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sdliug新蟲 (小有名氣)
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第一篇Acta Materialia 已有40人參與
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儀器徹底崩潰，周末的實驗計劃泡湯了，暗中鼓足勁的一個月內再出篇文章的任務眼看就完不成了，中午只好跟老板攤牌，原本計劃再發(fā)封長郵件的，想想也沒什么大不了的，當面說了算了。我笑著說，他也笑著回應和商量，沒說什么，叫我先不要管會議了，專心按我說的，提升文章的質量，牛津劍橋的大佬們見不見也沒什么（我也這樣想的），反倒問我去不成會議那還剩一千多鎊的錢怎么花，我說那是你的任務了，反正是你的錢。 終于也松了一口氣。想想自己還是有些主見的，但還是主見不夠大，搞得還沒好好享受和慶祝第一篇Acta接收沒幾天，就又馬不停蹄的開始下一篇，也搞得沒來及慶祝，春節(jié)就過去了。。。其實我真的不著急發(fā)文章啊，又沒獎學金可以評。。。找博后？一篇Acta應該夠了吧。。。 談談發(fā)Acta的心得吧，哈哈，雖然目前為止只發(fā)了一篇，權當紀念。 博士項目是跟汽車引擎巨頭康明斯（Cummins）合作的，下面的一個子公司，做渦輪增壓器的，在英格蘭中部的一個小城市，是最早上世紀初原公司的發(fā)源地，后來被美國的總部收購了�？得魉固峁┰牧�，我們做測試分析或者只做分析，有一定的自由度（可以決定拿原材料來做什么）。渦輪增壓器的轉子有一端的渦輪葉片在六七百度的高溫中高速旋轉，一分鐘達10萬轉！（原諒我的想象力，我至今不能理解葉片一分鐘轉10萬轉是什么概念），這個葉片需要用高強度的合金來做，就是我所研究的鎳基高溫合金，之所以叫“鎳基”是因為鎳元素的成分很多。這篇文章所用的材料就是他們公司內部測試完后斷裂的渦輪葉片，是模擬渦輪葉片真實工作的情形，是真的形狀不規(guī)則受力不均勻的葉片��！給的任務很簡單，因為有大體上兩種斷裂模式，一種受力比較大（多大？不知道），很快斷裂（多快？壽命幾何？商業(yè)機密，不能透露），是為低周疲勞（low cycle fatigue，LCF）；另外一種是運轉過程中葉片發(fā)生共振，繼而斷裂，壽命較長，大概幾周吧，是為“高周疲勞”（high cycle fatigue，HCF），總之跟傳統(tǒng)的低周、高周疲勞定義不大一樣，也跟傳統(tǒng)的用圓棒狀標準樣的疲勞測試也不一樣，應力應變狀態(tài)還有測試壽命都不知道。而他們的問題也很簡單，弄清楚這兩種疲勞模式的斷裂特征，然后告訴他們一個行之有效最好能一步一步來判斷是哪種斷裂模式的參考標準。這不就是斷口形貌分析嘛！也難怪隔壁做測試的李老師聽說我的工作后的第一反應是“你這做的就是失效分析報告呀”。對，就是這么low，拍幾張基本的、低倍的掃描電鏡（SEM）的斷口照片就行了，而我也的確兩個月之內就拍好了大幾百張圖片做好報告給他們了。后面的就是我根據(jù)自己的感覺進一步做些表征了。 根據(jù)端口照片已經能夠判斷裂紋源是什么以及在什么位置了，但是為什么出現(xiàn)在那個位置（或者那個晶粒）以及裂紋擴展過程中受哪些因素影響、怎么影響還需要解答（這大概就上升到科學的層次了吧 :-)）。