应用广泛的金属材料精.ppt

应用广泛的金属材料第1页，本讲稿共35页 材料是人类赖以生存和发展的物质基材料是人类赖以生存和发展的物质基础，一直是人类进步的重要里程碑。石器础，一直是人类进步的重要里程碑。石器时代、青铜器时代、铁器时代都是以材料时代、青铜器时代、铁器时代都是以材料作标志。没有半导体材料就没有计算机技作标志。没有半导体材料就没有计算机技术；没有耐高温、高强度的特殊材料就没术；没有耐高温、高强度的特殊材料就没有航天技术；没有光导纤维就不会有现代有航天技术；没有光导纤维就不会有现代通讯；没有合成材料，今天的生活还会这通讯；没有合成材料，今天的生活还会这么丰富多彩吗？么丰富多彩吗？第2页，本讲稿共35页第3页，本讲稿共35页各种金属制品各种金属制品第4页，本讲稿共35页 下列金属制品通常是用哪些金属材料制成的下列金属制品通常是用哪些金属材料制成的?各利用了金属的哪些性质各利用了金属的哪些性质?表表3 31 1 组成金属制品的成分及其性质组成金属制品的成分及其性质金属制品金属成分应用的金属性质“钢精锅”电线灯泡中的灯丝熔断器中的保险丝18K金首饰硬币或纪念币FeAl、CuWPb、Sn、Bi、CdAu(Ag、Cu25%)第5页，本讲稿共35页国内的：国内的：第三套人民币硬币第三套人民币硬币 1 1元硬币元硬币 铜镍合金铜镍合金 5 5角硬币角硬币 铜锌合金铜锌合金 2 2角硬币角硬币 铜锌合金铜锌合金 1 1角硬币角硬币 铜锌合金铜锌合金 第四套人民币硬币第四套人民币硬币 1 1元硬币元硬币 钢芯镀镍钢芯镀镍 5 5角硬币角硬币 铜锌合金铜锌合金 1 1角硬币角硬币 铝镁合金铝镁合金 第五套人民币硬币第五套人民币硬币 1 1元硬币元硬币 钢芯镀镍钢芯镀镍 5 5角硬币角硬币 钢芯镀铜合金钢芯镀铜合金 1 1角硬币角硬币 铝合金铝合金 第6页，本讲稿共35页金属之最金属之最地壳中含量最高的金属元素地壳中含量最高的金属元素人体中含量最高的金属元素人体中含量最高的金属元素产量最高、最常见的金属产量最高、最常见的金属导电、导热性最好的金属导电、导热性最好的金属熔点最高的金属熔点最高的金属熔点最低的金属熔点最低的金属铝铝钙钙铁铁银银钨钨汞汞硬度最大的金属硬度最大的金属铬铬第7页，本讲稿共35页1.1.金属的通性金属的通性有金属光泽、有金属光泽、易导电易导电导热导热、有延展性。、有延展性。2.2.金属的特性金属的特性（1 1）铜和铝有良好的导电性。）铜和铝有良好的导电性。（2 2）金和铝有良好的延展性。）金和铝有良好的延展性。（3 3）钨有很高的熔点。）钨有很高的熔点。第8页，本讲稿共35页1.1.铝是一种活泼金属，为什么可用它制作铝锅铝是一种活泼金属，为什么可用它制作铝锅?使用时应注意什么问题？使用时应注意什么问题？铝具有一定的抗腐蚀能力，这是因为表面的铝和铝具有一定的抗腐蚀能力，这是因为表面的铝和空气中的氧气反应形成一层致密的氧化膜，阻止了铝空气中的氧气反应形成一层致密的氧化膜，阻止了铝与氧气进一步反应。此外，可采用电解的方法，使铝与氧气进一步反应。此外，可采用电解的方法，使铝表面形成较厚且致密的保护膜，增强铝制品的抗腐蚀表面形成较厚且致密的保护膜，增强铝制品的抗腐蚀能力。能力。不能用钢刷、砂灰擦，容易使铝层变薄。不能用钢刷、砂灰擦，容易使铝层变薄。第9页，本讲稿共35页为什么铝制容器可盛装浓硫酸和浓硝酸？为什么铝制容器可盛装浓硫酸和浓硝酸？铝在冷的浓硫酸和浓硝酸中发生钝化，表面生成了一铝在冷的浓硫酸和浓硝酸中发生钝化，表面生成了一层致密的氧化膜，阻了反应的进一步进行。层致密的氧化膜，阻了反应的进一步进行。第10页，本讲稿共35页（1 1）制成不锈钢。）