金属和金属材料课题金属材.ppt

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1、第八章 金属和金属材料课题1 金属材料主讲：徐秋芳引言 人类从石器时代进入青铜器时代，继而进入铁器时代，铜和铁作为金属材料一直被广泛地应用着。铝的利用要比铜和铁晚得多，至今仅100 多年的历史，但由于铝具有许多优良的性能，铝年产量已超过了铜，位于铁之后，居世界第二位。金属和非金属的比较 金属原子易失去电子成为阳离子，而非金属原子则易得电子成为阴离子。金属：常温时除汞是液态外，其余都是固体。有金属光泽。大多数是热和电的良导体。大多数具有延展性。固态时大多为金属晶体。蒸气分子大多数是单原子的。非金属：常温时，除溴是液体，氢气、氮气、氧气、氟气、氯气是气体外，其余是固体。大多数没有金属光泽。大多数不

2、是热和电的良导体。大多数不具有延展性。固态时大多为分子晶体。蒸气（或气体）分子大多数是双原子或多原子的。金属的一些物理性质 思考几个问题 分析书本中的元素周期表的插图，金属元素在所有元素中大约占几分之几？你知道灯丝是用哪种金属制成的吗？能用锡制的吗？银的导电性比铜好，为什么电线一般用铜制而不用银制？为什么菜刀、镰刀、锤子用铁制而不用铅制？为什么有些铁制品如自行车的钢圈、水龙头要镀铬？如果镀金怎么样？参考答案金属元素约占4/5。灯丝是用钨丝制成的。因为它的熔点很高（3410）。而锡的熔点是232。银导电性虽然比铜好，但是价格高。铁制品硬度大而铜的硬度小。另外金的硬度小，易划痕，且金的价格昂贵。实

3、验1：合金和组成它们的纯金属的性质比较 比较铜片、黄铜片和白铜片、焊锡和锡的光泽和颜色；将它们互相刻划，比较它们的硬度。铜片：紫红色，光泽 黄铜：黄色 白铜：银白色，光泽 焊锡：暗白色 锡：银白色，光泽 硬度比较：黄铜白铜铜；焊锡锡说明：合金的硬度与组成它们的纯金属不同，有的合金硬度增大，而有的合金硬度减小。实验2：比较焊锡、锡、铅的熔化温度的高低 将一块铁片放在铁架台的铁圈上，将绿豆粒大小的焊锡、锡和铅放置在铁片上构成正三角形的三个顶点，加热铁片的中心部分，观察它们熔化的先后顺序。得出结论：合金的熔点与组成它们的纯金属不同合金的概念 合金是由一种金属跟其他一种或几种金属（或金属跟非金属）一起

4、熔合而成的具有金属特性的物质。上述实验中的黄铜、白铜、焊锡都是合金。日常生活中，生铁、钢、不锈钢、铝合金等都是合金。物质组成的改变会使其性能发生改变。合金的很多性能与组成它们的纯金属不同，合金更容易适合于不同的用途。钛合金 钛是20 世纪50 年代发展起来的一种重要的结构金属，钛合金因具有比强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点而被广泛用于各个领域。世界上许多国家都认识到钛合金材料的重要性，相继对其进行研究开发，并得到了实际应用。第一个实用的钛合金是1954 年美国研制成功的Ti-6Al-4V 合金，由于它的耐热性、强度、塑性、韧性、成形性、可焊性、耐蚀性和生物相容性均较好，而成为钛合金工业中的王牌

5、合金，该合金使用量已占全部钛合金的75 85。其他许多钛合金都可以看做是Ti-6Al-4V 合金的改型。钛合金 20 世纪50 60 年代，主要是发展航空发动机用的高温钛合金和机体用的结构钛合金，70 年代开发出一批耐蚀钛合金，80 年代以来，耐蚀钛合金和高强钛合金得到进一步发展。耐热钛合金的使用温度已从50 年代的400 提高到90 年代的600 650。医用钛合金 钛无毒、质轻、强度高且具有优良的生物相容性，是非常理想的医用金属材料。目前，在医学领域中广泛使用的仍是Ti-6Al-4V ELI 合金。但后者会析出极微量的钒和铝离子，降低了其细胞适应性且有可能对人体造成危害，这一问题早已引起医

6、学界的广泛关注。美国早在20 世纪80 年代中期便开始研制无铝、无钒、具有生物相容性的钛合金，将其用于矫形术。日本、英国等也在该方面做了大量的研究工作，并取得一些新的进展。例如，日本已开发出一系列具有优良生物相容性的+钛合金。黄 金 金是一种贵重金属，是人类最早发现和开发利用的金属之一。它是制作首饰和钱币的重要原料，又是国家的重要储备物资，素以 金属之王 著称。它不仅被视为美好和富有的象征，而且还以其特有的价值，造福于人类。随着科学技术和现代工业的发展，黄金在宇宙航行、医学、电子学和其它工业部门，日益发挥着重要的作用。黄金的用途越来越广，消耗量也越来越大，因而引起世界各国对黄金的格外关切和浓厚

