【大学课件】非铁金属材料与粉末冶金材料VIP

非铁金属材料与粉末冶金材料欢迎来到非铁金属材料与粉末冶金材料课程。本课程将深入探讨这两类重要材料的特性、应用和发展前景。课程导言课程目标掌握非铁金属和粉末冶金材料的基本知识和应用。学习内容涵盖材料特性、分类、生产工艺和实际应用。学习方法理论与实践相结合，注重案例分析和实验操作。非铁金属材料概述定义除铁和铁合金以外的金属材料统称为非铁金属材料。重要性在现代工业和日常生活中扮演着不可或缺的角色。非铁金属材料的定义与特点轻质密度较低，适用于需要减轻重量的场合。耐腐蚀许多非铁金属具有优良的耐腐蚀性能。导电性好部分非铁金属是优良的导电材料。非铁金属材料的分类与应用轻金属如铝、镁、钛，广泛应用于航空航天和交通运输领域。重金属如铜、铅、锌，常用于电气和建筑行业。贵金属如金、银、铂，在电子和珠宝行业中应用广泛。稀有金属如钨、钼、锆，在特种合金和核工业中发挥重要作用。铜及其合金1古代应用铜是人类最早使用的金属之一，用于制作工具和武器。2工业革命铜在电气工业中的应用推动了工业革命的发展。3现代应用铜及其合金在电子、建筑和运输等领域广泛应用。铜的性质及应用导电性铜是优秀的导电材料，广泛用于电线电缆。导热性铜的导热性能优异，常用于热交换设备。耐腐蚀铜具有良好的耐腐蚀性，适用于海洋环境。铜合金的种类与性能黄铜铜锌合金，具有良好的加工性能和装饰性。青铜铜锡合金，硬度高，耐磨性好，常用于轴承。白铜铜镍合金，具有优良的耐蚀性和电阻特性。铝及其合金1轻质2耐腐蚀3易加工4高强度铝是地壳中含量第三高的元素，其合金具有独特的性能组合。铝的性质及应用物理性质密度低，导电导热性好，抗磁性强。化学性质易氧化形成致密氧化膜，耐腐蚀性能优异。主要应用航空航天、汽车制造、建筑、包装等领域。铝合金的种类与性能铸造铝合金适用于复杂形状零件的铸造，如发动机缸体。变形铝合金可通过轧制、挤压等加工成各种形状，如飞机蒙皮。热处理铝合金通过热处理可显著提高强度，如航空结构件。粉末冶金铝合金具有优异的高温性能，用于先进发动机部件。镁及其合金超轻镁是最轻的工程金属，密度仅为铝的2/3。高比强度镁合金的比强度优于多数金属材料。减震性好镁合金具有优异的减震和吸声性能。镁的性质及应用物理性质密度低，熔点低，易加工。化学性质活泼，易与氧反应，需注意防护。主要应用汽车轻量化、电子产品外壳、航空航天等。镁合金的种类与性能AZ系列含铝和锌，综合性能好，如AZ91D。AM系列含铝和锰，耐腐蚀性好，如AM60B。ZK系列含锌和锆，强度高，如ZK60A。WE系列含稀土元素，高温性能好，如WE43。钛及其合金1高强度2低密度3耐腐蚀4生物相容性好钛被誉为"太空金属"，在航空航天和生物医学领域有广泛应用。钛的性质及应用高强度比强度高，常用于承重结构。耐腐蚀在多种腐蚀性环境中表现优异。生物相容性用于制造医疗植入物和器械。钛合金的种类与性能α钛合金耐热性好，焊接性能优异，如CP钛。α+β钛合金强度高，塑性好，如Ti-6Al-4V。β钛合金强度高，可热处理，如Ti-10V-2Fe-3Al。金属间化合物钛合金高温性能优异，如γ-TiAl。贵金属及其合金金、银、钯等贵金属金化学性质稳定，导电性好，用于珠宝和电子。银导电导热性最好，广泛用于电子和光学。钯催化性能优异，用于汽车尾气净化。贵金属合金的性能与应用金合金常与铜、银等合金，用于制作首饰和电子触点。银合金与铜合金提高硬度，用于餐具和电气触点。铂族合金耐高温、抗腐蚀，用于化工和医疗器械。其他特种非铁金属锌用于镀锌钢和压铸合金。镍耐高温、耐腐蚀，用于特种合金。锡低熔点，用于焊料和包装。锌、镍、锡等特种非铁金属锌质软，易加工，常用于压铸和防腐。镍磁性好，耐蚀性强，用于电池和合金。锡低熔点，无毒，广泛用于焊接和包装。特种非铁金属的特殊性能及应用形状记忆合金如镍钛合金，可在特定温度下恢复原形。超导材料如铌钛合金，在低温下实现零电阻。氢存储合金如镧镍合金，可用于氢能源储存。