金属分类及介绍

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1、金属金属主要分为：有色金属和黑色金属。黑色金属包括 铁、铬、锰有色金属是指 铁、铬、锰三种金属以外的所有金属，大致按其密度、价格、 在地壳中的储量及分布情况和被人们发现与使用情况的早晚等可将有色金属分 为以下五类。（1）轻有色金属：指密度小于4.5的有色金属。包括铝（Al）、镁（Mg）、钠 （Na）、钾（K）、钙（Ca）、锶（Sr）和钡（Ba）。这类金属的共同特点是：密度在0.534.5，化学活性大、与氧、硫、碳和卤素的化合物都相当稳定。所以这 类金属多采用熔盐电解法及金属热还原法提取。（2）重有色金属：重有色金属一般指密度在 4.5 以上的有色金属，其中有铜 （Cu）、镍（Ni）、铅（Pb）

2、、锌（Zn）、钻（Co）、锡（Sn）、锑（Sb）、汞（Hg）、镉（Cd）和铋（Bi）。（3）贵金属：括金（Au）、银（Ag）和铂（Pt）族元素 铂（Pt）、铱（Ir）、 锇（Os）、钉（Ru）、钯（Pd）、铑（Rh）。由于它们对氧和其他试剂的稳定性，而且在地壳中含量少，开采和提取比较 困难，故价格比一般金属贵，因而得名贵金属。（4）半金属：半金属一般是指硅（Si）、硒（Se）、碲（Te）、砷（As）和硼（B）。 其物理化学性质介于金属与非金属之间，如砷是非金属，但又能传热导电。此类 金属根据各自特性，具有不同用途。硅是半导体主要材料之一；高纯碲、硒、砷 是制造化合物半导体的原料；硼是合金的添加

3、元素等。（5）稀有金属：稀有金属通常是指那些在自然界中含量很少，分布稀散或难 从原料中提取的金属。下面一些金属一般被认为是稀有金属：锂、铷、铯、铍、 钨、钼、钽、铌、钛、锆、铬、钒、铼、镓、铟、铊、锗、钪、钇、镧、铈、镨 钕、钷、钐、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钋、镭、锕、钍、镤和铀以及 人造趋铀元素等。在许多场合人们直接使用某种纯金属，而在更多的场合，人们使用几种金属 的合金或各种含金属的复合材料。按其结构，合金可分为：固溶体、金属化合物、 磁性合金、机械混合物、钢铁、铝合金、铜合金、耐蚀合金、耐热合金、钛合金、 非晶态金属1. 固溶体一种金属与另一种金属或非金属熔融时相互溶解、凝固时形

4、成组成均匀的固 体，就称金属固溶体。2. 金属化合物（金属互化物）如两种组分原子半径和电负性相差较大时，则易形成金属化合物。碳与许多 金属在合金中可形成间隙化合物。这类化合物一般硬而脆，熔点较高。铁碳合金 中形成的化合物组成为Fe C,称渗碳体。3俄罗斯科学家最近合成 Al-Ti 的金属化合物,强度大,耐磨性好,耐蚀性 比不锈钢高 100 倍。3. 机械混合物 两种金属在熔融态时互溶,但凝固时分别结晶,整个合金组织不均匀而且成分不同的微晶体的机械混合物。在钢中,渗碳体和铁素体相间存在,形成的就是一 种机械混合物。4. 钢铁钢铁是铁与 C、Si、Mn、P、S 以及少量的其它元素所组成的合金。其中

5、除 Fe 外, C 的含量对钢铁的机械性质起着主要作用,故统称为铁碳合金。按含碳量不同,铁碳合金分为钢与铸铁两大类,钢是含碳量小于 1.8%的铁碳 合金。碳钢是最常用的普通钢,冶炼方便、加工容易、价格低廉、而且在多数情 况下能满足使用要求,所以应用十分普遍。按含碳量不同,碳钢又分为低碳钢、 中碳钢和高碳钢。随含碳量升高,碳钢的硬度增加、韧性下降。合金钢又叫特种 钢,在碳钢的基础上加入一种或多种合金元素,使钢的组织结构和性能发生变化, 从而具有一些特殊性能,如高硬度、高耐磨性、高韧性、耐腐蚀性等等。经常加 入钢中的合金元素有Si、W、Mn、Cr、Ni、Mo、V、Ti等。我国合金钢的资源相 当丰富

