第三章第三节金属材料与合金优秀课件.ppt

第三章第三节金属材料与合金第1页，本讲稿共19页本节所复习内容导读：本节所复习内容导读：一、合金一、合金 1、概念、概念 2、物理性质、物理性质二、常用的合金二、常用的合金 1、铁合金、铁合金 2、铝和铝合金、铝和铝合金 3、铜合金、铜合金4、新型合金、新型合金三、金属的冶炼三、金属的冶炼 1、原理、原理2、步骤、步骤 3、冶炼方法、冶炼方法4、金属的回收和环境的保护、金属的回收和环境的保护第2页，本讲稿共19页一、合金一、合金1 1、概念：、概念：由两种或两种以上的金属（或金属与非金属）熔合而成的由两种或两种以上的金属（或金属与非金属）熔合而成的 具有金属特性的物质。具有金属特性的物质。2、物理性质、物理性质 （1）一般情况下，合金比纯金属硬度大。）一般情况下，合金比纯金属硬度大。（2）多数合金的熔点比各成分金属的低。）多数合金的熔点比各成分金属的低。（3）一般来说，合金的性质并不是各成分的性质的总和，）一般来说，合金的性质并不是各成分的性质的总和，合金具有良好的物理、化学和机械性能。合金具有良好的物理、化学和机械性能。（4）合金的性能可以通过所添加的合金元素的种类、含量）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。和生成合金的条件等来加以调节。第3页，本讲稿共19页生铁生铁钢钢（含碳量在（含碳量在24.3之间之间,还含硅、锰及少量硫、磷还含硅、锰及少量硫、磷）碳素钢碳素钢低碳钢低碳钢（含碳（含碳0.30.6）高碳钢高碳钢（含碳（含碳0.030.3）中碳钢中碳钢（含碳（含碳0.62）合金钢合金钢：在碳素钢中加入铬、锰、钨、镍、在碳素钢中加入铬、锰、钨、镍、钼、钼、钴等合金元素钴等合金元素(如不锈钢如不锈钢)钢的含碳量越低，韧性越好，硬度越低；含碳量越高，韧性越差，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。硬度越高。钢：钢：用量最大用量最大,用途最广的合金。用途最广的合金。根根据据含含碳碳量量二、常用的合金二、常用的合金1 1、铁的合金、铁的合金第4页，本讲稿共19页2 2、铝和铝的合金、铝和铝的合金成分成分性能性能铝铝Al硬度、强度较小硬度、强度较小铝合金铝合金向向Al中加入少量中加入少量的合金元素如：的合金元素如：Cu、Mg、Si、Mn、Zn等稀土等稀土元素元素抗腐蚀能力强，强度高，密抗腐蚀能力强，强度高，密 度较小。度较小。硬铝有良好的机械性能，强硬铝有良好的机械性能，强 度大，又便于加工，而且密度大，又便于加工，而且密 度小，可作轻型结构材料。度小，可作轻型结构材料。第5页，本讲稿共19页3、铜合金、铜合金铜合金分类：铜合金分类：铜合金分为黄铜、青铜、和白铜。铜合金分为黄铜、青铜、和白铜。（1）黄铜：）黄铜：是铜和锌制成的合金统称为黄铜。其中铜锌二元合金称是铜和锌制成的合金统称为黄铜。其中铜锌二元合金称 为黄铜。除锌外，再加入其它元素所组成的多元黄铜称为黄铜。除锌外，再加入其它元素所组成的多元黄铜称 为特殊黄铜。为特殊黄铜。用途：用途：用于制轴承、衬套、齿轮等耐磨件和阀门等耐蚀件。用于制轴承、衬套、齿轮等耐磨件和阀门等耐蚀件。（2）青铜：）青铜：可分为普通青铜（锡青铜）和特殊青铜（铝青可分为普通青铜（锡青铜）和特殊青铜（铝青 铜、铅青铜、硅青铜等）铜、铅青铜、硅青铜等）（3）白铜：）白铜：是铜镍合金是铜镍合金 用途：用途：主要用来制造精密机械、精密仪表中的耐蚀零主要用来制造精密机械、精密仪表中的耐蚀零 件及电阻器，热电偶等。件及电阻器，热电偶等。第6页，本讲稿共19页4、新型合金、新型合金（1）储氢合金：）储氢合金：未来能源的开发中，氢是一种发热高、无污染、无公未来能源的开发中，氢是一种发热高、无污染、无公 害、取之不尽、用之不竭的能源，是能源研究的一个发害、取之不尽、用之不竭的能源，是能源研究的一个发 展方向，关键问题是如何贮存氢，氢气是一种易燃易爆展方向，关键问题是如何贮存氢，氢气是一种易燃易爆 的气体。