用途广泛的金属材料 (2).ppt

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1、 第三章第三章 第第3 3节节用途广泛的金属材料用途广泛的金属材料 原始社会过渡到了奴隶社会原始社会过渡到了奴隶社会青铜器的使用，使社会生产力得到大力发展青铜器的使用，使社会生产力得到大力发展奴隶社会过渡到了封建社会奴隶社会过渡到了封建社会铁器的使用铁器的使用，使社会生产力得到大力发展使社会生产力得到大力发展青铜时代青铜时代铁器时代铁器时代金属在历史上的地位金属在历史上的地位石器时代石器时代电子时代电子时代工具的变迁是人类文明进步的标志之一工具的变迁是人类文明进步的标志之一工具的变迁是人类文明进步的标志之一工具的变迁是人类文明进步的标志之一金属推动人类文明进程金属推动人类文明进程金属推动人类文

2、明进程金属推动人类文明进程三峡大坝三峡大坝54.5万吨万吨钢材钢材 国家大剧院国家大剧院 穹顶穹顶17000多块多块钛金属板钛金属板 飞机飞机70%金属金属Al铜导线铜导线金属炊具金属炊具暖气片暖气片现在社会离不开金属现在社会离不开金属金属制品金属制品包含金属的物体包含金属的物体金属材料金属材料进一步加工进一步加工利用利用地壳、海洋原有的金地壳、海洋原有的金属单质、化合物属单质、化合物 由两种或两种以上的金属（或由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跟非金属）熔合而成的具有金属特性的物质。金属特性的物质。合金的优良性质合金的优良性质：合金合金：硬度大于其纯金属成分硬度大于其

3、纯金属成分熔点低于其纯金属成分熔点低于其纯金属成分合金的用途合金的用途 铜合金青铜青铜黄铜黄铜白铜白铜（铜、锡及少量的铅）（铜、锡及少量的铅）（铜、锌及少量的锡、铅、铝等）（铜、锌及少量的锡、铅、铝等）（铜、镍、锌及少量的锰）（铜、镍、锌及少量的锰）有良好的强度和塑性、耐磨、耐腐蚀，有良好的强度和塑性、耐磨、耐腐蚀，主要用于制造机械零件如轴承、齿轮等。主要用于制造机械零件如轴承、齿轮等。有良好的强度和塑性、易加工、耐腐蚀，有良好的强度和塑性、易加工、耐腐蚀，用于制机械零件、仪表和日用品。用于制机械零件、仪表和日用品。不易生铜绿，常被用来制造精密仪器和装不易生铜绿，常被用来制造精密仪器和装饰品饰

4、品。1939年在河年在河南安阳殷墟出土的南安阳殷墟出土的商代后期制作的司商代后期制作的司母戊鼎，含铜母戊鼎，含铜84.8%、锡、锡11.6%、铅铅2.8%，属于青，属于青铜制品。他的工艺铜制品。他的工艺精湛，充分体现了精湛，充分体现了我国光辉灿烂的古我国光辉灿烂的古代科技。代科技。在黄铜中加入1%的锡,能够显著改善黄铜的抗海水和海洋大气腐蚀的能力，因此被称为“海军黄铜”。钢钢碳素钢碳素钢（铁和碳（铁和碳 的合金）的合金）合金钢合金钢（在碳素钢中加入铬、锰、钨、（在碳素钢中加入铬、锰、钨、镍、钼、钴、硅等合金元素）镍、钼、钴、硅等合金元素）低碳钢低碳钢含碳量低于含碳量低于0.3%中碳钢中碳钢含碳

5、量为含碳量为0.3%0.6%高碳钢高碳钢含碳量高于含碳量高于0.6%韧性、焊接性好，但强度低，韧性、焊接性好，但强度低，用于制钢板、钢丝、钢管等用于制钢板、钢丝、钢管等强度高，韧性及加工性好，强度高，韧性及加工性好，用于制钢轨、车轮和建材等用于制钢轨、车轮和建材等硬而脆，热处理后弹性好，硬而脆，热处理后弹性好，用于制器械、弹簧、刀具等用于制器械、弹簧、刀具等具有各种不同的优良性能，具有各种不同的优良性能，用于制不锈钢及各种特种钢用于制不锈钢及各种特种钢名称名称 主要合金元素主要合金元素 主要特征主要特征 主要用途主要用途锰钢锰钢 锰锰韧性好、硬度大韧性好、硬度大钢轨、轴承、挖掘钢轨、轴承、挖掘