磁性材料如钕铁硼，用于制造强力永磁。粉末冶金材料简介1原料制备金属粉末的制备和处理。2成形将粉末压制成所需形状。3烧结高温加热使粉末颗粒结合。4后处理如热处理、机加工等。粉末冶金材料的定义与特点精密成形可制造复杂形状零件，减少加工浪费。可控孔隙率可制造多孔材料，如轴承和过滤器。复合性能可结合不同材料特性，如硬质合金。粉末冶金材料的生产工艺与应用粉末制备机械粉碎、雾化、电解等方法。混合与造粒添加润滑剂，改善流动性。压制成形单轴压制、等静压等方法。烧结在保护气氛中高温加热。后处理尺寸校正、表面处理等。烧结钢定义通过粉末冶金方法制造的钢铁材料。优点近净成形、性能可调、经济高效。应用汽车零部件、工具、机械结构件等。烧结钢的烧结工艺与性能1预烧结低温加热，去除润滑剂。2烧结高温烧结，通常在1120-1150℃。3冷却控制冷却速度，影响最终性能。4后处理如渗碳、热处理等，提高性能。烧结钢的应用齿轮高精度、高强度齿轮，用于汽车变速箱。轴承自润滑轴承，广泛应用于机械设备。凸轮轴复杂形状零件，用于发动机配气系统。硬质合金1超高硬度2耐磨性3高温稳定性4化学稳定性硬质合金是由难熔金属碳化物和金属粘结剂组成的复合材料。硬质合金的组成与特性硬质相主要是WC，也可含TiC、TaC等。粘结相通常为Co，也可使用Ni或Fe。性能特点高硬度、高韧性、耐磨损、耐高温。硬质合金的生产工艺与应用1原料制备制备碳化物和金属粉末。2配料混合按比例混合并添加润滑剂。3压制成形使用模具压制或等静压成形。4烧结在真空或保护气氛中高温烧结。陶瓷及其复合材料氧化物陶瓷如氧化铝、氧化锆，耐高温、耐腐蚀。非氧化物陶瓷如碳化硅、氮化硅，高硬度、高强度。陶瓷基复合材料如纤维增强陶瓷，提高韧性和可靠性。功能陶瓷如压电陶瓷、导电陶瓷，具有特殊功能。陶瓷材料耐高温陶瓷材料具有极高的熔点，适用于高温环境。耐腐蚀化学性能稳定，能抵抗多种腐蚀性介质。绝缘性多数陶瓷是优良的电绝缘体和热绝缘体。复合材料的种类与应用抛光及磨料材料天然磨料如金刚石、刚玉、石榴石等。人造磨料如人造金刚石、碳化硅、氧化铝等。抛光材料如氧化铈、氧化铝、氧化锆等。金刚石磨料天然金刚石硬度最高，用于精密加工和珠宝加工。人造金刚石性能稳定，成本较低，广泛用于工业加工。金刚石微粉用于精密抛光和超精密加工。CVD金刚石新型涂层材料，用于切削工具。多孔陶瓷抛光材料多孔结构提供良好的研磨性能和冷却效果。可控磨料可嵌入不同类型和粒度的磨料。可塑性好易于制成各种形状的抛光工具。轻质结构材料1减重2高比强度3隔音隔热4能量吸收轻质结构材料在航空航天、汽车等领域有广泛应用。海绵金属制备方法粉末冶金法、熔体发泡法、模板复制法等。特点低密度、高孔隙率、良好的吸能性能。应用轻量化结构、缓冲材料、过滤材料等。材料选择常见铝、钛、镍等金属及其合金。多孔金属材料轻质密度低，可大幅减轻结构重量。传热好多孔结构有利于热交换，用于散热器。吸声多孔结构具有良好的吸声性能。功能性粉末材料磁性材料软磁材料、硬磁材料、磁记录材料等。电子材料导电粉末、半导体粉末、绝缘粉末等。光学材料发光粉末、光学玻璃粉末、光催化材料等。磁性粉末软磁材料铁硅合金、铁镍合金、铁基非晶等。硬磁材料钕铁硼、钐钴、铁氧体等。磁记录材料γ-Fe2O3、CrO2、金属磁粉等。磁流体材料纳米级磁性粉末悬浮液。催化剂载体材料高比表面积提供大量活性位点，提高催化效率。热稳定性在高温反应条件下保持结构稳定。多孔结构有利于反应物的扩散和产物的排出。生物医用材料生物相容性材料金属材料钛及钛合金、钴铬合金、不锈钢等。高分子材料聚乙烯、聚氨酯、聚乳酸等。陶瓷材料氧化铝、氧化锆、羟基磷灰石等。复合材料碳纤维增强复合材料、生物活性玻璃等。生物活性材料1第一代生物惰性材料，如不锈钢、氧化铝。2第二代生物活性材料，如羟基磷灰石、生物玻璃。3第三代组织工程支架，如可降解聚合物。4第四代智能生物材料，如形状记忆合金、药物缓释材料。粉末冶金在航空航天中的应用发动机部件高温合金涡轮叶片、钛合金压气机叶片。