分配的任务：课程目标7能胜任团队负责人的角色，组织团队成员开展工作，能倾听和综合团队其他成员的2
2 课程目标 7：具有良好的团队协作与组织管理能力、人际交往能力，能够在团队 中承担个体、团队成员以及负责人的角色，并能与团队成员进行有效沟通和交流。 二、课程目标与毕业要求指标点的对应关系 毕业要求 指标点 课程目标 4. 研究：能够基于材料科学原理和金属 材料工程的专业知识并采用科学方法对 复杂工程问题开展研究，包括设计实验、 分析与解释数据，并通过信息综合得到 合理有效的结论。 4-1. 能够采取正确的方法对 金属材料的成分、组织结构 和性能进行实验检测，具备 组织结构分析的能力。 课程目标 1 课程目标 2 课程目标 3 4-3. 能够根据实验方案，选 用或搭建实验仪器设备，构 建实验系统，进行实验。 课程目标 5 4-4. 能够正确采集、整理实 验数据，对实验结果进行分 析和解释，并通过信息综合 得到合理有效的结论。 课程目标 6 5. 使用现代工具：能够针对金属材料工 程领域中的复杂工程问题，选择、使用 与开发恰当的计算机办公软件、计算机 辅助设计和信息技术工具、测试分析仪 器及数据处理技术，进行预测、模拟与 试验，并能够理解其局限性。 5-2. 掌握金属材料领域常用 的测试分析仪器和方法，并 将其用于组织性能分析和质 量控制。 课程目标 1 课程目标 2 课程目标 3 5-3. 能够正确分析处理数 据，恰当运用模拟仿真工具 对材料性能及工艺方案进行 模拟，预测专业问题，并能 理解其局限性。 课程目标 4 课程目标 6 9. 个人和团队：能够在多学科背景下的 团队中承担个体、团队成员以及负责人 的角色，具有一定的组织管理能力、人 际交往能力和团队协作能力。 9-1. 能够正确理解团队的重 要性，主动与团队中其他成 员沟通，共享信息，合作共 事。 课程目标 7 9-2. 能在多学科背景的团队 中工作，能胜任团队成员的 角色，完成团队分配的任务； 能胜任团队负责人的角色， 组织团队成员开展工作，能 倾听和综合团队其他成员的 课程目标 7
意见。三、教学基本内容及要求实验一：阴极（阳极）等离子体制备类金刚石薄膜（支撑课程目标1、5、6、7）实验设备：直流等离子体法沉积类金刚石薄膜设备；实验要求：了解类金刚石薄膜的性质、应用及制备方法；掌握直流等离子体镀膜的方法。教学重点：类金刚石薄膜的应用及制备方法，直流等离子体镀膜的方法；教学难点：类金刚石薄膜的制备方法。实验二：微乳液法制备纳米碳酸钙（支撑课程目标1、5、6）实验设备：磁力搅拌器、天平、离心机、烘箱、移液管；实验要求：掌握微乳液法制备纳米材料的原理及实验操作：学会用粒度仪检测表征所制备产物的粒径大小及分布。教学重点：微乳液法制备纳米材料的实验原理，表面活性剂的分类及在反应中的作用：教学难点：影响产物粒径的因素分析及各组分的配比关系。实验三：常温制备表面修饰的ZnS半导体纳来晶材料（支撑课程目标1、5、6）实验设备：天平、离心机、干燥箱；实验要求：掌握常温制备纳米材料的方法及工艺，了解纳米材料表征手段。教学重点：室温合成硫化物半导体的方法，表面活性剂的在纳米材料合成中的作用；教学难点：以硫代乙酰胺为硫源制备硫化物纳米晶的原理，用表面活性剂修饰纳米晶的意义与作用。实验四：模板法制备导电高分子纳米材料（支撑课程目标1、5、6、7）实验设备：真空干燥箱、循环水真空泵、硅油浴加热设备、恒温磁力搅拌器：实验要求：掌握模板法制备导电高分子纳米材料的原理和工艺：掌握导电高分子纳米纤维的制备过程并对实验结果进行表征分析。教学重点：模板法制备导电高分子纳米材料的原理和工艺；
