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1、第五章第五章 金属材料化学金属材料化学 由金属或由以金属元素为主形成的具有一般金由金属或由以金属元素为主形成的具有一般金由金属或由以金属元素为主形成的具有一般金由金属或由以金属元素为主形成的具有一般金属特性的材料称为金属材料。属特性的材料称为金属材料。属特性的材料称为金属材料。属特性的材料称为金属材料。金属单质金属单质合合 金金 由一种金属与其它金属或非金属融合在一起由一种金属与其它金属或非金属融合在一起由一种金属与其它金属或非金属融合在一起由一种金属与其它金属或非金属融合在一起形成的具有金属特性的物质。形成的具有金属特性的物质。形成的具有金属特性的物质。形成的具有金属特性的物质。 如如如如:
2、 : 钢、铝合金钢、铝合金钢、铝合金钢、铝合金 金属材料金属材料 金属的存在金属的存在 金属的分类金属的分类 金属的性质金属的性质 1 金属的存在金属的存在 在自然界中，除金、银、铂等少数金属以单质形式在自然界中，除金、银、铂等少数金属以单质形式存在外，大多数金属以各种矿物形式存在。存在外，大多数金属以各种矿物形式存在。 金属的提炼金属的提炼预处理预处理精炼精炼冶炼冶炼2. 金属的分类金属的分类（1）按化学活泼性分类按化学活泼性分类活泼金属活泼金属活泼金属活泼金属 ( ( ( (s s s s区、区、区、区、IIIBIIIBIIIBIIIB族族族族) ) ) )中等活泼金属中等活泼金属中等活泼
3、金属中等活泼金属( ( ( (d d d d区、区、区、区、dsdsdsds区、区、区、区、p p p p区区区区) ) ) )不活泼金属不活泼金属不活泼金属不活泼金属( ( ( (d d d d区区区区) ) ) )（2）工程技术分类）工程技术分类 轻轻金金属属轻轻金金属属铁、锰、铬及其合金铁、锰、铬及其合金 黑色金属黑色金属有色金属有色金属密度小于密度小于密度小于密度小于5 5 g g cmcm-3-3-3-3的金属的金属的金属的金属重重金金属属重重金金属属密度大于密度大于密度大于密度大于5 5 g g cmcm-3-3-3-3的金属的金属的金属的金属贵贵金金属属贵贵金金属属地壳中含量少，
4、开采提取困难地壳中含量少，开采提取困难地壳中含量少，开采提取困难地壳中含量少，开采提取困难, , 价格价格价格价格贵的金属包括金、银和铂族元素。贵的金属包括金、银和铂族元素。贵的金属包括金、银和铂族元素。贵的金属包括金、银和铂族元素。稀稀稀稀 有有有有 金金金金 属属属属在自然界分布较少，发现较迟，提在自然界分布较少，发现较迟，提在自然界分布较少，发现较迟，提在自然界分布较少，发现较迟，提取难，工业应用较晚。取难，工业应用较晚。取难，工业应用较晚。取难，工业应用较晚。放射性金属放射性金属放射性金属放射性金属原子核能自发放射出射线的金原子核能自发放射出射线的金原子核能自发放射出射线的金原子核能自
5、发放射出射线的金 属。属。属。属。3. 3. 金属的性质金属的性质 (1) 物理性质物理性质 光泽光泽大多数金属呈银白色光泽。大多数金属呈银白色光泽。大多数金属呈银白色光泽。大多数金属呈银白色光泽。 密度密度除锂、钠、钾比水轻外，其余金属的密除锂、钠、钾比水轻外，其余金属的密除锂、钠、钾比水轻外，其余金属的密除锂、钠、钾比水轻外，其余金属的密度都大于度都大于度都大于度都大于1 1 g g cmcm-3-3。 最轻的金属是锂，最重的金属是锇。最轻的金属是锂，最重的金属是锇。最轻的金属是锂，最重的金属是锇。最轻的金属是锂，最重的金属是锇。 熔点熔点S区金属原子半径较大，多数熔点较低。区金属原子半径
