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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。
2、大多数不是热和电的良导体。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,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
3、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
4、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合金，该合金使用量已占全部钛合金的7585。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5060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
5、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600650。,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
6、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
7、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
8、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
9、其含金量，可以K数乘以4.1666即可。例如，18K含金量为184.166675。 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“
10、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
11、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,再见,