制成不锈钢。（2 2）涂油漆。）涂油漆。（3 3）涂油。）涂油。（4 4）镀上其他抗腐蚀能力强的金属。）镀上其他抗腐蚀能力强的金属。3 3铁是活泼金属，易被腐蚀氧化。为了延长铁制品铁是活泼金属，易被腐蚀氧化。为了延长铁制品的使用寿命，人们常用什么方法加以处理的使用寿命，人们常用什么方法加以处理?第11页，本讲稿共35页实验记录实验记录实验现象实验实验活动与探究活动与探究铝片表面无明显现象铝片表面无明显现象铝片表面出现气泡铝片表面出现气泡铝片表面附着一层红色的铜铝片表面附着一层红色的铜铝片表面无明显现象铝片表面无明显现象铝箔熔化，失去光泽，熔化的铝箔熔化，失去光泽，熔化的铝并不滳落，好象有一层膜兜着铝并不滳落，好象有一层膜兜着第12页，本讲稿共35页铝制炊具为何不能用来盛装酸性和碱性食品？铝制炊具为何不能用来盛装酸性和碱性食品？铝制炊具也不能长时间存放含食盐食品，铝制炊具也不能长时间存放含食盐食品，这是为什么？这是为什么？因为氧化铝、铝都能与酸、碱溶液反应，氯化钠溶液中的氯离因为氧化铝、铝都能与酸、碱溶液反应，氯化钠溶液中的氯离子会破坏氧化膜的结构，加速铝制品的腐蚀。使用铝质容器，子会破坏氧化膜的结构，加速铝制品的腐蚀。使用铝质容器，食品中铝离子含量比较高，而铝离子的摄入量过多的话容易造食品中铝离子含量比较高，而铝离子的摄入量过多的话容易造成老年性痴呆（这是科学证明过的了），不仅仅如此，不锈钢成老年性痴呆（这是科学证明过的了），不仅仅如此，不锈钢也不适于腌制食品。腌制食品采用陶、瓷、瓦罐一类的比较好。也不适于腌制食品。腌制食品采用陶、瓷、瓦罐一类的比较好。第13页，本讲稿共35页铝可用于焊接钢轨，原理？铝可用于焊接钢轨，原理？第14页，本讲稿共35页铝是一种比较活泼的金属铝是一种比较活泼的金属具有两性，能与酸、强碱溶液反应具有两性，能与酸、强碱溶液反应表面的铝能与空气中的氧气反应形成一层表面的铝能与空气中的氧气反应形成一层致密的氧化膜，具有一定的抗腐蚀能力致密的氧化膜，具有一定的抗腐蚀能力常温下，与强氧化剂接触时，表面会钝化常温下，与强氧化剂接触时，表面会钝化（如浓硫酸、浓硝酸）（如浓硫酸、浓硝酸）铝、氧化铝、氢氧化铝都具有两性，能与铝、氧化铝、氢氧化铝都具有两性，能与酸或强碱反应。酸或强碱反应。铝的性质铝的性质第15页，本讲稿共35页概念概念:两种或两种以上金属（或非金属）相互熔合两种或两种以上金属（或非金属）相互熔合而成的具有金属特性的物质。而成的具有金属特性的物质。特性特性:合金的熔点合金的熔点低于低于其各组成金属熔点。其各组成金属熔点。合金的硬度和强度合金的硬度和强度高高于其组成金属。于其组成金属。合合 金金第16页，本讲稿共35页黄铜材质的铜号黄铜材质的铜号铝合金窗框铝合金窗框熔断器熔断器第17页，本讲稿共35页 铁合金在生活中应用十分广泛，各种铁合铁合金在生活中应用十分广泛，各种铁合金都有自己的特性。请查阅资料，讨论不同铁金都有自己的特性。请查阅资料，讨论不同铁合金的应用。合金的应用。生铁：含碳生铁：含碳2 24 4钢钢 ：含碳：含碳0.30.32 2锰钢：含锰，具有很强的耐磨性和韧性，可用于锰钢：含锰，具有很强的耐磨性和韧性，可用于 制造拖拉机履带和汽车车轴等。制造拖拉机履带和汽车车轴等。钨钢：含钨，耐高温，硬度大，可用于制作切削钨钢：含钨，耐高温，硬度大，可用于制作切削 金属的刀具。金属的刀具。镍铬钢：不锈钢镍铬钢：不锈钢硅钢：含硅硅钢：含硅特特种种钢钢第18页，本讲稿共35页 在我们的日常生活中，时常可在我们的日常生活中，时常可以看到铝合金。从家庭装修材料到以看到铝合金。从家庭装修材料到各类日用器具，都有铝合金制品。