6、较大，多数熔点较低。 d 区金属熔点大都较高。区金属熔点大都较高。 VB -VIIBVB -VIIB族金属族金属族金属族金属( (除锰外除锰外除锰外除锰外) )是是是是高熔点金属。高熔点金属。高熔点金属。高熔点金属。 VB -VIIBVB -VIIB族金属熔点较高与它们的价电子较多且原子族金属熔点较高与它们的价电子较多且原子族金属熔点较高与它们的价电子较多且原子族金属熔点较高与它们的价电子较多且原子半径较小有关；半径较小有关；半径较小有关；半径较小有关；IIBIIB金属熔点较低与其无未成对电子有关；金属熔点较低与其无未成对电子有关；金属熔点较低与其无未成对电子有关；金属熔点较低与其无未成对电子
7、有关； P P区金属则是它们的晶体结构由原子晶体向分子晶体逐渐转区金属则是它们的晶体结构由原子晶体向分子晶体逐渐转区金属则是它们的晶体结构由原子晶体向分子晶体逐渐转区金属则是它们的晶体结构由原子晶体向分子晶体逐渐转变的趋势。变的趋势。变的趋势。变的趋势。 熔点最高的金属是钨，熔点最低的金属是汞。熔点最高的金属是钨，熔点最低的金属是汞。熔点最高的金属是钨，熔点最低的金属是汞。熔点最高的金属是钨，熔点最低的金属是汞。IIBIIB族和族和族和族和P P区金属是区金属是区金属是区金属是低熔点金属。低熔点金属。低熔点金属。低熔点金属。 导电性导电性金属一般是良导体，尤其金属一般是良导体，尤其金属一般是良
8、导体，尤其金属一般是良导体，尤其dsds区的区的区的区的 银、铜银、铜银、铜银、铜 和和和和p p区的区的区的区的铝铝铝铝。 金属的导电性一般随温度的升高而下降，杂质对金属的导电性一般随温度的升高而下降，杂质对金属的导电性一般随温度的升高而下降，杂质对金属的导电性一般随温度的升高而下降，杂质对金属的导电性能力影响很大，一般说来，金属纯度越金属的导电性能力影响很大，一般说来，金属纯度越金属的导电性能力影响很大，一般说来，金属纯度越金属的导电性能力影响很大，一般说来，金属纯度越高，导电性越好。高，导电性越好。高，导电性越好。高，导电性越好。 导热性导热性 导电性好的金属一般导热性能也较好。导电性好
9、的金属一般导热性能也较好。导电性好的金属一般导热性能也较好。导电性好的金属一般导热性能也较好。 延展性延展性 延展金属时，虽然发生了变形，但并不破坏金延展金属时，虽然发生了变形，但并不破坏金属键，故不发生断裂。属键，故不发生断裂。 热膨胀性热膨胀性如如如如 镓、锑镓、锑镓、锑镓、锑 ： “ “热缩冷胀热缩冷胀热缩冷胀热缩冷胀” ” 磁性磁性铁磁材料铁磁材料铁磁材料铁磁材料顺磁材料顺磁材料顺磁材料顺磁材料逆磁材料逆磁材料逆磁材料逆磁材料铁、钴、镍等铁、钴、镍等铁、钴、镍等铁、钴、镍等锰、铬、钼、钨等锰、铬、钼、钨等锰、铬、钼、钨等锰、铬、钼、钨等铜、锡、铅、锌等铜、锡、铅、锌等铜、锡、铅、锌等铜
10、、锡、铅、锌等居里点居里点铁磁材料加热到某一温度时失去磁性，铁磁材料加热到某一温度时失去磁性，铁磁材料加热到某一温度时失去磁性，铁磁材料加热到某一温度时失去磁性，此点称为居里点。此点称为居里点。此点称为居里点。此点称为居里点。绝大多数都是热胀冷缩，但少数金属例外。绝大多数都是热胀冷缩，但少数金属例外。绝大多数都是热胀冷缩，但少数金属例外。绝大多数都是热胀冷缩，但少数金属例外。 金属单质的化学性质主要表现为金属单质的化学性质主要表现为金属单质的化学性质主要表现为金属单质的化学性质主要表现为还原性还原性还原性还原性。 M M MMn+ + ne- (2) (2) 化学性质化学性质 金属与氧金属与氧
