第三节　用途广泛的金属材料.ppt

第三节用途广泛的金属材料 一 合金及特性 合金是由两种或两种以上的金属或非金属熔合而成的 具有金属特性的物质 1 合金 2 物理性质 多数合金的熔点一般比各成分金属的低 一般情况下 合金比纯金属硬度大 如 生铁的熔点比纯铁的低 硬铝 Cu Mn Si 的强度和硬度都比纯铝大 合金的性能可以通过所添加的合金元素的种类 含量和生成合金的条件等来加以调节 一般来说 合金的性质并不是各成分的性质的总和 合金具有优良的物理 化学或机械的性能 注意 合金中一定含有金属元素 合金中也可能含有非金属元素 合金一定是混合物 合金中成分的含量影响合金的性质 二 常见的合金及用途 使用不同的原料 改变原料的配比以及改变生成合金的条件等 可以制得具有不同性能的合金 合金在工业上的用途比纯金属更广 更重要 1 铜合金 铜合金的种类很多 常见的有青铜 黄铜 白铜和锰铜 青铜的主要成分 铜和锡 黄铜 Cu Zn Zn20 36 古代称为药金 密度比黄金小 外观与金非常相似 常被误认为是黄金 如何判别 药金 和黄金 白铜 Cu和镍 不易生铜绿 铜锰合金 具有极高的电阻 2 钢 生铁和钢就是铁的合金 其中钢使用量最大 用途最广的合金 生铁的含碳量为2 4 3 之间 钢的含碳量在0 03 2 之间 合金钢可用于制不锈钢及各种特种钢 钢的分类 3 铝合金 硬铝 Cu4 Mg0 5 Mn0 5 Si0 7 特点 密度小 强度高 抗腐蚀用途 制造飞机和宇宙飞船 铝 有翼的金属 会飞的金属 角色扮演 是否应该停止使用铝质饮料罐 实践活动 你的声音 有我们重视 是否应该停止使用铝质饮料罐 饮料公司工人 采矿工人的声音 老板的诉求 售货员的话 消费者有话要说 环保官员的呼吁 公司回收人员的说法 铝制饮料罐可回收利用 据估算 回收一个铝制饮料罐比制造一个新饮料罐节省20 而且还可以节约金属资源和95 的能源 使用铝质饮料罐有利有弊 但回收铝质饮料罐是目前趋利避害的最有效也是最急迫的做法 毕竟 环境保护已经是全社会的共识 投身环保 不只是你我的责任 某家庭准备装修窗户 计划用1年 可供使用的材料有木材 钢铁 铝合金和塑钢 请你调查每种材料的性能 价格 制造及安装成本 利弊 进行分析 你认为选用哪种材料比较好 说明理由 三 正确选用金属材料 塑钢 钢铁 一般 耐用 牢固 质轻高强 美观 耐腐蚀 保温隔热 隔音降噪 适中 适中 适中 较高 较高 适中 适中 较高 选用金属材料时应该考虑的因素 1 主要用途2 外观3 物理性质4 化学性质5 价格6 加工难度7 日常维护8 对环境的影响 四 用途广泛的稀土金属 稀土元素是镧系元素系稀土类元素群的总称 包含钪Sc 钇Y及镧系中的镧La 铈Ce 镨Pr 钕Nd 钷Pm 钐Sm 铕Eu 钆Gd 铽Tb 镝Dy 钬Ho 铒Er 铥Tm 镱Yb 镥Lu 共17种元素 稀土元素能与其它元素组成品种繁多 功能千变万化 用途各异的新型材料 被称为 现代工业的维生素 和神奇的新材料宝库 我国稀土资源占世界稀土资源的80 以氧化物 REO 计达3600万吨 远景储量实际是1亿吨 我国稀土资源分南北两大块 北方 轻稀土资源 集中在包头白云鄂博特等地 以后在四川冕宁又有发现 主要含镧 铈 镨 钕和少量钐 铕 钆等元素 南方 中重稀土资源 分布在江西 广东 广西 福建 湖南等省 以罕见的离子态赋存与花岗岩风化壳层中 主要含钐 铕 钆 铽 镝 钬 铒 铥 镱 镥 钇和镧 钕等元素 稀土作为基体元素能制造出具有特殊 光电磁 性能的多种功能材料 如稀土永磁材料 稀土镍氢电池材料 稀土荧光材料 稀土催化剂 稀土激光材料 稀土精密陶瓷材料 生物工程材料等 它们都是发展电子信息产业 开发新能源 治理环保和国防尖端技术等方面必不可缺少的材料 例如稀土永磁材料 钕铁硼永磁 是当今磁性最强的永磁体 它被称 一代磁王 稀土永磁材料现已广泛的用到了微型电机 工业用电机 风力发电机 