各类日用器具，都有铝合金制品。请结合实例，说明铝合金在性能上请结合实例，说明铝合金在性能上有什么优点。有什么优点。调查研究调查研究 铝合金：向纯铝中加入合金元素如铝合金：向纯铝中加入合金元素如Cu、Mg、Si、Mn、Zn 及稀土金属等。及稀土金属等。如硬铝：如硬铝：Cu 4%、Mg 0.5%、Mn 0.5%、Si 0.7%质轻、强度大、耐腐蚀、易加工。质轻、强度大、耐腐蚀、易加工。铝和航空事业紧紧地连在一起，因此，有些国家把铝誉为铝和航空事业紧紧地连在一起，因此，有些国家把铝誉为“带翼的带翼的金属金属”，即能飞的意思。，即能飞的意思。广泛用于飞机、火箭、汽车、火车、船舶等许多军用和民用产品中。广泛用于飞机、火箭、汽车、火车、船舶等许多军用和民用产品中。第19页，本讲稿共35页钛钛合合金金 被誉为被誉为“2 l2 l世纪金属世纪金属”的钛所形成的合金，的钛所形成的合金，在高科技领域发挥了巨大的作用。同时，由于它在高科技领域发挥了巨大的作用。同时，由于它有较高的强度、良好的抗氧化性和优异的耐腐蚀有较高的强度、良好的抗氧化性和优异的耐腐蚀性，对人体无毒和不良反应，还可作为人造骨的性，对人体无毒和不良反应，还可作为人造骨的材料，因而又被称为材料，因而又被称为“亲生物金属亲生物金属”。现在，钛。现在，钛合金已广泛应用于膝关节、肩关节、合金已广泛应用于膝关节、肩关节、头盖骨的修复或再造。头盖骨的修复或再造。第20页，本讲稿共35页神奇的形状记忆合金神奇的形状记忆合金形状记忆合金（形状记忆合金（钛钛镍合金镍合金）：合金的形状被改变之后，一）：合金的形状被改变之后，一旦加热到一定的跃变温度时，它又可以魔术般地变回到旦加热到一定的跃变温度时，它又可以魔术般地变回到原来的形状，人们把具有这种特殊功能的合金称为形状原来的形状，人们把具有这种特殊功能的合金称为形状记忆合金。记忆合金。(a)(a)原始形状原始形状 (b)(b)拉拉 直直(c)(c)加热后恢复加热后恢复第21页，本讲稿共35页 永不忘本的金属永不忘本的金属 形状记忆合金不仅单次形状记忆合金不仅单次“记忆记忆”能力几乎能力几乎可达百分之百，即恢复到和原来一模一样的形可达百分之百，即恢复到和原来一模一样的形状，更可贵之处在于这种状，更可贵之处在于这种“记忆记忆”本领即使重本领即使重复复500万次以上也不会产生丝毫疲劳断裂。因此，万次以上也不会产生丝毫疲劳断裂。因此，形状记忆合金享有形状记忆合金享有“永不忘本永不忘本”、“百折不挠百折不挠”等美誉，被比作一个人应具有的永不变节、等美誉，被比作一个人应具有的永不变节、坚贞不屈的精神和气节。坚贞不屈的精神和气节。神奇的形状记忆合金神奇的形状记忆合金第22页，本讲稿共35页在医学上的应用在医学上的应用形状记忆合金在现代临床医疗领域内已获得广泛应用，正形状记忆合金在现代临床医疗领域内已获得广泛应用，正扮演着不可替代的重要角色。例如，各类人体腔内支架、心脏扮演着不可替代的重要角色。例如，各类人体腔内支架、心脏修补器、血栓过滤器、口腔正畸器、人造骨骼、伤骨固定加压修补器、血栓过滤器、口腔正畸器、人造骨骼、伤骨固定加压器、脊柱矫形棒、栓塞器、节育环、医用介入导丝和手术缝合器、脊柱矫形棒、栓塞器、节育环、医用介入导丝和手术缝合线等等，都可以用形状记忆合金制成。线等等，都可以用形状记忆合金制成。（a a）预压缩）预压缩 （b b）受热扩张后）受热扩张后 （c c）植入腔道内效果）植入腔道内效果医用腔内支架的应用原理示意医用腔内支架的应用原理示意 第23页，本讲稿共35页作为一类新兴的功能材料，形状记忆合金的很多新用途正不作为一类新兴的功能材料，形状记忆合金的很多新用途正不断被开发。