11、(空气空气)的作用的作用 绝绝绝绝大大大大多多多多数数数数金金金金属属属属都都都都能能能能与与与与氧氧氧氧作作作作用用用用。金金金金属属属属性性性性越越越越强强强强，与与与与氧氧氧氧的的的的反反反反应应应应越越越越激激激激烈烈烈烈。有有有有的的的的氧氧氧氧化化化化物物物物结结结结构构构构疏疏疏疏松松松松不不不不能能能能阻阻阻阻止止止止氧氧氧氧化化化化反反反反应应应应的的的的继继继继续续续续进进进进行行行行，而而而而有有有有的的的的结结结结构构构构非非非非常常常常致致致致密密密密，有有有有效效效效防防防防止止止止金金金金属属属属的进一步氧化而使金属钝化。的进一步氧化而使金属钝化。的进一步氧化而使
12、金属钝化。的进一步氧化而使金属钝化。 通式通式通式通式mMmM + + O O2 2 M MmmOOn nn n2 2 金属与水的作用金属与水的作用 金属与水作用的难易程度与两个因素有关：金属与水作用的难易程度与两个因素有关：金属与水作用的难易程度与两个因素有关：金属与水作用的难易程度与两个因素有关： a.a.a.a.金属金属金属金属电极电势电极电势电极电势电极电势 b. b. 反应产物的性质反应产物的性质反应产物的性质反应产物的性质MM(s)(s) + nH + nH2 2OO(l)(l) M(OH) M(OH)n n (s)(s) + + H H2 2 (g)(g) n n2 2 周期系主
13、族中活泼金属都能与水作用，反应的激周期系主族中活泼金属都能与水作用，反应的激周期系主族中活泼金属都能与水作用，反应的激周期系主族中活泼金属都能与水作用，反应的激烈程度符合周期中金属活泼性自上而下、自右而左增烈程度符合周期中金属活泼性自上而下、自右而左增烈程度符合周期中金属活泼性自上而下、自右而左增烈程度符合周期中金属活泼性自上而下、自右而左增强的规律。强的规律。强的规律。强的规律。 金属与酸、碱的作用金属与酸、碱的作用 金属与酸的反应用金属活动序或电极电势来判断。金属与酸的反应用金属活动序或电极电势来判断。金属与酸的反应用金属活动序或电极电势来判断。金属与酸的反应用金属活动序或电极电势来判断。
14、a. a. 金属活动序与周期系中元素周期性递变的规律金属活动序与周期系中元素周期性递变的规律金属活动序与周期系中元素周期性递变的规律金属活动序与周期系中元素周期性递变的规律 不完全一致。不完全一致。不完全一致。不完全一致。b. b. 由于钝化膜，有些活泼金属难溶于浓硫酸和由于钝化膜，有些活泼金属难溶于浓硫酸和由于钝化膜，有些活泼金属难溶于浓硫酸和由于钝化膜，有些活泼金属难溶于浓硫酸和 浓硝酸。浓硝酸。浓硝酸。浓硝酸。 金属能否与强碱反应，主要取决于两个因素：金属能否与强碱反应，主要取决于两个因素：金属能否与强碱反应，主要取决于两个因素：金属能否与强碱反应，主要取决于两个因素： a. a. 在强
15、碱介质中金属能否与水作用。在强碱介质中金属能否与水作用。在强碱介质中金属能否与水作用。在强碱介质中金属能否与水作用。b. b. 生成的氢氧化物是否可溶于碱（既生成的氢氧生成的氢氧化物是否可溶于碱（既生成的氢氧生成的氢氧化物是否可溶于碱（既生成的氢氧生成的氢氧化物是否可溶于碱（既生成的氢氧 化物是否具有两性）。化物是否具有两性）。化物是否具有两性）。化物是否具有两性）。 主族主族金属元素金属元素 过渡金属元素过渡金属元素 稀土金属元素稀土金属元素1 主族主族金属元素金属元素 (1) s区金属元素区金属元素外层电子构型外层电子构型外层电子构型外层电子构型ns 12 A 碱金属碱金属碱金属碱金属 L