音响设备 仪器仪表 航天航空通讯 医用核磁共振成像仪等方面 稀土永磁材料用于电机 使设备小型化 轻型化 同等功率的电机 体积和重量减少30 以上 用稀土永磁同步电机代替工业上的异步电机 节电率可达12 15 真正的稀土三基色荧光灯代替白炽灯 节电率可达到80 稀土金属卤化物灯已被大量用于城市广场 体育场馆和高层建筑的美化泛光照明 这些新型电光源不但 新型合金 储氢合金 Ti Fe La Ni钛合金 Ti V Fe Al等 飞机起落架耐热合金 喷气式飞机的发动机叶片记忆合金 泡沫合金 质轻而坚固 电极材料 催化剂 导热材料 由于石油和煤炭的储量有限 而且在使用过程中会带来环境污染等问题 尤其是20世纪70年代全球石油危机 使氢能作为新的清洁燃料成为研究热点 在氢能利用过程中 氢的储运是重要环节 1969年荷兰飞利浦公司研制出LaNi5储氢合金 具有大量的可逆地吸收 释放氢气的性质 其合金氢化物LaNi5H6中氢的密度与液态氢相当 约为氢气密度的1000倍 储氢合金 合金是由两种特定金属构成的合金 其中一种可以大量吸氢 形成稳定的氢化物 而另一种金属虽然与氢的亲和力小 但氢很容易在其中移动 Mg Ca Ti Zr Y和La等属于第一种金属 Fe Co Ni Cr Cu和Zn等属于第二种金属 前者控制储氢量 后者控制释放氢的可逆性 通过两者合理配制 调节合金的吸放氢性能 制得在室温下能够可逆吸放氢的较理想的储氢材料 镍钴合金能耐1200 的高温 可用于喷气飞机和燃气轮机的构件 镍钴铁非磁性耐热合金在1200 时仍具有高强度 韧性好的特点 可用于航天飞机的部件和原子反应堆的控制棒等 寻找符合耐高温 可长时间运行 10000h以上 耐腐蚀 高强度等要求的合金材料 仍是今后研究的方向 超耐热合金 随着社会的发展 我们对金属的认识也在增加 并且 也希望新的材料的诞生 也许在不远将来 我们都会拥有一辆由 记忆金属 制作的汽车 我们再也不怕把汽车碰撞的凹凸不平而心痛惋惜了 这种 记忆金属 即是镍钛合金 如把这样一块金属进行加热 它将形成一定的形态 冷却后 任意揉皱 或使它弯曲 再加热后 它又恢复了原状 记忆金属 常见金属之最 密度最大的是 硬度最大的是 熔点最低的是 熔点最高的是 延性最好的是 展性最好的是 导电性最好的是 地壳中含量最多的金属元素是 Os Cr Hg W Pt Au Ag Al 练习1 试分析钢铁 铝 铜等能够成为大量使用的金属材料的原因 工业上制取铁 铜 铝较容易 而且价格相对较便宜 常温下它们的化学性质相对较稳定 且较耐腐蚀 硬度 强度 机械性能相对较好 而且它们可以回收加工再利用 练习2 下列物质中 不属于合金的是 A 硬铝B 黄铜C 钢铁D 水银 D 练习3 下列对合金的说法正确的是 A 合金中至少含有两种金属元素B 合金中的金属元素以化合物的形式存在C 黄铜是纯净物D 合金中也可以含有非金属 D 练习4 自然界的地壳中 含量居前两位的金属元素是 A FeAlB CaFeC AlFeD AlCa C 练习5 选用金属材料时 以下方面需要考虑的是 1 主要用途 2 物理性质 化学性质 3 价格 4 加工难度 5 日常维护 6 环境保护A 1 2 3 B 3 4 5 C 1 5 6 D 1 2 3 4 5 6 D 练习6 铝镁合金因坚硬 轻巧 美观 洁净 易加工而成为新型建筑装潢材料 主要用于制作窗框 卷帘门 防护栏等 下列与这些用途无关的 A 不易生锈B 导电性好C 密度小D 强度大 B 练习7 关于不锈钢和普通钢的认识中 你认为正确的是 A 它们的组成元素是相同的B 耐腐蚀的性能不同C 它们都属于钢 因此物理性质是一样的D 构成普通钢和不锈钢的主要元素都是铁 因此它们的化学性质完全相同 B 练习8 铝硅合金 含Si13 5 在凝固时收缩率很小 因而这种合金适合铸造 对于铝和铝硅合金 前者与后者的熔点比较 正确的是 A 大于B 小于C 等于D 无法确定 A 练习9