的气体。La-Ni贮氢合金在常温、贮氢合金在常温、0.152MPa下就可放出下就可放出 氢。可用于汽车、燃料电池等，新型贮氢合金材料的发氢。可用于汽车、燃料电池等，新型贮氢合金材料的发 现和实际应用有待二十一世纪的继续努力。现和实际应用有待二十一世纪的继续努力。（2）钛合金：）钛合金：在钛金属中加入其它合金元素组成的合金称作钛合金。在钛金属中加入其它合金元素组成的合金称作钛合金。钛合金具有密度小，强度高、抗腐蚀性能好，工艺性能钛合金具有密度小，强度高、抗腐蚀性能好，工艺性能 好等优点，是较为理想的航天工程结构材料。好等优点，是较为理想的航天工程结构材料。第7页，本讲稿共19页（3）耐热合金：）耐热合金：镍钴合金能耐镍钴合金能耐12000C高温，用于喷气发动机和燃气轮机高温，用于喷气发动机和燃气轮机 的构件。镍铬铁非磁性耐热合金在的构件。镍铬铁非磁性耐热合金在12000C时仍具有高强时仍具有高强 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。寻找耐高温（堆的控制棒等。寻找耐高温（10000C以上），可长时间以上），可长时间 运行，耐腐蚀、高强度等要求的合金材料，仍是今后研运行，耐腐蚀、高强度等要求的合金材料，仍是今后研 究的方向。究的方向。（4）形状记忆合金：）形状记忆合金：它们具有高弹性、金属橡胶性能、高强度等特点。如：它们具有高弹性、金属橡胶性能、高强度等特点。如：Ni-Ti，Ag-Cd，Cu-Cd等合金，可用作调节装置的弹性等合金，可用作调节装置的弹性 元件（如离合器、节流阀、温控元素等）、热引擎材元件（如离合器、节流阀、温控元素等）、热引擎材 料、医疗材料等。料、医疗材料等。第8页，本讲稿共19页三、金属的冶炼三、金属的冶炼1、原理：、原理：利用氧化还原反应，在一定条件下，把金属离子利用氧化还原反应，在一定条件下，把金属离子 还原成金属单质。还原成金属单质。2、步骤：、步骤：富集：除去杂质，提高矿石中有用成分的含量。富集：除去杂质，提高矿石中有用成分的含量。冶炼：一定条件下，将化合态的金属转变成游离冶炼：一定条件下，将化合态的金属转变成游离 态，即：态，即：Mn+ne-=M 精练：根据对金属纯度的要求，采用一定的方精练：根据对金属纯度的要求，采用一定的方 法，提纯金属。法，提纯金属。3、金属的冶炼方法：、金属的冶炼方法：常见的方法有：（常见的方法有：（1）电解法）电解法 （2）热还原法）热还原法 （3）热分解法）热分解法第9页，本讲稿共19页2NaCl=2Na+Cl2电解电解电解电解（1）电解法：电解法：对于活泼金属如对于活泼金属如Na、Mg、Al等，其离子很难结合电子，等，其离子很难结合电子，只能用电解其熔融盐或氧化物的方法来制取。只能用电解其熔融盐或氧化物的方法来制取。2Al2O3=4Al+3O2电解电解如果精炼不活泼金属，也可以电解可溶性盐的水溶液：如果精炼不活泼金属，也可以电解可溶性盐的水溶液：2CuSO4+2H2O=2Cu+2H2SO4+O2电解电解MgCl2=Mg+Cl2电解电解电解电解第10页，本讲稿共19页（2）热还原法：热还原法：用还原剂（用还原剂（C、CO、H2、Al等）还原金属氧化物。等）还原金属氧化物。适用于金属活动顺序表中介于适用于金属活动顺序表中介于Zn-Cu之间的大多数之间的大多数金属冶炼。金属冶炼。ZnO+C=Zn+CO高温高温Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2高温高温Cr2O3+2Al=2Cr+Al2O3高温高温CuO+H2=Cu+H2O高温高温第11页，本讲稿共19页在冶炼金属所用的还原剂可以视情况灵活选择，例如工业上冶炼在冶炼金属所用的还原剂可以视情况灵活选择，例如工业上冶炼铜时：铜时：Cu2S+2O2=2CuO+SO2高温高温Cu2S+2CuO=4Cu+SO2高温高温不活泼的金属，如不活泼的金属，如Ag、Hg的冶炼，可把它们的氧化物加的冶炼，可把它们的氧化物加热，使金属分解出来。