冶金新材料开发与应用竞赛试题及答案

冶金新材料开发与应用竞赛试题及答案考试时长：120分钟满分：100分试卷名称：冶金新材料开发与应用竞赛试题考核对象：冶金工程及相关专业学生、行业从业者题型分值分布：-判断题（10题，每题2分）总分20分-单选题（10题，每题2分）总分20分-多选题（10题，每题2分）总分20分-案例分析（3题，每题6分）总分18分-论述题（2题，每题11分）总分22分总分：100分---一、判断题（每题2分，共20分）1.高熵合金由于成分复杂，通常不具备优异的力学性能。2.粉末冶金技术可以制备形状复杂的金属材料，但无法实现高精度成型。3.镍基高温合金的蠕变抗力主要取决于基体元素的固溶强化效果。4.等离子熔炼技术能够显著降低金属熔点，提高生产效率。5.金属基复合材料通常通过物理共混制备，无需进行界面改性处理。6.液相扩散法是制备陶瓷基复合材料的主要方法之一。7.稀土元素在金属材料中主要起到脱氧和改善组织的作用。8.储氢合金的开发主要针对氢能源存储与释放的应用需求。9.熔融盐电解法适用于制备高熔点金属，如钨、钼等。10.纳米金属材料由于晶粒尺寸极小，通常表现出增强的脆性特征。二、单选题（每题2分，共20分）1.下列哪种材料不属于金属基复合材料？（）A.玻璃纤维增强铝基复合材料B.碳纳米管/铜复合材料C.石墨烯/镁合金复合材料D.聚合物基复合材料2.高熵合金的典型成分特征是？（）A.单一主元元素含量超过80%B.多种主元元素等原子比混合C.贵金属元素占主导地位D.稀土元素含量低于5%3.制备陶瓷基复合材料常用的界面相是？（）A.Al₂O₃B.SiCC.Si₃N₄D.莫来石4.镍基高温合金的抗氧化性能主要依靠？（）A.添加Cr元素形成保护膜B.降低熔点提高流动性C.增强塑性提高加工性D.添加W元素提高硬度5.粉末冶金技术的核心优势是？（）A.成本最低B.无法制备复杂形状C.晶粒粗大强度低D.仅适用于导电材料6.储氢合金的吸氢能力主要取决于？（）A.合金元素的电负性差异B.合金熔点高低C.外部加热温度D.压力容器材质7.等离子熔炼技术的典型设备是？（）A.电弧炉B.中频感应炉C.真空自耗炉D.冲天炉8.金属基复合材料的界面结合方式通常为？（）A.液相结合B.气相结合C.机械锁扣结合D.共价键结合9.熔融盐电解法的电解质通常具有？（）A.高导电率B.低熔点C.高稳定性D.以上都是10.纳米金属材料的主要性能特征是？（）A.强度降低B.硬度提高C.脆性增强D.导电性下降三、多选题（每题2分，共20分）1.高熵合金的优异性能包括？（）A.高强度B.良好的耐磨性C.超塑性D.抗腐蚀性2.金属基复合材料的应用领域有？（）A.航空航天B.汽车工业C.生物医疗D.电子封装3.粉末冶金技术的典型工艺流程包括？（）A.原料制备B.成型压制成型C.烧结D.表面处理4.镍基高温合金的成分体系通常包含？（）A.NiB.CrC.AlD.Co5.陶瓷基复合材料的制备方法有？（）A.拉挤成型B.熔融浸渍法C.粉末冶金法D.等离子喷涂法6.储氢合金的分类包括？（）A.AB₅型B.AB₂型C.ABC型D.BC型7.熔融盐电解法的应用场景有？（）A.制备高纯金属B.电化学储能C.环境治理D.冶金工业8.纳米金属材料的研究热点包括？（）A.界面效应B.热稳定性C.制备工艺D.应用性能9.金属基复合材料的界面问题包括？（）A.