16、i Na KLi Na K Rb Rb CsCs FrFr 氧化数氧化数氧化数氧化数 +1 +1A 碱土金属碱土金属碱土金属碱土金属 Be Mg Ca Be Mg Ca Sr Sr BaBa RaRa 氧化数氧化数氧化数氧化数 +2 +2Ge Sn Sb Ge Sn Sb Bi Bi 出现出现出现出现过渡型晶体结构过渡型晶体结构 （2）p区金属元素区金属元素外层电子构型外层电子构型外层电子构型外层电子构型A Al Al Ga Ga In In TlTlA Ge Ge Sn Sn PbPb A Sb Sb Bi BiA Po Po ns2 np142.2.过渡金属元素过渡金属元素过渡元素过渡元素
17、: : 过渡元素过渡元素过渡元素过渡元素, , , ,分别位于第分别位于第分别位于第分别位于第4 4 4 4、5 5 5 5、6 6 6 6周期中部周期中部周期中部周期中部. . . .由于同由于同由于同由于同周期元素性质相近，又将过渡元素分为三个系列周期元素性质相近，又将过渡元素分为三个系列周期元素性质相近，又将过渡元素分为三个系列周期元素性质相近，又将过渡元素分为三个系列: : : : 周期系中周期系中周期系中周期系中d d d d和和和和dsdsdsds区元素区元素区元素区元素( ( ( (不包括镧系和锕系元素不包括镧系和锕系元素不包括镧系和锕系元素不包括镧系和锕系元素) ) ) ) 第
18、一过渡系列第一过渡系列第一过渡系列第一过渡系列 Sc Ti V CrSc Ti V Cr Mn Mn Fe Co Ni Cu Zn Fe Co Ni Cu Zn 第二过渡系列第二过渡系列第二过渡系列第二过渡系列 Y Y Zr Nb Zr Nb MoMo Tc Ru Rh Tc Ru Rh Pd AgPd Ag Cd Cd 第三过渡系列第三过渡系列第三过渡系列第三过渡系列 LaLa Hf Hf Ta W Re OsTa W Re Os Ir Ir Pt Au HgPt Au Hg外层电子构型外层电子构型外层电子构型外层电子构型: :(n -1 1)d110 ns 12(1) (1) (1) (1
19、) 价电子依次填充在次外层价电子依次填充在次外层价电子依次填充在次外层价电子依次填充在次外层d d d d电子层上，最外电子层上，最外电子层上，最外电子层上，最外 层只有一个或两个电子。层只有一个或两个电子。层只有一个或两个电子。层只有一个或两个电子。(2) (2) (2) (2) 单质都是金属，其金属性比同周期单质都是金属，其金属性比同周期单质都是金属，其金属性比同周期单质都是金属，其金属性比同周期p p p p区元素区元素区元素区元素 强，但较强，但较强，但较强，但较s s s s区元素弱。区元素弱。区元素弱。区元素弱。 例外例外例外例外: : Pd 4dPd 4d1010共同特点共同特点
20、: : (3) (3) (3) (3) 过渡金属的水合离子大都具有特征的颜色。过渡金属的水合离子大都具有特征的颜色。过渡金属的水合离子大都具有特征的颜色。过渡金属的水合离子大都具有特征的颜色。 (4) (4) (4) (4) 过渡金属离子都有未充满的过渡金属离子都有未充满的过渡金属离子都有未充满的过渡金属离子都有未充满的( ( ( (n-1)dn-1)dn-1)dn-1)d轨道、轨道、轨道、轨道、 nsnsnsns和和和和npnpnpnp轨道。另外，离子半径也较小，因轨道。另外，离子半径也较小，因轨道。另外，离子半径也较小，因轨道。另外，离子半径也较小，因 而易接受配位体形成配离子。而易接受配
21、位体形成配离子。而易接受配位体形成配离子。而易接受配位体形成配离子。3. 稀土金属元素稀土金属元素B B族的钪、钇和镧系元素性质非族的钪、钇和镧系元素性质非族的钪、钇和镧系元素性质非族的钪、钇和镧系元素性质非常相似，而且在矿物中也常常共生，常相似，而且在矿物中也常常共生，常相似，而且在矿物中也常常共生，常相似，而且在矿物中也常常共生，因而把它们统称为因而把它们统称为因而把它们统称为因而把它们统称为“ “稀土元素稀土元素稀土元素稀土元素” ”。镧系元素镧系元素:周期系周期系周期系周期系5757号元素的位置上，另有号元素的位置上，另有号元素的位置上，另有号元素的位置上，另有1414种元素，即从种元