热，使金属分解出来。（3）热分解法：热分解法：2HgO=2Hg+O2 金属活动顺序表和有关金属单质的性质（见下表）金属活动顺序表和有关金属单质的性质（见下表）第12页，本讲稿共19页金属活动顺金属活动顺序表序表KCaNaMgAlZnFeSnPbHCuHgAgPtAu金属原子失金属原子失电子的能力电子的能力 强强-弱弱 金属阳离子金属阳离子得电子的能得电子的能力力 弱弱-强强与氧气化合与氧气化合常温下氧化常温下氧化 常温下能缓慢被氧化常温下能缓慢被氧化加热被氧化加热被氧化 不能不能置换水中的置换水中的氢氢常温下能置换常温下能置换 加热时能置换加热时能置换 不能置换不能置换置换酸中的置换酸中的氢氢 能能 置置 换换 不能置换不能置换与盐溶液反与盐溶液反应应先与水反应先与水反应 前面的金属置换出后面金属前面的金属置换出后面金属自然界中的自然界中的存在存在 化化 合合 态态化合态和游离态化合态和游离态游离态游离态冶炼方法冶炼方法 电解熔融物电解熔融物 还原剂还原还原剂还原加热法加热法富集法富集法第13页，本讲稿共19页4、金属的回收和环境的保护金属的回收和环境的保护一方面矿产资源日渐减少，另一方面废旧金属作为固一方面矿产资源日渐减少，另一方面废旧金属作为固体废弃物，会污染环境，应将废旧金属回收利用、再体废弃物，会污染环境，应将废旧金属回收利用、再生。生。回收废旧金属，将其重新制成金属或它们的化合物，回收废旧金属，将其重新制成金属或它们的化合物，再行使用。例如废旧钢铁可以用于炼钢；废铁屑可以再行使用。例如废旧钢铁可以用于炼钢；废铁屑可以用于制铁盐；从电解精练铜的阳极泥中，可以回收金、用于制铁盐；从电解精练铜的阳极泥中，可以回收金、银等贵金属；从定影液中可以提取金属银。银等贵金属；从定影液中可以提取金属银。第14页，本讲稿共19页随堂练习：随堂练习：1、将、将10g铁碳合金放入铁碳合金放入O2中高温灼烧，反应后的气体中高温灼烧，反应后的气体 通入过量石灰水中得沉淀通入过量石灰水中得沉淀1.4g，则此铁合金是，则此铁合金是 （）A、生铁、生铁 B、高碳钢、高碳钢 C、中碳钢、中碳钢 D、低碳钢、低碳钢B第15页，本讲稿共19页2、铜合金是人类使用最早的金属材料，铜在化合物中的常见铜合金是人类使用最早的金属材料，铜在化合物中的常见 化合价有化合价有+1、+2。已知。已知Cu2O与稀硫酸反应，溶液呈蓝色。与稀硫酸反应，溶液呈蓝色。现向现向Cu、Cu2O和和CuO组成的混合物中，加入组成的混合物中，加入1 L 0.6 mol/L HNO3溶液恰好使混合物溶解，同时收集到溶液恰好使混合物溶解，同时收集到2240 mL NO气气 体（标准状况）。请回答下列问题：体（标准状况）。请回答下列问题：（1）写出）写出Cu2O跟稀硝酸反应的离子方程式：跟稀硝酸反应的离子方程式：。（2）若将上述混合物用足量的）若将上述混合物用足量的H2加热还原，所得到固体的加热还原，所得到固体的 质量为质量为 g。（3）若混合物中含）若混合物中含0.1 mol Cu，将该混合物与稀硫酸充分，将该混合物与稀硫酸充分 反应，至少消耗反应，至少消耗H2SO4的物质的量为的物质的量为 。（4）若混合物中）若混合物中Cu的物质的量为的物质的量为n mol，则，则n的取值范围为的取值范围为 。3Cu2O+14H+2NO-3=6Cu2+2NO+7H2O160.1 mol0.05n0.15第16页，本讲稿共19页本节所复习内容简单回顾：本节所复习内容简单回顾：一、合金一、合金 1、概念、概念 2、物理性质、物理性质二、常用的合金二、常用的合金 1、铁合金、铁合金 2、铝和铝合金、铝和铝合金 3、铜合金、铜合金4、新型合金、新型合金三、金属的冶炼三、金属的冶炼 1、原理、原理2、步骤、步骤 3、冶炼方法、冶炼方法4、金属的回收和环境的保护、金属的回收和环境的保护第17页，本讲稿共19页第18页，本讲稿共19页第19页，本讲稿共19页