我真正的實驗是16年暑假開始做的，那時候終于被人培訓了EBSD（背散射電子衍射）的設備。這個EBSD的技術是我老板的安身立命之長，做了有大概十多年了，這個技術二十年前還是比較新的，基本的功能是測金屬內晶粒的取向（金屬由晶粒組成，不同晶粒是有不同方向的，方向不同一定程度上決定性能——什么是晶粒？這邊馬路上很多用來做扶手桿的鐵管表面可以直接看到，一塊一塊的，灰度不一樣，因為反光能力不同）。測晶粒是最基本的功能了，最近的黑科技是用來測位錯！沒搞錯吧，不是只有tem可以直接測（或者說看）么。。對，它測的既不是教科書上經典的刃型位錯或者螺型位錯，而是叫做幾何必須位錯（Geometrical Necessarily Dislocation, GND）。做這種計算的人不是很多，牛津有個大教授專門做這個，自成一家，有一套獨特的算法，據(jù)稱精度很高，靠這套算法發(fā)了一大堆Acta，可惜我看他們最好的文章也只有Acta。。。我們老板小牛，但是也不甘示弱的跟人合作寫了套算法，精度不高，但也能用，虧得儀器本身犀利 （我用的SEM 型號是JEOL 7800F，如果不是我孤陋寡聞的話，這應該是現(xiàn)今最好的SEM），所以算得的結果也還湊合。而我這篇文章的主要看點之一就是這GND表征了。 看完斷裂葉片的斷口（表面），接下來就橫著切開來看了，高倍低倍EBSD亂掃一通，沒啥有價值的發(fā)現(xiàn)（掃一次差不多就一個晚上了）。有一天還突然發(fā)現(xiàn)原來看了好久的碳化物其實是氧化物。。。氧和碳的原子序數(shù)太接近，氧元素以前都沒有自動顯現(xiàn)，有時候只能手動提示機器，于是重新標定。。然后就發(fā)現(xiàn)裂紋其實多跟氧化物而不是碳化物有關�？次墨I的時候注意到15年一篇法國老教授的綜述（Acta邀請）中特意用一小節(jié)講了這個碳化物氧化，而他所用的示意圖居然是根據(jù)03年一篇不起眼的文章中的數(shù)據(jù)重新畫的！于是隱約覺察到這個問題的重要性而研究的稀少性，等到看到16年牛津大牛的課題組一篇Acta居然又把03年文章中的部分實驗簡單重復（至少明顯受那文章啟發(fā)）后，我進一步確定了這個問題的重要性�？墒侵钡�16年的冬天我才初步學會軟件運行算法得到了第一張GND的結果，于是把之前的所有掃的數(shù)據(jù)重新算一遍，得到的結果驚人，可以看到低周疲勞的時候，枝晶和枝晶間的GND明顯不一樣（figure 10b），那時只是覺得結果很好很重要，但是到底具體有什么意義，或者說怎么跟斷裂機理聯(lián)系起來沒有絲毫頭緒，問了老板，大概他也不知所以吧。來說說那個軟件，其實算法的code老板一年前就給我們了，甚至還開小灶大致講了下原理，當時一起聽的還有兩個師兄，但是一位西班牙的帥哥直接就放棄了一直沒怎么用，另一位威爾士帥哥也是在我摸索好之后幫他一步裝好的，裝完也沒有充分利用。其實說來慚愧，只是裝好軟件運行一下而已啊，又不是重新寫一個程序。。。但是我想困難是，對大部分只是若干年前只簡單接觸過C語言的人來說，在無人指導的前提下，面對一個全新的東西，無從下手，效率低下，需要靜下心來默默閱讀研習好幾周的時間，并且碰到問題（bug）的時候有耐心去自己尋找答案，這個決心和耐心不是每個人都有的。在即便很著急的時候，我也沒輕易的跟老板說，你幫我一下吧。（有時候是擔心他也不會，那不尷尬了。。。） 