6、机铲斗、坦克装甲机铲斗、坦克装甲不锈钢不锈钢 铬、镍铬、镍抗腐蚀性好抗腐蚀性好医疗器械、容器、医疗器械、容器、炊具炊具 硅钢硅钢 硅硅导磁性好导磁性好变压器、发电机和变压器、发电机和电动机中的铁芯电动机中的铁芯 钨钢钨钢 钨钨耐高温、硬度大耐高温、硬度大刀具刀具几种常见合金钢的主要特性和用途几种常见合金钢的主要特性和用途 从对合金成分及性能从对合金成分及性能的分析，你能得出什么结论的分析，你能得出什么结论？使用不同的原料，改变原料的配比，变更制造合金的工艺等，可以制得具有不同性能的合金，从而可以满足生产及科研工作的不同用途和要求。如何正确选用金属材料如何正确选用金属材料选择材料时，常常要考虑以

7、下几个方面：选择材料时，常常要考虑以下几个方面：主要用途主要用途外观外观物理性质（密度、硬度、强度、导电性、导热性）物理性质（密度、硬度、强度、导电性、导热性）化学性质（对水的作用、耐腐蚀性）化学性质（对水的作用、耐腐蚀性）价格价格加工难度加工难度日常维修日常维修对环境的影响对环境的影响铝制饮料罐可回收利用铝制饮料罐可回收利用 据估算，据估算，回收一个铝回收一个铝制饮料罐比制饮料罐比制造一个新制造一个新饮料罐节省饮料罐节省20%,20%,而且还而且还可以节约金可以节约金属资源和属资源和95%95%的能源。的能源。易拉罐易拉罐从化学的角度，你想了解或研究构成从化学的角度，你想了解或研究构成易拉罐

8、材料的哪些内容？易拉罐材料的哪些内容？为什么？为什么？我看到易拉罐我看到易拉罐化学化学材料材料易拉罐到底易拉罐到底是什么材料是什么材料做的？做的？为什么一定要用为什么一定要用这种材料？不可这种材料？不可以替代吗？以替代吗？这种材料怎这种材料怎么来的啊？么来的啊？用这种材料做用这种材料做易拉罐到底好易拉罐到底好不好啊？不好啊？这种材料环这种材料环保？保？易拉罐的由来易拉罐的由来19351935年美国一家啤酒公司将啤酒装入铁罐中年美国一家啤酒公司将啤酒装入铁罐中二战后期大量运往欧洲，供给美军二战后期大量运往欧洲，供给美军二战后，由于二战美国老兵对灌装啤酒的需求，铁罐啤酒被保留二战后，由于二战美国老

9、兵对灌装啤酒的需求，铁罐啤酒被保留19581958年第一支铝制的易拉罐诞生年第一支铝制的易拉罐诞生19671967年可口可乐公司开始使用易拉罐年可口可乐公司开始使用易拉罐目前几乎所有知名饮料均会采用易拉罐包装目前几乎所有知名饮料均会采用易拉罐包装早期啤酒装入玻璃瓶中早期啤酒装入玻璃瓶中早期啤酒装入玻璃瓶中早期啤酒装入玻璃瓶中生产商尝试将啤酒重新装回玻璃瓶中生产商尝试将啤酒重新装回玻璃瓶中生产商尝试将啤酒重新装回玻璃瓶中生产商尝试将啤酒重新装回玻璃瓶中为什么易拉罐采用铝作为为什么易拉罐采用铝作为主要材料？主要材料？易拉罐包装相对于其他包装材料有什么优势？易拉罐包装相对于其他包装材料有什么优势？易

10、拉罐包装相对于其他包装材料有什么优势？易拉罐包装相对于其他包装材料有什么优势？为什么？为什么？为什么？为什么？为什么为什么Al制品不易生锈？制品不易生锈？性质性质性质性质密度密度密度密度g g cmcm-3-3熔点熔点熔点熔点摄氏度摄氏度摄氏度摄氏度沸点沸点沸点沸点摄氏度摄氏度摄氏度摄氏度颜色颜色颜色颜色AlAl2.72.7660.37660.3724942494银白色银白色银白色银白色AlAl2 2O O3 33.93.92050205029802980白色白色白色白色在空气中，铝的表面很容易生成一层稳定的氧化膜，在空气中，铝的表面很容易生成一层稳定的氧化膜，保护了内层的铝。保护了内层的铝。

11、但是天然形成的氧化膜很薄，耐磨性和抗腐蚀性不但是天然形成的氧化膜很薄，耐磨性和抗腐蚀性不够强，为了使铝制品适用于不同的用途，通常还需够强，为了使铝制品适用于不同的用途，通常还需要用化学方法对铝的表面进行处理要用化学方法对铝的表面进行处理铝本身的性质铝本身的性质铝材料的相关性能铝材料的相关性能在很大程度上决定在很大程度上决定在很大程度上决定在很大程度上决定物理性质物理性质物理性质物理性质延展性延展性延展性延展性低密度低密度低密度低密度化学性质化学性质化学性质化学性质与与与与OO2 2反应反应反应反应形成致密的保护膜形成致密的保护膜形成致密的保护膜形成致密的保护膜铝材料的用途铝材料的用途在很大程度