22、素，即从种元素，即从种元素，即从5858号铈到号铈到号铈到号铈到7171号镥，与号镥，与号镥，与号镥，与镧一起称为镧系元素镧一起称为镧系元素镧一起称为镧系元素镧一起称为镧系元素( (用用用用LnLn表示表示表示表示) )。稀土元素稀土元素:4f 114 6s 2外层电子构型外层电子构型外层电子构型外层电子构型: :(1) (1) (1) (1) 价电子依次填充在次次外层价电子依次填充在次次外层价电子依次填充在次次外层价电子依次填充在次次外层4 4 4 4f f f f亚层上，亚层上，亚层上，亚层上，最后最后最后最后 增加的电子也有填充到增加的电子也有填充到增加的电子也有填充到增加的电子也有填充
23、到5 5d d轨道上轨道上轨道上轨道上 。(2) (2) (2) (2) 一般一般一般一般+3+3+3+3氧化数比较稳定。氧化数比较稳定。氧化数比较稳定。氧化数比较稳定。(3) (3) (3) (3) 镧系金属镧系金属镧系金属镧系金属+3+3价离子在水溶液中大多数有颜色。价离子在水溶液中大多数有颜色。价离子在水溶液中大多数有颜色。价离子在水溶液中大多数有颜色。(4) (4) (4) (4) 镧系金属是强还原剂，其电极电势相当于金镧系金属是强还原剂，其电极电势相当于金镧系金属是强还原剂，其电极电势相当于金镧系金属是强还原剂，其电极电势相当于金 属镁。属镁。属镁。属镁。(5) (5) (5) (5
24、) 与水作用产生氢，遇酸强烈反应，但不与碱与水作用产生氢，遇酸强烈反应，但不与碱与水作用产生氢，遇酸强烈反应，但不与碱与水作用产生氢，遇酸强烈反应，但不与碱 作用。作用。作用。作用。共同特点共同特点: : 应用应用应用应用领域领域领域领域 用用用用 途途途途 及及及及 特特特特 性性性性 稀土金属可以作为脱氧剂、脱硫剂、吸氢剂和球化剂稀土金属可以作为脱氧剂、脱硫剂、吸氢剂和球化剂稀土金属可以作为脱氧剂、脱硫剂、吸氢剂和球化剂稀土金属可以作为脱氧剂、脱硫剂、吸氢剂和球化剂 冶金工业冶金工业冶金工业冶金工业 在难熔金属或合金中加入稀土，可以大大改善金属合在难熔金属或合金中加入稀土，可以大大改善金属
25、合在难熔金属或合金中加入稀土，可以大大改善金属合在难熔金属或合金中加入稀土，可以大大改善金属合 金的延展性，提高温度抗氧化能力提高。金的延展性，提高温度抗氧化能力提高。金的延展性，提高温度抗氧化能力提高。金的延展性，提高温度抗氧化能力提高。 石油化工石油化工石油化工石油化工 作为催化剂广泛用于有机合成，也可用于汽车尾气处作为催化剂广泛用于有机合成，也可用于汽车尾气处作为催化剂广泛用于有机合成，也可用于汽车尾气处作为催化剂广泛用于有机合成，也可用于汽车尾气处 理，使理，使理，使理，使COCO转化率达转化率达转化率达转化率达88%88%。 玻璃陶瓷玻璃陶瓷玻璃陶瓷玻璃陶瓷 CeOCeO2 2精密光
26、学玻璃的抛光剂，含精密光学玻璃的抛光剂，含精密光学玻璃的抛光剂，含精密光学玻璃的抛光剂，含LaLa2 2OO3 3的光学玻璃有的光学玻璃有的光学玻璃有的光学玻璃有 很高的折射率。很高的折射率。很高的折射率。很高的折射率。 其其其其 它它它它 磁性材料、发光材料、储氢磁性材料、发光材料、储氢磁性材料、发光材料、储氢磁性材料、发光材料、储氢 、超导、核燃料的稀释等、超导、核燃料的稀释等、超导、核燃料的稀释等、超导、核燃料的稀释等 稀土金属的一些工业应用稀土金属的一些工业应用 合金的结构和类型合金的结构和类型 合金材料合金材料1.1.合金的结构和类型合金的结构和类型 合金从结构上可分为以下三种基本类