3 意见。 三、教学基本内容及要求 实验一：阴极（阳极）等离子体制备类金刚石薄膜（支撑课程目标 1、5、6、7） 实验设备：直流等离子体法沉积类金刚石薄膜设备； 实验要求：了解类金刚石薄膜的性质、应用及制备方法；掌握直流等离子体 镀膜的方法。 教学重点：类金刚石薄膜的应用及制备方法，直流等离子体镀膜的方法； 教学难点：类金刚石薄膜的制备方法。 实验二：微乳液法制备纳米碳酸钙（支撑课程目标 1、5、6） 实验设备：磁力搅拌器、天平、离心机、烘箱、移液管； 实验要求：掌握微乳液法制备纳米材料的原理及实验操作；学会用粒度仪检 测表征所制备产物的粒径大小及分布。 教学重点：微乳液法制备纳米材料的实验原理，表面活性剂的分类及在反应 中的作用； 教学难点：影响产物粒径的因素分析及各组分的配比关系。 实验三：常温制备表面修饰的ZnS半导体纳米晶材料（支撑课程目标 1、5、6） 实验设备：天平、离心机、干燥箱； 实验要求：掌握常温制备纳米材料的方法及工艺，了解纳米材料表征手段。 教学重点：室温合成硫化物半导体的方法，表面活性剂的在纳米材料合成中 的作用； 教学难点：以硫代乙酰胺为硫源制备硫化物纳米晶的原理，用表面活性剂修 饰纳米晶的意义与作用。 实验四：模板法制备导电高分子纳米材料（支撑课程目标 1、5、6、7） 实验设备：真空干燥箱、循环水真空泵、硅油浴加热设备、恒温磁力搅拌器； 实验要求：掌握模板法制备导电高分子纳米材料的原理和工艺；掌握导电高 分子纳米纤维的制备过程并对实验结果进行表征分析。 教学重点：模板法制备导电高分子纳米材料的原理和工艺；
教学难点：软模板的形态控制。实验五：铝合金的真空烧结（支撑课程目标1、5、6）实验设备：真空炉、机械球磨机；实验要求：掌握真空烧结工艺的基本过程与技术特点；了解真空烧结炉的结构以及相应的作用。教学重点：真空烧结工艺的基本过程与技术特点；教学难点：熔炼合金成分的控制。实验六：腐蚀体系的电化学阻抗谱测试实验（支撑课程目标2、5、7）实验设备：CS350电化学工作站、锌试样、电解池、饱和甘汞电极、盐桥：实验要求：掌握电偶腐蚀测试的原理，初步掌握电偶腐蚀测试方法，了解不同金属相互接触时组成的电偶对：掌握用零电阻电流表测电偶电流的方法。教学重点：交流阻抗谱的原理、测试方法及分析：教学难点：交流阻抗谱的理论知识介绍，根据各金属在腐蚀试剂中的交流阻抗谱进行金属腐蚀的暂态规律，并对后期电化学腐蚀进行预测。实验七：陶瓷微观结构观察（支撑课程目标3、6）实验设备：JSM-6700F型冷场发射扫描电镜实验要求：会用电子显微镜对陶瓷样品的表面形貌进行观察，并能辨识陶瓷样品的各种典型结构与形貌。教学重点：扫描电镜工作原理及操作步骤，使用扫描电镜观察陶瓷微观结构教学难点：利用扫描电子显微镜和能谱仪对陶瓷样品进行表征，并对其结构进行形貌上和组成上的分析。实验八：铅-锡二元合金配制及铸态组织显微分析（支撑课程目标3、6）实验设备：金相显微镜、Pb-Sn合金的典型样品、镶嵌机、抛光机：实验要求：磨制Pb-Sn系共晶、亚共晶、过共晶等不同成分的金相试样，运用二元共晶型相图，分析详图中典型组织的形成和特征。教学重点：二元合金相图及显微组织分析：教学难点：三种典型铅锡二元合金的金相纤维组织的观察与分析。4
4 教学难点：软模板的形态控制。 实验五：铝合金的真空烧结（支撑课程目标 1、5、6） 实验设备：真空炉、机械球磨机； 实验要求：掌握真空烧结工艺的基本过程与技术特点；了解真空烧结炉的结 构以及相应的作用。 教学重点：真空烧结工艺的基本过程与技术特点； 教学难点：熔炼合金成分的控制。 实验六：腐蚀体系的电化学阻抗谱测试实验（支撑课程目标 2、5、7） 实验设备：CS350电化学工作站、锌试样、电解池、饱和甘汞电极、盐桥； 实验要求：掌握电偶腐蚀测试的原理，初步掌握电偶腐蚀测试方法，了解不 同金属相互接触时组成的电偶对；掌握用零电阻电流表测电偶电流的方法。 教学重点：交流阻抗谱的原理、测试方法及分析； 教学难点：交流阻抗谱的理论知识介绍，根据各金属在腐蚀试剂中的交流阻 抗谱进行金属腐蚀的暂态规律，并对后期电化学腐蚀进行预测。 实验七：陶瓷微观结构观察（支撑课程目标 3、6） 实验设备：JSM-6700F型冷场发射扫描电镜； 实验要求：会用电子显微镜对陶瓷样品的表面形貌进行观察，并能辨识陶瓷 样品的各种典型结构与形貌。 