化学与生活11-金属材料

1、21-22材料发展的历史从生产力的材料发展的历史从生产力的侧面反映了人类社会发展的侧面反映了人类社会发展的文明史。文明史。n材料：名词，指物质或构成器件之物。材料：名词，指物质或构成器件之物。n化学：名词，指研究物质的性质、组成及性质化学：名词，指研究物质的性质、组成及性质变化的科学。变化的科学。、材料发展的历史从生产力的侧面反映了人类、材料发展的历史从生产力的侧面反映了人类社会发展的文明史。社会发展的文明史。 根据当时有代表性的材料将人类社会划分为：根据当时有代表性的材料将人类社会划分为：金属材料：金属材料：金属元素或以金属元素为主构成的具有金属特性的金属元素或以金属元素为主构成的具有金属特

2、性的材料的统称。包括材料的统称。包括纯金属纯金属、合金合金、金属间化合物金属间化合物和和特种金属材料特种金属材料等。等。 1S22S22P63S23P1其原子核外的电子排布如右图所示。其原子核外的电子排布如右图所示。所以，铝的核外电子构型表示为所以，铝的核外电子构型表示为: : 法国皇帝拿破仑三世,曾用铝制做了一顶头盔,以显示自己的富有。所以,铝曾被列为“稀有金属”。铝制头盔n在各种航天器上也大量使在各种航天器上也大量使用铝合金，目的自然是减用铝合金，目的自然是减轻其自重，以能携带更多轻其自重，以能携带更多的科学实验仪器。的科学实验仪器。n我国第一颗人造地球卫星我国第一颗人造地球卫星东方红东方

3、红I I号号”的外壳，就的外壳，就是全部用铝合金制成的。是全部用铝合金制成的。n美国美国 “ “阿波罗阿波罗号号” ” 宇宇宙飞船使用的金属材料宙飞船使用的金属材料中中,75%,75%以上是铝合金。以上是铝合金。东方红东方红I I号人造卫星号人造卫星阿波罗阿波罗IIII号宇宙飞船号宇宙飞船状腺功能降状腺功能降低、胃液分泌减少等低、胃液分泌减少等疾病。而对脑组织及疾病。而对脑组织及智力的损害更为严重。智力的损害更为严重。脑底模型与脑痴呆脑底模型与脑痴呆明矾明矾铝炊具铝炊具n(4) (4) 防止从食物中摄入铝防止从食物中摄入铝 在制作面粉加工中的发酵粉在制作面粉加工中的发酵粉( (磷铝酸钠磷铝酸钠

4、, ,一茶匙含一茶匙含铝铝70mg) (70mg) (可改用酵母菌可改用酵母菌) )、油条、粉条、粉丝、油条、粉条、粉丝、凉粉及腌菜时要加明矾，因而铝的含量很高。长凉粉及腌菜时要加明矾，因而铝的含量很高。长期食用这些食物期食用这些食物, ,都会引起体内铝的积淀。都会引起体内铝的积淀。相关视频：铝相关视频：铝 http:/ d 区、区、 dsds 区元素区元素， 通称为通称为过渡元素或过渡金属过渡元素或过渡金属。 d d 区金属元素的密区金属元素的密度均大于度均大于 5g/cm5g/cm3 3 ，属重金属。，属重金属。贵金属贵金属nCuCu、AgAg、PdPd、RhRh、PtPt和和AtAt等贵

5、金属具有较等贵金属具有较好的热力学稳定性。但它们价格较贵，仅好的热力学稳定性。但它们价格较贵，仅用于特殊场合中。用于特殊场合中。自然界以单质形式存在的金自然界以单质形式存在的金自然界以单质形式存在的银自然界以单质形式存在的银n钛在周期表中是第钛在周期表中是第2222号元素，号元素，相对原子量是相对原子量是47.867 47.867 。 其固体密度为其固体密度为4.5g cm4.5g cm-3 -3 。熔点。熔点16681668，而单质外观如左图。而单质外观如左图。1s22s22p63s23p64s24p2其原子核外的电子排布如右图其原子核外的电子排布如右图所示。所示。所以，钛的核外电子构型表示

6、所以，钛的核外电子构型表示为：为：钛的贮量与钛的贮量与形态形态n钛有如此生命力的另一外原因是因为它在地球上钛有如此生命力的另一外原因是因为它在地球上分布很广，地壳中的丰度为分布很广，地壳中的丰度为0.6%0.6%，仅次于铝、钙、，仅次于铝、钙、钠、钾和镁，比铜、锡、锰、锌等金属多。所以，钠、钾和镁，比铜、锡、锰、锌等金属多。所以，钛不是稀有金属。钛不是稀有金属。n钛的主要储存形式是钛铁矿、钒钛矿及金红石钛的主要储存形式是钛铁矿、钒钛矿及金红石(TiO(TiO2 2) )。我国四川省攀枝花地区已发现了储量约。我国四川省攀枝花地区已发现了储量约为为1515亿吨的钒钛铁矿。亿吨的钒钛铁矿。钛的发现与