27、型：合金从结构上可分为以下三种基本类型：（1） 混合物合金混合物合金两种或多种金属的机械混合物。两种或多种金属的机械混合物。两种或多种金属的机械混合物。两种或多种金属的机械混合物。 熔融熔融熔融熔融: : 完全或部分互溶完全或部分互溶完全或部分互溶完全或部分互溶凝固凝固凝固凝固: : 金属各自结晶金属各自结晶金属各自结晶金属各自结晶 混合物合金的导电、导热等性质与组分金属有混合物合金的导电、导热等性质与组分金属有混合物合金的导电、导热等性质与组分金属有混合物合金的导电、导热等性质与组分金属有很大的不同。很大的不同。很大的不同。很大的不同。 （2）固溶体合金）固溶体合金 两种或多种金属不仅熔融时
28、能相互溶解，两种或多种金属不仅熔融时能相互溶解，两种或多种金属不仅熔融时能相互溶解，两种或多种金属不仅熔融时能相互溶解，而且凝固时也能保持互溶状态的固态溶液。而且凝固时也能保持互溶状态的固态溶液。而且凝固时也能保持互溶状态的固态溶液。而且凝固时也能保持互溶状态的固态溶液。纯金属的晶格纯金属的晶格纯金属的晶格纯金属的晶格取代固溶体的晶格取代固溶体的晶格取代固溶体的晶格取代固溶体的晶格 间隙固溶体的晶格间隙固溶体的晶格间隙固溶体的晶格间隙固溶体的晶格溶剂原子溶剂原子溶质原子溶质原子（3）金属化合物合金）金属化合物合金两种金属元素原子的外层电子结构、电负性和两种金属元素原子的外层电子结构、电负性和两
29、种金属元素原子的外层电子结构、电负性和两种金属元素原子的外层电子结构、电负性和原子半径差别较大时所形成的金属化合物。原子半径差别较大时所形成的金属化合物。原子半径差别较大时所形成的金属化合物。原子半径差别较大时所形成的金属化合物。 通常分为通常分为通常分为通常分为正常价化合物正常价化合物正常价化合物正常价化合物和和和和电子化合物电子化合物电子化合物电子化合物。正常价化合物：正常价化合物：正常价化合物：正常价化合物：金属原子间通过化学键形成，成分固定，符合金属原子间通过化学键形成，成分固定，符合金属原子间通过化学键形成，成分固定，符合金属原子间通过化学键形成，成分固定，符合氧化数规则。氧化数规则
30、。氧化数规则。氧化数规则。电子化合物：电子化合物：电子化合物：电子化合物：金属原子间通过金属键形成，成分在一定范围金属原子间通过金属键形成，成分在一定范围金属原子间通过金属键形成，成分在一定范围金属原子间通过金属键形成，成分在一定范围内变化，不符合氧化数规则。内变化，不符合氧化数规则。内变化，不符合氧化数规则。内变化，不符合氧化数规则。2 2 合金材料合金材料（1）铁的合金）铁的合金钢钢 铁铁: 地壳中藏量地壳中藏量地壳中藏量地壳中藏量4.2%4.2%，仅次与铝。，仅次与铝。，仅次与铝。，仅次与铝。 FeFe3 3OO4 4 磁铁矿磁铁矿磁铁矿磁铁矿 磁磁磁磁 性性性性 化合物化合物化合物化合
31、物 FeFe2 2OO3 3 赤铁矿赤铁矿赤铁矿赤铁矿 紫红色紫红色紫红色紫红色 2 2FeFe2 2OO3 33H3H2 2O O 褐铁矿褐铁矿褐铁矿褐铁矿 棕黄色棕黄色棕黄色棕黄色 FeSFeS2 2 黄铁矿黄铁矿黄铁矿黄铁矿 金黄色金黄色金黄色金黄色 1970 1970年，前苏联空间站年，前苏联空间站年，前苏联空间站年，前苏联空间站 “ “月亮月亮月亮月亮 -16” -16”首先从首先从首先从首先从月球上带回铁矿石样品，含极微小的纯铁颗粒。月球上带回铁矿石样品，含极微小的纯铁颗粒。月球上带回铁矿石样品，含极微小的纯铁颗粒。月球上带回铁矿石样品，含极微小的纯铁颗粒。 金属表面处理方法：金属