12、上决定在很大程度上决定在很大程度上决定在很大程度上决定易于加工易于加工易于加工易于加工抗压抗压抗压抗压不易生锈不易生锈不易生锈不易生锈材质轻材质轻材质轻材质轻承受承受承受承受COCO2 2的压力的压力的压力的压力携带携带携带携带轻便轻便轻便轻便罐体可以罐体可以罐体可以罐体可以长期放置长期放置长期放置长期放置性质决定性能性质决定性能性质决定性能性质决定性能 性能决定用途性能决定用途性能决定用途性能决定用途为什么为什么Al早期价格昂贵？早期价格昂贵？后来价格逐渐下降，得以广泛后来价格逐渐下降，得以广泛使用？使用？拿破仑三世在宴请宾客的时候，客人使用金拿破仑三世在宴请宾客的时候，客人使用金银器皿，自

13、己使用铝制器皿，已显自己身份银器皿，自己使用铝制器皿，已显自己身份的高贵的高贵英国化学会为表示对门捷列夫的敬意，送给英国化学会为表示对门捷列夫的敬意，送给他铝制的花瓶和杯子他铝制的花瓶和杯子1827年德国化学家年德国化学家维勒维勒3K+AlCl3 3KCl+Al一定条件一定条件1854年法国化学家年法国化学家德维尔德维尔3Na+AlCl3Na+AlCl3 3 3NaCl+Al 3NaCl+Al一定条件一定条件1886年法国化学家年法国化学家埃鲁埃鲁1886年美国化学家年美国化学家霍尔霍尔2Al2Al2 2OO3 3 4 Al+3O 4 Al+3O2 2电解电解铝价格变化的趋势铝价格变化的趋势(

14、美元美元/kg)更早更早 1858 1890 1911 240 72 3.0 0.29材料的价格：材料的价格：原料的天然来源原料的天然来源制造的工程与工艺制造的工程与工艺世界卫生组织不推荐世界卫生组织不推荐Al作为易拉罐的作为易拉罐的主要材料主要材料科研人员调查过科研人员调查过52种易拉罐，比瓶装高种易拉罐，比瓶装高36倍倍的的Al3+，Al3+过多会造成智力低下，行为异常，过多会造成智力低下，行为异常，抑制有机机体对磷的吸收，干扰人体体内正常抑制有机机体对磷的吸收，干扰人体体内正常的钙磷代谢的钙磷代谢铝制品不易用来盛装醋、酸梅汤或碱性铝制品不易用来盛装醋、酸梅汤或碱性的液体的液体实验验证实验

15、验证Al+HClAl+NaOH每组每组2人人1 1位同学位同学位同学位同学另另另另1 1位同学位同学位同学位同学易拉罐中的易拉罐中的Al3+是怎么来的？是怎么来的？为什么为什么Al制品盛装碱液也不可以？制品盛装碱液也不可以？实验实验 Al与酸、碱的反应与酸、碱的反应1.1.将易拉罐片打磨后分别放入试管中将易拉罐片打磨后分别放入试管中将易拉罐片打磨后分别放入试管中将易拉罐片打磨后分别放入试管中2.2.向向向向1 1 1 1试管中倾倒试管中倾倒试管中倾倒试管中倾倒1:41:41:41:4的稀盐酸的稀盐酸的稀盐酸的稀盐酸溶液，向另一支试溶液，向另一支试溶液，向另一支试溶液，向另一支试管倾倒管倾倒管倾

16、倒管倾倒30%NaOH30%NaOH30%NaOH30%NaOH溶液（没过易拉罐片溶液（没过易拉罐片溶液（没过易拉罐片溶液（没过易拉罐片2/32/32/32/3即可）即可）即可）即可）3.3.观察实验现象观察实验现象观察实验现象观察实验现象燃烧的木条燃烧的木条燃烧的木条燃烧的木条放在试管口放在试管口放在试管口放在试管口4.4.为加快反应速率可以适当加热为加快反应速率可以适当加热为加快反应速率可以适当加热为加快反应速率可以适当加热（用试管夹，稍微（用试管夹，稍微（用试管夹，稍微（用试管夹，稍微加热，看到大量气泡后停止加热）加热，看到大量气泡后停止加热）加热，看到大量气泡后停止加热）加热，看到大量