6、，除Cr、Co不足，Mn品位较低外，W、Mo、V、Ti和稀土金属储量都很高。 预计到21 世纪初,合金钢在钢的总产量中的比例将有大幅度增长。含碳量 24.4%的铁碳合金称生铁。生铁硬而脆，但耐压耐磨。根据生铁中碳 存在的形态不同又可分为白口铁、灰口铁和球墨铸铁。白口铁中碳以Fe C形态3 分布，断口呈银白色，质硬而脆，不能进行机械加工，是炼钢的原料，故又称炼 钢生铁。碳以片状石墨形态分布的称灰口铁，断口呈银灰色，易切削，易铸，耐 磨。若碳以球状石墨分布则称球墨铸铁，其机械性能、加工性能接近于钢。在铸铁中加入特种合金元素可得特种铸铁，如加入Cr,耐磨性可大幅度提高，在特 种条件下有十分重要的应用

7、。5. 铝合金 铝是分布较广的元素，在地壳中含量仅次于氧和硅，是金属中含量最高的。纯铝密度较低为2.7g cm-3有良好的导热、导电性（仅次于Au、Ag、Cu），延 展性好、塑性高，可进行各种压力加工。铝的化学性质活泼，在空气中迅速氧化 形成一层致密、牢固的氧化膜，而具有良好的耐蚀性，但纯铝的强度低，只有通 过合金化才能得到可作结构材料使用的各种铝金。铝合金的突出特点是密度小、强度高，铝中加入Mn、Mg形成的Al-Mn、Al-Mg合金有很好的耐蚀性，良好的塑性和较高的强度，称为防锈铝合金，用于制造油 箱、容器、管道、铆钉等。硬铝合金的强度较防锈铝合金高，但防蚀性能有所下 降，这类合金有Al-C

8、u-Mg系和Al-Cu-Mg-Zn系。新近开发的高强度硬铝，强度 进一步提高，而密度比普通硬铝减小 15%，且能挤压成型，可用作摩托车骨架和 轮圈等构件。6. 铜合金纯铜呈紫红色，故称紫铜。有极好的导热、导电性，其导电性仅次于银而居 金属中的第二位。有优良的化学稳定性和耐蚀性能，是优良的电工用金属材料。工业中广泛使用的铜合金有黄铜、青铜和白铜等。Cu与Zn的合金称黄铜，其中Cu占6090%、Zn占4010%，有优良的导热性 和耐腐蚀性，用作各种仪器零件。加入少量Sn,具有很好的抗海水腐蚀的能力， 被称为海军黄铜。在黄铜中加入少量的有润滑作用的Pb,可用作滑动轴承材料。青铜是人类使用历史最久的金

9、属材料，它是Cu-Sn合金。锡的加入明显地提 高了铜的强度，并使其塑性得到改善，抗腐蚀性增强，因此锡青铜多用于齿轮等 耐磨零部件和耐蚀配件。Sn较贵，目前已大量用Al、Si、Mn来代替Sn,而得到 一系列青铜合金。铝青铜的耐蚀性比锡青铜还好。铍青铜是强度最高的铜合金， 它无磁性又能优异的抗腐蚀性能，是可与钢相竞争的弹簧材料。白铜是 Cu-Ni 合金，有优异的耐蚀性的高的电阻，故用作苛刻腐蚀条件下工 作的零部件和电阻器的材料。7. 耐蚀合金金属材料在腐蚀性介质中所具有的抵抗介质侵蚀的能力，称金属的耐蚀性。金属抗腐蚀材料，相对非金属耐腐蚀材料而言，金属抗腐蚀材料主要有铁基 合金（耐腐蚀不锈钢）;镍

10、基合金（Ni-Cr合金，Ni-Cr-Mo合金，Ni-Cu合金等）； 活性金属。8. 耐热合金 这类合金又称高温合金，它对于在高温条件下的工业部门和应用技术，有着重大的意义。一般说，金属材料的熔点越高，其可使用的温度限度越高。如用热力学温度 表示熔点，则金属熔Tm的60%，被定义为理论上可使用温度上限Tc，即Tc=0.6Tm。 这是因为随着温度的升高，金属材料的机械性能显著下降，氧化腐蚀的趋势相应 增大，因此，一般的金属材料都只能500600C下长期工作，能在700C高温下 工作的金属通称耐热合金，“耐热”是指其在高温下能保持足够和强度和良好的 抗氧化性。利用合金方法，除铁基耐热合金外，还可制得

11、镍基、钼基、铌基和钨基耐热 合金，它们在高温下具有良好的机械性能和化学稳定性。其中镍基合金是最优的 超耐热金属材料，组织中基体是NiCr Co的固溶体和Nil金属化合物，经 处理后，其使用温度可达10001100C。9. 钛合金钛是周期表中第IVB类元素，外观似钢，熔点达1672C，属难熔金属。钛 在地壳中较丰，远高于Cu、Zn、Sn、Pb等常见金属。我国钛的资源极为丰富， 仅四川攀枝花地区发现的特大型钒钛磁铁矿中，伴生钛金属储量即达4.2亿吨， 接近国外探明钛储量的总和。纯钛机械性能强，可塑性好，易于加工。如有杂质，特别是O、N、C等元素 存在，会提高钛的强度和硬度，但降低其塑性，增加脆性。