32、表面处理方法：金属表面处理方法：金属表面处理方法： 用人为的粒子流冲击金属表面。用人为的粒子流冲击金属表面。用人为的粒子流冲击金属表面。用人为的粒子流冲击金属表面。 从月球矿石提取铁的特殊装置，可日产从月球矿石提取铁的特殊装置，可日产从月球矿石提取铁的特殊装置，可日产从月球矿石提取铁的特殊装置，可日产1 1吨铁。吨铁。吨铁。吨铁。 熟熟 铁铁 铁按含碳量多少可分为：铁按含碳量多少可分为： 碳素钢碳素钢 生生 铁铁 (0.25%) (0.25%) 韧性好韧性好韧性好韧性好, ,强度低强度低强度低强度低, ,焊接性能优良焊接性能优良焊接性能优良焊接性能优良 薄铁皮、铁丝铁管等薄铁皮、铁丝铁管等薄铁
33、皮、铁丝铁管等薄铁皮、铁丝铁管等低碳钢低碳钢低碳钢低碳钢 中碳钢中碳钢中碳钢中碳钢高碳钢高碳钢高碳钢高碳钢 0.1% 12%合金钢：合金钢： 铝合金铝合金 （2）轻质合金）轻质合金铝铝: : 地壳中藏量为地壳中藏量为地壳中藏量为地壳中藏量为7.45%, 7.45%, 是含量最多的金属。是含量最多的金属。是含量最多的金属。是含量最多的金属。 目前年产量仅次于铁。目前年产量仅次于铁。目前年产量仅次于铁。目前年产量仅次于铁。 密度小，导电性好，常用铝代替铜制造电线。密度小，导电性好，常用铝代替铜制造电线。密度小，导电性好，常用铝代替铜制造电线。密度小，导电性好，常用铝代替铜制造电线。 硬铝合金硬铝合
34、金: : 加入少量铜、锰、镁等金属，再经过热处加入少量铜、锰、镁等金属，再经过热处加入少量铜、锰、镁等金属，再经过热处加入少量铜、锰、镁等金属，再经过热处 理使其强度大为提高。俗称理使其强度大为提高。俗称理使其强度大为提高。俗称理使其强度大为提高。俗称“ “钢精钢精钢精钢精” ”。 轻盈美观轻盈美观轻盈美观轻盈美观 不易生锈不易生锈不易生锈不易生锈 铝合金强度可与钢媲美，但却比其轻近铝合金强度可与钢媲美，但却比其轻近铝合金强度可与钢媲美，但却比其轻近铝合金强度可与钢媲美，但却比其轻近1/41/4， 可广泛用于航空航天业可广泛用于航空航天业可广泛用于航空航天业可广泛用于航空航天业. . 钛钛:
35、: 拉丁文拉丁文拉丁文拉丁文 “ “Titanium”Titanium”特特 点：点： a. a. 密度较小密度较小密度较小密度较小b. b. 钛合金强度高钛合金强度高钛合金强度高钛合金强度高 c. c. 抗蚀性好抗蚀性好抗蚀性好抗蚀性好 d. d. 工作温度范围宽工作温度范围宽工作温度范围宽工作温度范围宽( (- - - -200200 500 500) 钛合金钛合金 由由由由于于于于钛钛钛钛合合合合金金金金抗抗抗抗蚀蚀蚀蚀性性性性好好好好，工工工工作作作作温温温温度度度度范范范范围围围围宽宽宽宽，可可可可用作液氮或液氦等的低温容器。用作液氮或液氦等的低温容器。用作液氮或液氦等的低温容器。用
36、作液氮或液氦等的低温容器。 钛合金强度高，几乎是铝合金的钛合金强度高，几乎是铝合金的钛合金强度高，几乎是铝合金的钛合金强度高，几乎是铝合金的5 5倍。热处倍。热处倍。热处倍。热处理后，它的强度与高强度钢相当，但密度仅为钢理后，它的强度与高强度钢相当，但密度仅为钢理后，它的强度与高强度钢相当，但密度仅为钢理后，它的强度与高强度钢相当，但密度仅为钢的的的的57%57%。“空间金属空间金属”美国新式战斗机含钛量大于美国新式战斗机含钛量大于美国新式战斗机含钛量大于美国新式战斗机含钛量大于90%90%90%90% “深海金属深海金属” 1977 1977 1977 1977年，前苏联用年，前苏联用年，前