總體感覺一篇好的文章首先東西要硬，至少得有些“料”吧，這個“硬”，體現(xiàn)在自己，做的東西的確好，并且有自己的堅持；其次是老板，畢竟經驗和知識豐富，能把好關；再次真得要些運氣。。再再次就是江湖規(guī)矩了。。。慢慢道來。 來說說這個文章中自己厲害的地方在哪里吧。剛剛說到的枝晶和枝晶間的GND區(qū)別算一個，就連審稿人也坦誠，這個很有意思，并且現(xiàn)在沒法評估它的重要性。另一個是在分析高周疲勞的時候。之前說了這個文章的系統(tǒng)性強的理由之一是同時涵蓋、比較了低周和高周疲勞。而高周疲勞很明顯跟晶粒取向有關系，所以做EBSD也就更有意義了。但是怎么做呢？具體來說你要掃的面該怎么切呢？以前問過老板這個問題，因為這個問題太重要太基礎了。結果答案是怎么切都行，不重要。。。我心想扯淡吧。。而高我一屆的師兄做的類似的課題，切的方向倒沒什么問題，但只是中間切了一道，能說明的問題很有限。而我的樣磨到最后太小了，似乎切一道都成問題。好幾個月前曾經當著康明斯的人（我們一個月一次電話會議）跟老板抱怨過學校沒有實用方便的線切割機來切割樣品（我們用的是小砂輪。。）， 但是等到我把整個文章的初稿都完成后，我突然意識到，不能切，我可以磨啊，反正樣品小，一層一層磨，磨完一層，鑲嵌，做EBSD，如果接著再磨再做EBSD倒也不是很麻煩，并且磨掉多少可以用千分尺量出來（以前上大做三維EBSD的劉師兄就是這么干的），但是我這個掃的面是要跟斷口形貌一一對應的，為了保證較高的可信度，我掃完一層后還得把樣品重新切開，再在SEM下看我剛剛掃的那個面對應的是哪條斷口線，確定完位置，再鑲嵌，拋光，EBSD，再切開。。。想想這個工作量吧。。想象一下我捏著比指甲還小不規(guī)則樣品小心翼翼的磨掉一點點厚度，邊磨邊用光學顯微鏡看，不能多也不能少。。。大概兩個周末，只磨了兩個樣品，所幸全部用上了，figure11 和figure12， 后面一個樣品其實磨了7層，最后只用了4層的數(shù)據(jù)。我其實文獻看的不多，但是我感覺我是第一個如此細致分析疲勞裂紋斷口的，簡直是在“解剖”，雖然很大程度上只是個體力活，但是要想的到并且執(zhí)行；三維EBSD（3D-EBSD）現(xiàn)今并不新鮮，但是和疲勞斷口聯(lián)系起來的，我應該算第一個。“真的勇士敢于直面慘淡的人生，敢于正視淋漓的鮮血�！蔽抑泵媪苏嬲膯栴}，我很勇敢，也很誠實。哈哈。 第二個厲害的地方是后面兩個大的示意圖。說實話，示意圖是個現(xiàn)在文章里面一個流行其實也高級的用法，特別是在好的文章里。它能抽象，祛除繁冗，突出重點，提升文章的深度。但是如果你仔細看，你會發(fā)現(xiàn)大部分的示意圖，只是左邊是實物圖，右邊的示意圖不過是左邊實物圖的簡單輪廓描繪，一目了然，可有可無，形同雞肋，這種可算是為了示意圖而示意圖。而我的示意圖（最后兩幅圖，fig 14和fig15），特別是第一張示意圖fig14，講低周疲勞裂紋的萌生和擴展機理，可以算是真正意義上的示意圖，有微觀（a-b碳化物、氧化物）也要宏觀（e，f枝晶），有細節(jié)的動態(tài)的變化，有二維有三維（其實原本都是二維，硬是把后面兩張弄成了個三維的，佩服自己的想象力啊。。），每單個示意圖還有對應的實物圖作為佐證。。。也正是在給老板展示了第一張示意圖后，他眼睛發(fā)亮，覺得可以按Acta的標準來后繼對待了。