记忆合金还可以制成任意变形的眼镜架，如果不小心断被开发。记忆合金还可以制成任意变形的眼镜架，如果不小心被碰弯曲了，只要将其放在热水中加热，就可以恢复原状。不久被碰弯曲了，只要将其放在热水中加热，就可以恢复原状。不久的将来，汽车的外壳也可以用记忆合金制作。如果不小心碰瘪了，的将来，汽车的外壳也可以用记忆合金制作。如果不小心碰瘪了，只要用电吹风加加温就可恢复原状，既省钱又省力，实在方便。只要用电吹风加加温就可恢复原状，既省钱又省力，实在方便。其它领域的应用其它领域的应用第24页，本讲稿共35页 除金、铂外，大多数金属都会发生腐蚀。铁器使用除金、铂外，大多数金属都会发生腐蚀。铁器使用时间较长会生锈；较不活泼的金属铜在潮湿的空气中也时间较长会生锈；较不活泼的金属铜在潮湿的空气中也会慢慢形成一层绿色的铜锈会慢慢形成一层绿色的铜锈(俗称俗称“铜绿铜绿”)；银首饰；银首饰在空气中受到微量硫化物的作用，表面会生成硫化在空气中受到微量硫化物的作用，表面会生成硫化银薄层，逐渐失去光泽。银薄层，逐渐失去光泽。第25页，本讲稿共35页1.定义：金属的腐蚀（定义：金属的腐蚀（corrosion)是指金属或合是指金属或合金与周围的物质接触金与周围的物质接触,发生化学反应被侵蚀损耗发生化学反应被侵蚀损耗的过程的过程,在金属腐蚀过程中在金属腐蚀过程中金属失去电子被氧金属失去电子被氧化化。MMn失去失去n个电子个电子第26页，本讲稿共35页2。分类：。分类：化学腐蚀化学腐蚀（chemical corrosion）电化学腐蚀电化学腐蚀（electrochemical corrosion）金属跟周围的物质接触直接发生化学反应而引起的金属跟周围的物质接触直接发生化学反应而引起的腐蚀叫化学腐蚀，如铁被氯气、氧气氧化而腐蚀。腐蚀叫化学腐蚀，如铁被氯气、氧气氧化而腐蚀。指不纯的金属或合金发生原电池反应，使较活泼的金属失去电指不纯的金属或合金发生原电池反应，使较活泼的金属失去电子被氧化而引起的腐蚀。钢铁在潮湿的空气中生锈是典型的电子被氧化而引起的腐蚀。钢铁在潮湿的空气中生锈是典型的电化学腐蚀。化学腐蚀。第27页，本讲稿共35页 铁合金在使用过程中发生锈蚀的原因铁合金在使用过程中发生锈蚀的原因是什么是什么?为什么炒过菜的铁锅没有及时清为什么炒过菜的铁锅没有及时清洗容易生锈洗容易生锈?铁器件不仅容易受到环境中化学物质铁器件不仅容易受到环境中化学物质(如酸雾如酸雾)的侵蚀而发生化学腐蚀，在潮湿的空气中还能发生电的侵蚀而发生化学腐蚀，在潮湿的空气中还能发生电化学腐蚀。在潮湿的空气里，铁器件表面吸附了一层化学腐蚀。在潮湿的空气里，铁器件表面吸附了一层水膜。水膜中溶解有氧和少量盐类等，形成一薄层电水膜。水膜中溶解有氧和少量盐类等，形成一薄层电解质溶液，与铁器件中的铁和碳构成了许多微小的原解质溶液，与铁器件中的铁和碳构成了许多微小的原电池，发生原电池反应，从而加快了铁器件腐蚀的速电池，发生原电池反应，从而加快了铁器件腐蚀的速率。率。第28页，本讲稿共35页析氢腐蚀析氢腐蚀Fe2e=Fe22H2e=H2吸氧腐蚀吸氧腐蚀Fe2e=Fe2O24e2H2O=4OH第29页，本讲稿共35页 结合下列问题，通过调查和讨论了解生活中使用结合下列问题，通过调查和讨论了解生活中使用的铁器和其他金属制品采用了哪些防止腐蚀的方法，的铁器和其他金属制品采用了哪些防止腐蚀的方法，查阅资料分析这些防腐方法的原理。查阅资料分析这些防腐方法的原理。1 1铁质自来水管为什么要镀锌铁质自来水管为什么要镀锌?2 2自行车车轮钢圈镀铬有什么作用自行车车轮钢圈镀铬有什么作用?铬是如何镀上去的？铬是如何镀上去的？