17、气泡后停止加热）5.5.用燃烧的火柴检验气体用燃烧的火柴检验气体用燃烧的火柴检验气体用燃烧的火柴检验气体（可用镊子夹着燃烧的火（可用镊子夹着燃烧的火（可用镊子夹着燃烧的火（可用镊子夹着燃烧的火柴放在试管口）柴放在试管口）柴放在试管口）柴放在试管口）6.6.观察实验现象观察实验现象观察实验现象观察实验现象内层涂有环氧树脂内层涂有环氧树脂易拉罐虽小，看似简单，但生产易拉易拉罐虽小，看似简单，但生产易拉易拉罐虽小，看似简单，但生产易拉易拉罐虽小，看似简单，但生产易拉罐需要的精度和生产飞机机翼的精度罐需要的精度和生产飞机机翼的精度罐需要的精度和生产飞机机翼的精度罐需要的精度和生产飞机机翼的精度是一样的

18、是一样的是一样的是一样的除了主体成分是除了主体成分是除了主体成分是除了主体成分是AlAl外，还含有大约外，还含有大约外，还含有大约外，还含有大约 1/100 1/100 MnMn；1/100 Mg1/100 Mg；4/1000 Fe4/1000 Fe；2/1000 2/1000 SiSi；1.5/1000 Cu1.5/1000 Cu易拉罐易拉罐来源与制备来源与制备来源与制备来源与制备主要成分主要成分主要成分主要成分性质与性能性质与性能性质与性能性质与性能使用注意事项使用注意事项使用注意事项使用注意事项电解法制电解法制电解法制电解法制AlAlAlAl物理性质物理性质物理性质物理性质化学性质化学性

19、质化学性质化学性质AlAl制品不易制品不易制品不易制品不易盛酸碱盛酸碱盛酸碱盛酸碱可持续发展与环境保护可持续发展与环境保护对于易拉罐，我们了解了什么对于易拉罐，我们了解了什么易拉罐与可持续发展和环境的关系易拉罐与可持续发展和环境的关系易拉罐的消耗量巨大，美国每天消耗易拉罐的消耗量巨大，美国每天消耗易拉罐的消耗量巨大，美国每天消耗易拉罐的消耗量巨大，美国每天消耗3 3亿个易拉罐亿个易拉罐亿个易拉罐亿个易拉罐铝土矿铝土矿铝铝每生产每生产每生产每生产1 1吨，耗电量为吨，耗电量为吨，耗电量为吨，耗电量为2100021000度度度度回收易拉罐回收易拉罐铝铝每生产每生产每生产每生产1 1吨，耗电量为吨，

20、耗电量为吨，耗电量为吨，耗电量为590590度度度度省电省电97%美国加利福利亚州的回收铝政策美国加利福利亚州的回收铝政策R=4km我看到易拉罐我看到易拉罐化学化学材料材料易拉罐到底易拉罐到底是什么材料是什么材料做得的？做得的？为什么一定要用为什么一定要用这种材料？不可这种材料？不可以替代吗？以替代吗？这种材料怎这种材料怎么来的啊？么来的啊？用这种材料做用这种材料做易拉罐到底好易拉罐到底好不好啊？不好啊？这种材料可这种材料可回收吗？回收吗？易拉罐到底易拉罐到底是什么材料是什么材料做得的？做得的？为什么一定要用为什么一定要用这种材料？不可这种材料？不可以替代吗？以替代吗？这种材料怎这种材料怎么来

21、的啊？么来的啊？用这种材料做用这种材料做易拉罐到底好易拉罐到底好不好啊？不好啊？这种材料可这种材料可回收吗？回收吗？生活中金属生活中金属金属材料金属材料金属元素金属元素大大约约80%为为金金属属元元素素AlFeCu稀土金属稀土金属稀土金属稀土金属青铜时代青铜时代铁器时代铁器时代人类对材料的探索人类对材料的探索电子时代电子时代无机非金属材料无机非金属材料金属材料金属材料 未来未来高分子材料高分子材料复合材料复合材料石器时代石器时代天然材料天然材料复合材料复合材料发现新材料发现新材料利用新材料为人类服务利用新材料为人类服务利用新材料的性能利用新材料的性能我们需要什我们需要什么性能材料么性能材料主动研发材料主动研发材料综合材料、化学、物理等知识综合材料、化学、物理等知识自润滑性自润滑性自润滑性自润滑性耐高温耐高温耐高温耐高温耐低温耐低温耐低温耐低温化学性质稳定化学性质稳定化学性质稳定化学性质稳定热传导性好热传导性好热传导性好热传导性好我们需要什我们需要什么性能材料么性能材料主动研发材料主动研发材料综合材料、化学、物理等知识综合材料、化学、物理等知识不粘锅不粘锅特富龙特富龙