7、工业化钛的发现与工业化n英国化学家格里戈尔于英国化学家格里戈尔于17911791年首次发现了钛的年首次发现了钛的存在。但直到存在。但直到19101910年，美国化学家亨特才用化年，美国化学家亨特才用化学方法制得纯度学方法制得纯度99.9%99.9%、总量不足、总量不足1 1克的钛。前克的钛。前后历经约后历经约120120年。年。n19471947年钛的提炼工业化，当时产量只有年钛的提炼工业化，当时产量只有2 2吨。但吨。但不到不到1010年，其产量增至年，其产量增至2 2万吨万吨, ,到到19721972年年, ,年产年产量达量达2020万吨。万吨。钛的应用钛的应用n钛与铝比钛与铝比, , 硬

8、度是其硬度是其2 2倍，制成倍，制成合金则比铝高出合金则比铝高出2 24 4倍。而与钢倍。而与钢相比钛的密度仅为钢的相比钛的密度仅为钢的57%57%，但，但强度与硬度与之接近。强度与硬度与之接近。n钛同时兼有钢钛同时兼有钢( (高强度高强度) )和铝和铝( (质质地轻地轻) )的优点。在原来使用钢材的优点。在原来使用钢材和铝材的地方，它可以而代之；和铝材的地方，它可以而代之；而在钢和铝不能胜任的地方，钛而在钢和铝不能胜任的地方，钛则能则能“轻松应对轻松应对”。钛制高尔夫球杆钛制高尔夫球杆钛合金的应用钛合金的应用n钛的某些合金硬度特别大钛的某些合金硬度特别大, ,可用来可用来制造切削刀具；用钛制

9、造的外科制造切削刀具；用钛制造的外科手术器械锋利、轻巧而不变形；手术器械锋利、轻巧而不变形；利用一些钛合金的利用一些钛合金的“吸氢吸氢”本领，本领，可以贮存氢气，对新能源的开发可以贮存氢气，对新能源的开发意义重大；意义重大；n有的钛合金有有的钛合金有“可塑性可塑性”，可以，可以容易加工成任意形状；有的钛合容易加工成任意形状；有的钛合金具有神奇的金具有神奇的“记忆记忆”能力能力钛合金制自行车钛合金制自行车钛合金制螺丝、钛合金制螺丝、螺帽螺帽钛氧化物的特性钛氧化物的特性钛是制造宇宙飞船的关键材料。钛是制造宇宙飞船的关键材料。由于太空的温度低达零下由于太空的温度低达零下100100200200，这个

10、环境中的飞船，这个环境中的飞船所需要的液氢和液氧燃料，必须所需要的液氢和液氧燃料，必须贮藏在用耐超低温的容器中。但贮藏在用耐超低温的容器中。但大多数金属罐均会破裂，而钛制大多数金属罐均会破裂，而钛制成的容器非但不破成的容器非但不破, ,且强度还会且强度还会增加，增加，所以，液氢和液氧是贮藏所以，液氢和液氧是贮藏在用钛制成罐中。在用钛制成罐中。美国航天飞机美国航天飞机n当美国航天飞机从太空返回地球时，必须穿过当美国航天飞机从太空返回地球时，必须穿过大气层。但由于高速摩擦会使航天飞机表面温大气层。但由于高速摩擦会使航天飞机表面温度高达度高达10001000。一般金属及其合金都难以抵抗，。一般金属及

11、其合金都难以抵抗，也只有钛合金作为其也只有钛合金作为其“蒙皮蒙皮”，才能担此重任。，才能担此重任。n钛材同时也是现代飞机的主要材料。以前飞机的钛材同时也是现代飞机的主要材料。以前飞机的外壳都用铝合金，但当飞机的速度超过音速的外壳都用铝合金，但当飞机的速度超过音速的2.22.2倍时倍时, , 飞机外壳与空气的剧烈摩擦而产生很高的飞机外壳与空气的剧烈摩擦而产生很高的温度。一般铝合金在温度。一般铝合金在300300以上强度便大大下降。以上强度便大大下降。而钛合金在而钛合金在650650以上仍泰然无事，以上仍泰然无事，因而制造超音因而制造超音速飞机的外壳材料就非钛莫属了。速飞机的外壳材料就非钛莫属了。