3 3汽车车身、轮船外壳喷涂的油漆起什么作用汽车车身、轮船外壳喷涂的油漆起什么作用?4 4有些小刀的刀片表面带有蓝黑色的光泽，这是经有些小刀的刀片表面带有蓝黑色的光泽，这是经过过“烤蓝烤蓝”处理形成的。你知道什么是处理形成的。你知道什么是“烤蓝烤蓝”吗吗?为什么刀片要经过为什么刀片要经过“烤蓝烤蓝”处理处理?5 5暂时不使用的刀具等金属器件要擦干并涂上油或是凡士暂时不使用的刀具等金属器件要擦干并涂上油或是凡士林，为什么林，为什么?6 6用不锈钢代替碳钢制作钢铁器件有什么好处用不锈钢代替碳钢制作钢铁器件有什么好处?第30页，本讲稿共35页3.3.金属的防护金属的防护（1 1）覆盖保护层；）覆盖保护层；（2 2）改变金属内部结构；）改变金属内部结构；（3 3）钢铁表面镶嵌活泼金属，）钢铁表面镶嵌活泼金属，如锌；如锌；（4 4）钢铁连接电源负极。）钢铁连接电源负极。第31页，本讲稿共35页检索咨询检索咨询牺牲阳极的阴极保护牺牲阳极的阴极保护 在被保护的金属器件上在被保护的金属器件上 附着一种更附着一种更易失去电子的金属或合金的方法，称为易失去电子的金属或合金的方法，称为“牺牲阳极的阴极保护牺牲阳极的阴极保护”。这种方法可以应。这种方法可以应用于防止水下的船壳、用于防止水下的船壳、钢铁设备和地下钢铁设备和地下管道的腐蚀。管道的腐蚀。第32页，本讲稿共35页 有些盛放食品的铁罐是用有些盛放食品的铁罐是用“马口铁马口铁”(镀锡铁皮镀锡铁皮)制制成的；屋檐的水槽、浇花用的水壶和水桶等器具一般是成的；屋檐的水槽、浇花用的水壶和水桶等器具一般是用白铁皮用白铁皮(镀锌铁皮镀锌铁皮)制成的。当制成的。当“马口铁马口铁”铁罐被腐蚀铁罐被腐蚀时，锈斑呈点状分布，锈孔容易穿透铁罐；而白铁皮水时，锈斑呈点状分布，锈孔容易穿透铁罐；而白铁皮水槽被腐蚀时，锈斑容易在面上扩展开来，镀锌层先被腐槽被腐蚀时，锈斑容易在面上扩展开来，镀锌层先被腐蚀而内部的铁却不易被锈蚀。你知道造成这种现象的原蚀而内部的铁却不易被锈蚀。你知道造成这种现象的原因吗因吗?第33页，本讲稿共35页 “烤蓝烤蓝”，又称，又称“发蓝发蓝”，也是一种常用的，也是一种常用的铁器表面处理方法。它可以使铁器表面氧化生成铁器表面处理方法。它可以使铁器表面氧化生成一层致密的四氧化三铁薄膜，增强铁器件的抗腐一层致密的四氧化三铁薄膜，增强铁器件的抗腐蚀能力。铁器件蚀能力。铁器件“烤蓝烤蓝”要使用发蓝液。常用的要使用发蓝液。常用的一种发蓝液是用氢氧化钠、硝酸钠、亚硝酸钠等一种发蓝液是用氢氧化钠、硝酸钠、亚硝酸钠等试剂配制而成的。去除了油污和锈斑的刀片，在试剂配制而成的。去除了油污和锈斑的刀片，在发蓝液中煮沸一段时间后取出，用水洗净，就可发蓝液中煮沸一段时间后取出，用水洗净，就可以看到刀片表面呈现出蓝黑色光泽。以看到刀片表面呈现出蓝黑色光泽。第34页，本讲稿共35页合理选择防腐方法合理选择防腐方法生活向导生活向导 防止金属腐蚀的方法很多，不同的方法，使用条件不同，防止金属腐蚀的方法很多，不同的方法，使用条件不同，防腐效果不同，费用也有差异。防腐效果不同，费用也有差异。选择防腐方法时，一般需要考虑以下几个问题：选择防腐方法时，一般需要考虑以下几个问题：1 1金属制品的使用期限。如果是短期使用，不须采用昂金属制品的使用期限。如果是短期使用，不须采用昂贵的防腐方法。贵的防腐方法。2 2金属制品的使用环境。不同的环境造成金属腐蚀金属制品的使用环境。不同的环境造成金属腐蚀的因素、金属发生腐蚀的速率不同，使用的防腐方法也不的因素、金属发生腐蚀的速率不同，使用的防腐方法也不同。同。3 3对金属制品外观的要求。对金属制品外观的要求。第35页，本讲稿共35页