结合强度不足B.界面反应C.热膨胀失配D.电化学腐蚀10.冶金新材料的开发方向有？（）A.轻量化B.高性能化C.绿色化D.多功能化四、案例分析（每题6分，共18分）案例1：某企业计划开发用于航空发动机的镍基高温合金，要求在1200℃高温下工作，同时具备优异的抗氧化和抗蠕变性能。现有三种合金方案：-方案A：Ni-20Cr-5Al-3Ti-方案B：Ni-25Cr-7Al-4Co-方案C：Ni-18Cr-6Al-2W-2Mo请分析三种方案的优缺点，并推荐最优方案及理由。案例2：某科研团队采用粉末冶金技术制备SiC/Al基复合材料，发现材料在高温环境下出现界面脱粘现象。请分析可能的原因并提出改进措施。案例3：某新能源公司开发了一种新型储氢合金，吸氢容量为7%(质量分数)，但放氢动力学较差。请提出三种提高放氢性能的方案，并说明原理。五、论述题（每题11分，共22分）论述1：论述高熵合金在冶金领域的发展前景，并分析其面临的主要挑战。论述2：结合实际应用案例，论述金属基复合材料在汽车轻量化中的优势及发展趋势。---标准答案及解析一、判断题1.×（高熵合金通过多主元混合实现强化，力学性能优异）2.×（粉末冶金可实现复杂形状，通过精密模具成型）3.√（Ni基高温合金通过Cr固溶强化和γ'相沉淀强化）4.√（等离子弧温度高，熔化速度快，效率高）5.×（需界面改性提高结合强度）6.√（液相扩散法是陶瓷基复合材料常用制备方法）7.√（稀土元素电负性差异大，促进金属间化合）8.√（储氢合金用于氢存储与释放）9.√（熔融盐电解适用于高熔点金属制备）10.×（纳米材料通常兼具强度和韧性提升）二、单选题1.D（聚合物基复合材料属于非金属基复合材料）2.B（高熵合金为等原子比混合）3.D（莫来石常用作陶瓷基复合材料界面相）4.A（Cr形成Cr₂O₃保护膜）5.A（粉末冶金成本低，工艺灵活）6.A（电负性差异大促进氢存储）7.C（真空自耗炉用于等离子熔炼）8.C（机械锁扣结合常见于金属基复合材料）9.D（以上都是熔融盐电解特点）10.B（纳米材料硬度显著提高）三、多选题1.ABCD（高熵合金兼具强度、耐磨、超塑、抗腐蚀）2.ABCD（应用领域广泛，涵盖航空航天、汽车、医疗、电子等）3.ABCD（完整工艺流程包括原料、压制成型、烧结、处理）4.ABC（Ni-Cr-Al是典型成分）5.ABCD（多种制备方法，包括拉挤、浸渍、冶金、喷涂）6.ABC（AB₅、AB₂、ABC型常见）7.ABD（用于高纯金属、储能、环境治理）8.ABCD（研究热点包括界面、稳定性、工艺、性能）9.ABCD（界面问题包括结合强度、反应、失配、腐蚀）10.ABCD（开发方向包括轻量化、高性能、绿色化、多功能化）四、案例分析案例1：-方案A：优点是成本低，缺点是抗蠕变性能不足。-方案B：优点是抗氧化性能优异，缺点是Co成本高。-方案C：优点是高温强度高，缺点是制备工艺复杂。推荐方案B：综合考虑性能与成本，Ni-25Cr-7Al-4Co抗蠕变和抗氧化性能最佳。案例2：原因：界面反应生成脆性相或热膨胀失配。改进措施：1.添加界面改性剂（如SiO₂）降低反应活性；2.优化烧结工艺（如低温预烧）；3.选择热膨胀系数匹配的增强体。案例3：方案1：添加Cu元素促进放氢（形成Cu-H化合物）；方案2：纳米化合金颗粒（提高扩散速率）；方案3：表面涂层（如Pd）催化放氢。五、论述题论述1：高熵