12、n美国制造的著名美国制造的著名“黑鸟黑鸟”战机，其飞行速度已达战机，其飞行速度已达32003200千米千米/ /小时小时, , 是音速的是音速的2.52.5倍以上，其表面材倍以上，其表面材料即为钛合金。料即为钛合金。“黑鸟黑鸟”军用飞机军用飞机n普通钢铁制成的船体易被海普通钢铁制成的船体易被海水侵蚀，且海水深度每增加水侵蚀，且海水深度每增加1010米，压力就增大米，压力就增大1 1个大气压。个大气压。潜艇或军舰须用超强耐腐蚀潜艇或军舰须用超强耐腐蚀材料来制造。而钛及其合金材料来制造。而钛及其合金长期浸泡在海水中不被长期浸泡在海水中不被海狼号核动力攻击潜艇海狼号核动力攻击潜艇英国大刀级导弹护卫舰

13、英国大刀级导弹护卫舰腐蚀，且由于其没有磁性，腐蚀，且由于其没有磁性，故用钛合金制造的舰船，可故用钛合金制造的舰船，可免受磁性水雷的攻击。所以免受磁性水雷的攻击。所以美国的深海潜艇就是用钛合美国的深海潜艇就是用钛合金制成的，它能够在金制成的，它能够在45004500米米深海中航行。深海中航行。n相关视频：相关视频： 钛性质与用途http:/ 我国的钛合金钛在生活中的应用钛在生活中的应用钛金计算机钛金计算机钛金水笼头钛金水笼头钛在医学上的应用钛在医学上的应用4、合金材料、合金材料合金：两种或两种以上的金属（或金属跟非金属）合金：两种或两种以上的金属（或金属跟非金属） 熔合而成的具有金属特性的物质。

14、熔合而成的具有金属特性的物质。 合金具有许多优良的物理、化学或机械性能。合金具有许多优良的物理、化学或机械性能。一般来说一般来说: : 具有金属通性具有金属通性 硬度大于各成分金属硬度大于各成分金属 熔点低于各成分金属熔点低于各成分金属（）铜合金：我国使用最早的合金（）铜合金：我国使用最早的合金司母戊鼎司母戊鼎青铜：主要含铜和锡，有良好的强度和塑性、耐磨、青铜：主要含铜和锡，有良好的强度和塑性、耐磨、 耐腐蚀，用于制机器零件如轴承、齿轮等。耐腐蚀，用于制机器零件如轴承、齿轮等。黄铜：主要含铜和锌，有良好的强度和塑性、黄铜：主要含铜和锌，有良好的强度和塑性、 易加工、耐腐蚀，主要用于制机器零件、

15、易加工、耐腐蚀，主要用于制机器零件、 仪表和日用品。仪表和日用品。白铜：主要含铜和镍，它不容易生铜绿，用于白铜：主要含铜和镍，它不容易生铜绿，用于 制造精密仪器和装饰品。制造精密仪器和装饰品。工业上常用铜合金来制造各种机械零件工业上常用铜合金来制造各种机械零件工业上常用铜合金来制造各种机械零件工业上常用铜合金来制造各种机械零件相关视频：相关视频：http:/ 2）铁合金）铁合金生铁生铁钢钢（含碳量在（含碳量在2 24.34.3之间之间, ,还含硅、锰及少量还含硅、锰及少量 硫、磷硫、磷 ）碳素钢碳素钢低碳钢低碳钢（含碳（含碳0.6）高碳钢高碳钢（含碳（含碳0.030.030.

16、30.3）中碳钢中碳钢（含碳（含碳0.60.62 2 ）合金钢合金钢 在碳素钢中加入铬、锰、钨、镍、钼、在碳素钢中加入铬、锰、钨、镍、钼、 钴等合金元素钴等合金元素( (如不锈钢如不锈钢) )锰钢制成的钢轨锰钢制成的钢轨钢的含碳量越低，韧性越好，硬度越低；钢的含碳量越低，韧性越好，硬度越低；含碳量越高，韧性越差，硬度越高。含碳量越高，韧性越差，硬度越高。相关视频：相关视频：纯铁及其合金纯铁及其合金 http:/ 3）n铝合金铝合金 含有含有10%-30%10%-30%的镁的镁 ， 硬度和强度都比纯铝和纯镁大，硬度和强度都比纯铝和纯镁大， 用于火箭、飞机、轮船等制造业。用于火箭、飞机、轮船等制造业。 用于用于铝合金制成的车载桌铝合金制成的车载