37、苏联用年，前苏联用3500350035003500多吨钛制造多吨钛制造多吨钛制造多吨钛制造 当时航行速度最快的核潜艇。当时航行速度最快的核潜艇。当时航行速度最快的核潜艇。当时航行速度最快的核潜艇。 1910 1910年年年年, , 世界钛生产量世界钛生产量世界钛生产量世界钛生产量 0.2 0.2克克克克 1947 1947年年年年, , 世界钛生产量世界钛生产量世界钛生产量世界钛生产量 2 2 吨吨吨吨 1955 1955年年年年, , 世界钛生产量世界钛生产量世界钛生产量世界钛生产量 2 2万吨万吨万吨万吨 1962 1962年年年年, , 世界钛生产量世界钛生产量世界钛生产量世界钛生产量
38、10 10万吨万吨万吨万吨 1972 1972年年年年, , 世界钛生产量世界钛生产量世界钛生产量世界钛生产量 20 20万吨万吨万吨万吨 目前，每年用于航天业的钛大于目前，每年用于航天业的钛大于目前，每年用于航天业的钛大于目前，每年用于航天业的钛大于1 1千吨。千吨。千吨。千吨。未来的钢铁，未来的钢铁，21世纪的金属世纪的金属（3）硬质合金）硬质合金 以硬质化合物为硬质相，以金属或合金作以硬质化合物为硬质相，以金属或合金作以硬质化合物为硬质相，以金属或合金作以硬质化合物为硬质相，以金属或合金作 粘接相的复合材料。粘接相的复合材料。粘接相的复合材料。粘接相的复合材料。 第第第第B金属与金属与C
39、、N、B所形所形成的成的间隙化合物，如间隙化合物，如间隙化合物，如间隙化合物，如 WCWC。 形状记忆合金的简称，指在一定外力作用形状记忆合金的简称，指在一定外力作用形状记忆合金的简称，指在一定外力作用形状记忆合金的简称，指在一定外力作用下，使其几何形态发生改变。但当加热到某一温下，使其几何形态发生改变。但当加热到某一温下，使其几何形态发生改变。但当加热到某一温下，使其几何形态发生改变。但当加热到某一温度时，它又能够完全恢复到变形前的几何形态。度时，它又能够完全恢复到变形前的几何形态。度时，它又能够完全恢复到变形前的几何形态。度时，它又能够完全恢复到变形前的几何形态。 在医疗器械，减震消噪，生
40、活用品等方面具在医疗器械，减震消噪，生活用品等方面具在医疗器械，减震消噪，生活用品等方面具在医疗器械，减震消噪，生活用品等方面具有广阔的应用前景。有广阔的应用前景。有广阔的应用前景。有广阔的应用前景。（4）记忆合金）记忆合金 形状记忆合金形状记忆合金 欧洲航天计划研制出欧洲航天计划研制出来数种被称作形状记忆合来数种被称作形状记忆合金的奇异材料，这些材料金的奇异材料，这些材料可以像橡皮筋一样拉伸，可以像橡皮筋一样拉伸，但是能够记住初始形状，但是能够记住初始形状，拉伸之后一旦加热到一定拉伸之后一旦加热到一定温度就会变回原来的形状。温度就会变回原来的形状。 形状记忆合金可以用作航天器上的轻型温度控制
41、调节器。形状记忆合金可以用作航天器上的轻型温度控制调节器。在太空中形状记忆合金可以被用来在航天器发射之后释放太在太空中形状记忆合金可以被用来在航天器发射之后释放太阳能电池板；形状记忆合金在医学领域有很多应用，其中一阳能电池板；形状记忆合金在医学领域有很多应用，其中一项应用就是控制牙齿移动的正牙弹簧。另外一个使用形状记项应用就是控制牙齿移动的正牙弹簧。另外一个使用形状记忆合金技术的医学仪器就是一个非常细的管子，这个管子可忆合金技术的医学仪器就是一个非常细的管子，这个管子可以插入血管里，到达损坏的血管之后再变回原来大小。以插入血管里，到达损坏的血管之后再变回原来大小。 两种特定金属的合金，一种可以大量吸进两种特定金属的合金，一种可以大量吸进H2，形成稳定氢化物；而另一种金属与氢的亲和力小，形成稳定氢化物；而另一种金属与氢的亲和力小，使氢很容易在其中移动。使氢很容易在其中移动。 是开发利用氢能源、分离精制高纯氢的理想材是开发利用氢能源、分离精制高纯氢的理想材料。料。（5）储氢合金）储氢合金 本章结束本章结束