7、的兴趣。黄 金 黄金的延展性好，一两纯金锤成万分之一毫米厚的金叶，可以贴满九平方米的面积。金叶透明，阳光通过时，可呈现绿光。50克纯金可抽丝8000 米，比毛发还细。黄金的挥发性小，一般情况下熔化挥发量微不足道，在煤气中蒸发金的损失量为在空气中的6 倍，在一氧化碳中金的损失量为在空气中的2 倍，黄金的挥发速度与其杂质含量有很大关系。黄 金 黄金具有良好的导电及导热性能。黄金的导电率仅次于银和铜，在金属中居第三位，导热率为银的74%。金的化学性质非常稳定，在低温或高温时都不会被氧直接氧化。常温下，黄金与单独的无机酸(如盐酸、硝酸、硫酸)均不起作用，但混酸，如王水(三份盐酸和一份硝酸)以及氰化物溶

8、液都能很好地溶解金。金的熔点为1064。如果将黄金加热到近于熔点，黄金就可以象铁一样熔接，细细的金粒可熔结成块，而金粉在温度较低的情况下，必须加压方能熔接在一起。黄金可与其他金属组成合金，如金银合金、金铜合金、金银铜合金。K 金 K 金的“K”是外来语“Karat”一词的缩写，完整的表示法是这样的:Karat gold（即K 黄金），1K 金的计量方法是：纯金为24K（即100 含金量），1K 的含金量约是4.166。用“K”来计算黄金含量的方法出于地中海沿岸的一种角豆树。角豆树开淡红色的花，结的豆荚长约15 厘米，豆仁呈褐色，可制胶。这种树无论长在何处，所结的豆仁大小都完全一样，所以，古时候

9、人们把它作为测定重量的标准。久而久之，它便成了一种重量单位，以用来测量珍贵、细微的物品。那时钻石和黄金的计量也使用这一单位，也就是“Karat”。K 金 直到1914 年，国际上才把“Karat”规定为现在的标准。K 金除含黄金外，其余主要成分是银和铜。K 金饰品往往镌刻有K 数，计算其含金量，可以K 数乘以4.1666 即可。例如，18K 含金量为184.1666 75。大家了解了K 金的含义和计算方法，那么也就不难知道K 金有多少种了，按国际标准，K 金分为24种，即1K 到24K。目前，世界各国采用的首饰材料都不低于8K。这样，实际上真正做首饰用的 K金种类是 17 种。白 金 白金是黄

10、金和其它金属熔炼而成的白色合金。由于铂金产出稀少，价格昂贵，加上熔点高，所以一般国家很少用铂金来生产真正的K 白金。目前，为了迎合广大消费者对铂金的需求，则选用黄金和钯金或镍、银、铜、锌等金属熔炼成一种白色的合金，称之为“K白金”。K 白金的成色与K 黄金一样，质量为24，黄金在其中所占质量的份数，则为“K白金”的K 数。如18K 白金、14K 白金，其中黄金的含量分别为75 和58.5。铂 金 铂金（英文Platinum 缩写Pt）早在公元前700 年就在人类文明史上闪出耀眼的光芒。公元前100年，南美印第安人成功的掌握了铂金的加工工艺，制成不同款式的铂金首饰。18 世纪，法国国王路易十六特

11、别偏爱铂金，称铂金为“唯一与国王称号相匹配的贵金属”。铂金稀有，是因为铂金的储量远远低于黄金。至今全球的铂金储量加在一起也只够装满一个中等大小的房间。而一盎司铂金需从10 吨铂金矿石中历经5 个月才能提炼出来。铂 金 铂金纯净，是因为铂金首饰通常含有90%的纯铂金。相比之下，18K 的白色K 金仅含75%的纯黄金，而且铂金的白色光泽自然天成，长期佩带也不会褪色。铂金坚硬，是因为铂金的密度高，强度几乎是黄金的2 倍。铂金的延展性也好，一克铂金可以拉出2 公里长的细丝。课堂练习“垃圾是放错了位置的资源”，应该分类回收。生活中废弃的铁锅、铝制易拉罐、铜导线，可归为同一类回收，它们属于（）A.金属或合

12、金B.氧化物C.非金属D.白色垃圾课堂练习 下列叙述错误的是（）A.金属材料包括纯金属和它们的合金B.金属在常温下都是固体C.物质的用途完全由其性质决定，与其他因素无任何关系D.合金是金属与金属或非金属熔合在一起制成的。分析：常温下汞是液体。物质的用途涉及价格、资源、美观、便利、对环境的影响等因素。考考你 有些不法分子常常以黄铜冒充黄金进行诈骗活动，因为黄铜（铜、锌合金）单纯从颜色、外形上看，与黄金极为相似，所以很难区分，你能想办法用简易的方法鉴别吗？参考方案 把黄金样品浸入AgNO3溶液中，若表面有银白色物质出现，则该样品是假黄金。因为铜、锌的活动性比银强，而金的活动性比银弱。把黄金样品进入稀盐酸中，如果有气体产生，则该样品为假黄金。若没有气泡产生，则该样品为黄金。取黄金样品，用天平称量，用量筒测其体积，计算出样品的密度，与黄金密度值对照，若密度差值较大，则为黄铜。其他方法：试硬度（黄铜较硬，黄金较软）。真金不怕火炼，加热后黄铜变黑，黄金不变色。再见