為了顯示對稱和系統(tǒng)性，既然低周的弄了個示意圖，高周的不弄一個說不過去啊。但是它的機理看著又比較簡單，于是先畫了幾個晶格取向圖和他們的特殊晶面（容易開裂的），后面沒辦法靈機一動，直接就照搬解剖過的兩個樣品吧（這個就是我說的有點為了示意圖而示意圖的味道了），當我真的把兩個樣品的三維示意圖畫出來的時候，看他們方方正正，花花綠綠，清清爽爽，真的沒忍住暗中感嘆，擦，原來我還是個畫家。。。:-) 可以說好的示意圖是對整個事件有著整體的覺察和把握，然后又是和想象力的結合。而我的兩個示意圖直接把文章的檔次提升了不止一個臺階。 再說說我堅持的地方。老板在我最早寫文章的時候就交代，結果（results）和討論（discussion）部分最好一塊寫，他不喜歡結果和討論分開寫的模式，覺得是在重復。我當時不以為然。后面在我寫的過程當中也是按我心目中好文章該有的模式寫的，當然是分開寫了。并且討論的點最好有兩點以上，才顯得有深度嘛。畢竟絕大部分Acta文章是這個套路，并且我也聽說過好的期刊甚至明確要求投稿者分開寫，而分開寫明顯會比較難寫。當我把草稿送給老板的時候，他開始沒說什么，畢竟他一直講那是 “我自己” 的文章，后來實在沒忍住又跟我交代下次最好合起來寫，于是我跟他講了我的理由，他也就沒再說什么了，后面再寫大分量的長文，我想還是會按自己的意思來。在文章修改的最后，他希望我結論部分加上如何判別高低周疲勞的程序模塊圖，就是我最早提交給康明斯的報告，我堅決不從，雖然的確豐富了文章的內容，但那不明顯把我這篇講science的文章弄得像半工程報告了嗎，直接拉低檔次啊，我不同意，他也不強求了。 但是老板畢竟是老板，除了逐字逐句的修改潤色文本（老板祖籍伊拉克人，好在在英國學術圈摸爬滾打十多年，科研文字功底還算深厚），的確學識博廣，常常簡單一張圖，見我所不能見，富于洞察力。印象最深的還是我第一次給他看那第一張示意圖的時候，我跟他講了我想表達的意思，他立刻指出一處很低劣的知識錯誤：我注意到枝晶間的取向改變（旋轉），可能會引起裂紋，然后想當然的也讓枝晶間在示意圖上彎曲了。。。嚇的我一身冷汗。。 盡管有這么多努力付出，還是覺得有運氣的成分。這個運氣倒不是偶然中有重大發(fā)現(xiàn)，而是說運氣好找到的東西暫時把想講的故事給講完整了，但是是不是真是那樣、就是那樣，還真不好說。。。具體體現(xiàn)是第Fig.13和后面對高周疲勞樣品滑移面施密特因子（schmid factor）的計算。Fig13 正好可以印證我關于枝晶對裂紋影響的新理論，但問題是我就偶然發(fā)現(xiàn)了一處，是不是具有普遍性，不知道。。有意思的是就這一處發(fā)現(xiàn)居然恰到好處，該需要的樣子特征都符合，所以說明起來非常漂亮。另外后面施密特因子的計算也是，理論測量和實際測量的角度也大致吻合，并且計算的施密特因子值也符合預期，這也足夠說明我的解釋是行的通的，（文章里也是這樣寫的），但我卻覺得實際上并不總是如此，如果測的樣品足夠多的話。而我運氣好就好在我只磨了兩個樣品（怎么磨的前面介紹過），結果卻完全吻合。By the way, 我最新的實驗真的說明有例外。。。 fig 10.jpg fig 11.jpg fig 12.jpg fig 13.jpg fig 14.jpg fig 15.jpg first Acta.PNG |
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