12、钛是容易钝化的金属，且在含氧环境中，其钝化膜在受到破坏后还能自行愈 合。因此，对空气、水和若干腐蚀介质都是稳定的，与 Au、 Ag 等贵金属较近。 钛和钛合金有优异的耐蚀性，仅为氢氟酸和中等浓度的强碱溶液的侵蚀。特别是 其对海水稳定，将钛或钛合金放入海水中数年，取出后，仍光亮如初，远优于不 锈钢。钛的另一重要特性是密度小。其比强度是不锈钢铁 3.5倍，铝合金的1.3 倍、是目前所有工业金属材料中最高的！液态的钛几乎能溶解所有的金属，形成固溶体或金属化合物等各种合金。合 金元素如 Al、Zr、Sn、Si、Mo 和 Mn 等的加入，可改善钛的性能，以适应不同部 门的需要。例如，Ti-Al-Sn合金

13、有很高的热稳定性，可在450C下长时间工作； 以Ti-Al-V合金为代表的超塑性合金，可以50150%地伸长加工成型，其最 大伸长可达到 2000%！而一般合金的塑性加工的伸长率最大不超过 30%。由于上述优异性能，钛享有“未来的金属”的美称。钛合金已广泛用于国民经 济各部门，它是火箭、导弹和航天飞机不可缺少的材料；船舶、化工、电子器件 和通讯设备以及若干轻工业部门中要大量应用钛合金。只是目前钛的价格较昂 贵，限制了它的普遍使用。10. 磁性合金材料在外加磁场中，可表现出三种情况：（1）不被磁场吸引的，叫反磁性材料； （2）微弱地被磁场所吸引的物质，叫顺磁性材料；（3）被磁场强烈地吸引的物 质

14、，称铁磁性材料，其磁性随外磁场的加强而急剧增高，并在外磁场移走后，仍 能保留磁性。金属材料中，大多数过渡金属具有顺磁性；只有 Fe、Co、Ni 等少 数金属是铁磁性的。物质的磁性与其内部电子结构有关。反磁性金属的原子中电子都已成对，正、 反自旋的电子数目相等，由电子自旋而产生的磁矩互相抵消，因此原子磁矩为零， 故不为外磁场所吸引。顺磁性金属原子中，正反自旋的电子数目不等，原子的磁 矩不为零。由于无规则的热运动，原子磁矩的方向各异。放入磁场时，原子磁矩 沿磁场方向取向而略有偏转，表现出微弱的磁化，除去外磁场，原子磁矩又混乱 分布，磁化消失。铁磁性的起源和顺磁性相似，来自原子中未成对的电子。但在铁

15、磁性材料内 部还存在着称为“磁畴”的许多局部小区域，在这些小区域内，相邻的原子磁矩 取向一致，趋于相互平等的排列；而各磁畴间的自发磁化方向是无序的，因此整 块材料的宏观磁矩为零，对外不显示磁性。当处于磁场中时，各磁畴的磁矩会在 一定程度上沿磁场方向排列，这样，一个磁畴沿磁场顺排一次就相当于许多原子 磁矩的顺排。因此铁磁性材料与磁场间的相互作用，要比顺磁性物质大得多。除 去外磁场，各磁畴仍力图尽可能保持原有磁场存在时所形成的取向，此时磁畴取 得的部分顺排，就使材料保持有残留磁性，于是，该材料就“永久”磁化了。用 一块永久铁摩擦铁磁材料，即可使之永久磁化。永磁材料的磁性，也可因加热或猛烈的撞击使磁

16、畴方向变得无序而被破坏。金属中组成永磁材料的主要元素是 Fe、Co、Ni 和某些稀土元素。目前使用 的永磁合金有稀土-钴系、铁-铬-钴系和锰-铝-碳系合金。其中稀土系列已经历 三代。第一代永磁材料是以RECo为代表（RE表示稀土元素），以SmCo性能最55好；以后出现减少稀土用量的第二代永磁材料SmCo等；80年代开发成功的2 17Nd-Fe-B 钕铁硼是第三代，其中主要成份是铁（约占 2/3），成本显著降低，性 能更好。我国生产的钕铁硼合金的磁性能，在国际上于领先地位。11. 非晶态金属金属及合金极易结晶，传统的金属材料都以晶态形式出现。但如将某些金属 熔体 ，以极快的速率急剧冷却，例如每秒钟冷却温度大于100万度，则可得到 一种崭新的材料。由于冷却极快，高温下液态时原子的无序状态，被迅速“冻结