合金材料

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金属材料

• 金属的冶炼
  • 金属的存在形式
    • 游离态：只有少量不活泼的金属元素以游离态形式存在于地壳中，如自然金和自然银
    • 化合态：地壳中大部分的金属元素都是以化合态形式存在的，还有一些金属以离子或矿石的形式分布于海洋中，如钠镁锰等
    • 说明：金属在自然界中的存在形式与其活动性有关。
  • 金属的冶炼
    • 利用化学反应使金属元素从化合态变为游离态的过程
    • 冶炼方法
      • 电解法：适用于冶炼金属活动性很强的金属（如K、Ca、Na、Mg、Al等），常采用电解它们的熔融盐或者氧化物的方法。如（1）2三氧化二铝（熔融）=（电解、冰晶石）4Al+3氧气 氯化镁（熔融）=（电解）镁+氯气
        • 子主题
      • 高温还原法：用还原剂（C、CO、H2、 Al）还原金属活动性顺序在Zn~Cu之间的金属化合物 如（1）三氧化二铁+2Al=（高温）2Fe+三氧化二铝 （2）氧化铜+C=（高温）2铜+二氧化碳
      • 热分解法：用于冶炼不活泼的金属Hg、Ag 如2HgO=（加热）2Hg+氧气 氧化银加热生成Ag和氧气
      • 金属活动性顺序表：K、Ca、Na、Mg、Al、Zn、Fe、Sn、Pb（H）Cu、Hg、Ag、Pt、Au
      • 铝热反应
        • 现象：反应放出大量的热，发出耀眼的光芒，生成熔融物，烧穿沙漏，落入沙中
        • 工业上常用铝热反应来冶炼熔点较高的金属，如：V、Cr、Mn等，也可以用来焊接钢轨
• 金属材料
  • 金属材料的性能
    • 力学性能：金属材料在使用过程中会受到多种力的作用，从而体现出一些力学性能，如延展性、硬度和塑性
    • 物理性能：金属材料常在工业产品起到导热导电的作用，而且能够在一定温度范围内稳定工作，与金属材料的密度、熔点、导电性和导热性等物理性能密切相关
    • 化学性能：金属材料在使用过程中不可避免的要暴露在空气中，或接触一些化学药品，所以，人们也希望金属材料能够具有抗氧化性、耐酸碱性等化学性能
    • 工艺性能：从金属材料到最后的金属产品，加工成型这一技术必不可少，必须考虑金属材料的可铸性、可锻性等工艺性能
  • 合金及其应用
    • 定义：将两种或两种以上的金属（或金属与非金属）共熔，可制备出特殊的金属材料，这种材料叫做合金
    • 特性
      • 合金的硬度一般比组成它的纯金属大，原因：合金的形成改变了金属中规则的层状排列，层与层之间的滑动变得困难，所以合金常比组成合金的纯金属硬度更大
      • 合金的熔点低于组成他的任何一种组分金属。原因：固体的熔点与原子排列是否整齐有关。合金中原子的大小不一，，与纯金属比，排列整齐程度下降，使得金属之间的相互作用力减小。所以多数合金的熔点比组成金属的熔点低
      • 合金的导电性、导热性一般低于任一组分金属
    • 铝合金：铝合金成本低，性能优异，密度小、强度大、塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性，抗腐蚀性强，装饰效果好，目前铝合金的使用量仅次于钢，发展前景广阔
    • 钛合金：钛合金是一种新型的金属材料，其强度高，密度小，耐热性好，易于加工，抗腐蚀性强，远优于不锈钢。钛与人体骨骼相近，具有良好的生物相容性
    • 铁合金
      • 生铁：含碳量在2％~4.3％
        • 硬度大、抗压、性脆可以铸造成型
      • 钢：含碳量在0.03％~2%
        • 良好的延展性、机械性能好
        • 分类
          • 碳素钢：低碳中碳、高碳
          • 合金钢
  • 无机非金属材料
    • 传统无机非金属材料：陶瓷、玻璃、水泥
    • 新型无机非金属材料
      • 半导体材料：如硅的导电性介于导体和绝缘体之间，是一种重要的半导体材料，被广泛运用到电子工业各个领域
      • 光导纤维：主要成分是二氧化硅