教学重点：扫描电镜工作原理及操作步骤，使用扫描电镜观察陶瓷微观结构； 教学难点：利用扫描电子显微镜和能谱仪对陶瓷样品进行表征，并对其结构 进行形貌上和组成上的分析。 实验八：铅-锡二元合金配制及铸态组织显微分析（支撑课程目标 3、6） 实验设备：金相显微镜、Pb-Sn合金的典型样品、镶嵌机、抛光机； 实验要求：磨制Pb-Sn系共晶、亚共晶、过共晶等不同成分的金相试样，运用 二元共晶型相图，分析详图中典型组织的形成和特征。 教学重点：二元合金相图及显微组织分析； 教学难点：三种典型铅锡二元合金的金相纤维组织的观察与分析
实验九：气相质谱仪系统实验（支撑课程目标3、6）实验设备：气象质谱仪；实验要求：了解气相质谱仪的组成、结构、气体分析系统性能技术指标和应用范围：掌握气相质谱仪工作原理及操作方法：了解气相质谱谱图的分析方法。教学重点：质谱分析的实验原理，离子源、质量分析器的工作原理；教学难点：通过质谱图对化合物进行结构定性分析。实验十：铸铁的金相组织观察（支撑课程目标3、6）实验设备：金相显微镜、标准铁碳合金的金相显微样品；实验要求：分析成分对铁碳合金显微组织的影响，从而加深理解成分、组织与性能之间的相互关系。教学重点：铸铁的种类、性能及相应的金相显微组织观察与分析：教学难点：几种典型铸铁的金相显微组织观察与分析。实验十一：紫外-可见光谱分析（支撑课程目标3、6.实验设备：紫外-可见-近红外分光光度计：实验要求：了解紫外一可见分光光度法的原理、基本构造及应用范围；掌握分光光度计使用方法及测试样品的操作步骤。教学重点：有机化合物紫外吸收光谱实验原理，电子跃迁类型与光谱吸收位置的关系；教学难点：影响紫外吸收光谱的因素分析和讨论。实验十二：粉末法测定玻璃化学稳定性（支撑课程目标1、5、6、7）实验设备：电热恒温水浴锅、干燥箱、天平、回流冷凝器、不锈钢研钵、标准筛、微量式酸式滴定管、干燥器；实验要求：了解玻璃化学稳定性的各种测试方法及应用范围，掌握粉未法测定稳定性的原理及方法，测定玻璃的耐水性。教学重点：测定玻璃化学稳定性的方法及应用范围，采用粉未法测定稳定性的原理及方法；教学难点：新鲜样品的制备与滴定实验十三：金属压缩及弯曲性能试验（支撑课程目标2、6、7）5
5 实验九：气相质谱仪系统实验（支撑课程目标 3、6） 实验设备：气象质谱仪； 实验要求：了解气相质谱仪的组成、结构、气体分析系统性能技术指标和应 用范围；掌握气相质谱仪工作原理及操作方法；了解气相质谱谱图的分析方法。 教学重点：质谱分析的实验原理，离子源、质量分析器的工作原理； 教学难点：通过质谱图对化合物进行结构定性分析。 实验十：铸铁的金相组织观察（支撑课程目标 3、6） 实验设备：金相显微镜、 标准铁碳合金的金相显微样品； 实验要求：分析成分对鉄碳合金显微组织的影响，从而加深理解成分、组织 与性能之间的相互关系。 教学重点：铸铁的种类、性能及相应的金相显微组织观察与分析； 教学难点：几种典型铸铁的金相显微组织观察与分析。 实验十一：紫外-可见光谱分析（支撑课程目标 3、6） 实验设备：紫外-可见-近红外分光光度计； 实验要求：了解紫外－可见分光光度法的原理、基本构造及应用范围；掌握 分光光度计使用方法及测试样品的操作步骤。 教学重点：有机化合物紫外吸收光谱实验原理，电子跃迁类型与光谱吸收位 置的关系； 教学难点：影响紫外吸收光谱的因素分析和讨论。 实验十二：粉末法测定玻璃化学稳定性（支撑课程目标 1、5、6、7） 实验设备：电热恒温水浴锅、干燥箱、天平、回流冷凝器、不锈钢研钵、标 准筛、微量式酸式滴定管、干燥器； 实验要求：了解玻璃化学稳定性的各种测试方法及应用范围，掌握粉末法测 定稳定性的原理及方法，测定玻璃的耐水性。 教学重点：测定玻璃化学稳定性的方法及应用范围，采用粉末法测定稳定性 的原理及方法； 教学难点：新鲜样品的制备与滴定 实验十三：金属压缩及弯曲性能试验（支撑课程目标 2、6、7）