化学人教版九年级下册《金属材料》素材资源

1.秦铜之冠秦陵铜车马秦陵铜车马出土于秦始皇陵西侧20米处,1980年局部试掘铜车马坑时,在一木椁内出土一前一后纵置的两辆大型铜车马,出土时已残破,经修复后恢复原状.铜车马主体为青铜所铸,一些零部件为金银饰品.各个部件分别铸造,然后用嵌铸、焊接、黏接、铆接、子母扣、纽环扣接、销钉连接等多种机械连接工艺,将众多的部件组装为一体.通体彩绘,马为白色,彩绘时所用颜料均为用胶调和的矿物颜料,利用胶的浓度塑造出立体线条.车、马和俑的大小约相当于真车、真马、真人的二分之一.它完全仿实物精心制作,真实地再现了秦始皇帝车驾的风采.秦代的金属加工技术辉煌的成就在秦陵铜车马的制造上集中体现出来.秦陵铜车马共有三千多个零件,秦代工匠巧妙地运用了铸造、焊接、镶嵌、销接、活铰连接、子母扣连接、转轴连接等各种工艺技术,将此结合为一个整体,达到了非常高的水平.特别是一、二号车的伞盖,其厚度仅0.10.4厘米,而面积分别为1.12和2.3平方米,整体用浑铸法一次铸出,即使在今天,要铸成这么大而薄、均匀呈穹隆形的铜件也非易事.至今,铜车马上的各种链条仍转动灵活,门、窗开闭自如,牵动辕衡,仍能载舆行使.秦陵铜车马被誉为中国古代的“青铜之冠” .2.探究:铁片与铁粉颜色不同的原因问题:铝粉具有银白色的光泽,常用来做涂料(俗称银粉、银漆),保护铁制品不被腐蚀,而且美观,但一般金属粉末的颜色为黑色,为什么金属在粉末状时的颜色是黑色呢?实验:实验一:取一块铁片,用细砂纸打磨表面,用滤纸(或软布)擦拭后,观察铁片的颜色;观察实验室里的铁屑样品颜色.实验二:取一小块玻璃残片,观察其颜色.将玻璃小心敲碎(注意保护好眼睛),观察玻璃屑的颜色.根据以上实验探究,结合你学过的物理光学知识,解释玻璃屑颜色不同于玻璃片的原因.推测铁粉颜色与铁片颜色不同的原因.3.特种合金目前工业上应用的合金种类数以千计,现只简要地介绍其中几大类.(1)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.研究表明,耐蚀性高的金属通常符合下列一个或几个条件:热力学稳定性高的金属.通常可用其标准电极电势来判断,其数值较正者稳定性较高;较负者则稳定性较低.耐蚀性好的贵金属,如Pt、Au、Ag、Cu等就属于这一类.易于钝化的金属.不少金属可在氧化性介质中形成具有保护作用的致密氧化膜,这种现象称为钝化.金属中最容易钝化的是Ti、Zr、Ta、Nb、Cr和Al等.表面能生成难溶的腐蚀产物保护膜的金属.这种情况只有在金属处于特定的介质中才出现,例如,Pb和Al在浓H2SO4中,Fe在H3PO4溶液中,Mo在盐酸中以及Zn在大气中等.根据上述原理,工业上采用合金化方法获得一系列耐蚀合金,一般有相应的三种方法:提高金属或合金的热力学稳定性,即向原不耐蚀的金属或合金中加入热力学稳定性高的合金元素,使其形成固溶体以及提高合金的电极电势,增强其耐蚀性.如在Cu中加Au,在Ni中加入Cu、Cr等,即属此类.不过这种大量加入贵金属的办法,在大量使用的工业结构材料中的应用是有限的.加入易钝化合金元素,如Cr、Ni、Mo等,可提高基体金属的耐蚀性.在钢中加入适量的Cr,即可制得铬系不锈钢.实验证明,在不锈钢中,含Cr量一般大于13%时才能起抗蚀作用,Cr含量越高,其耐蚀性越好.这类不锈钢在氧化性介质中有很好的抗蚀性,但在稀硫酸和盐酸中,耐蚀性较差,这是因为非氧化性酸不易使合金生成氧化膜,还对氧化膜有溶解作用.加入能促使合金表面生成致密的腐蚀产物保护膜的合金元素,是制造耐蚀合金的又一途径.例如,钢能耐大气腐蚀是由于其表面形成结构致密的羟基氧化铁FeOx(OH)(3-2x),它能起保护作用.钢中加入Cu与P或P与Cr均可促进这种保护膜的生成,由此可用Cu、P或P、Cr制成耐大气腐蚀的合金钢.金属腐蚀是工业上危害最大的自发过程,因此耐蚀合金的开发与应用,有重大的社会意义和经济价值.(2)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领域有着重大的意义.一般来说,金属材料的熔点越高,其可使用的温度限度越高.一般的金属材料都只能在500600下长期工作,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.能在高于700 下工作的合金统称耐热合金.“耐热”是指其在高温下能保持足够强度和良好的抗氧化性.提高钢铁高温强度的方法很多,从结构、性质的化学观点看,大致有两种主要方法:一是增加钢中原子间在高温下的结合力.研究指出,金属中原子间的结合力,即金属键强度大小,主要与原子中未成对的电子数有关.从周期表中看,B族元素金属键在同一周期中最强.因此,在钢中加入Cr、Mo、W等的效果最佳.二是加入能形成各种碳化物或金属间化合物的元素,以使钢基体强化.由若干过渡金属与碳原子生成的碳化物属于间隙化合物,它们在金属键的基础上,又增加了共价键的成分,因此硬度极大,熔点很高.例如,加入W、Mo、V、Nb可生成WC、W2C、MoC、Mo2C、VC、NbC等碳化物,从而增加了钢铁的高温强度.提高钢铁抗氧化性的途径有两条:一是在钢中加入Cr、Si、Al等合金元素,或在钢的表面进行Cr、Si、Al合金化处理.它们在氧化性气氛中可很快生成一层致密的氧化膜,并牢固地附在钢的表面,从而有效地阻止氧化的继续进行.二是用各种方法在钢铁表面形成高熔点的氧化物、碳化物、氮化物等耐高温涂层.除上述铁基耐热合金外,利用合金方法,还可制得镍基、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Ni-Cr-Co的固溶体和Ni3Al金属化合物,经处理后,其使用温度可达10001100 .(3)钛合金钛是周期表中第B族元素,外观似钢,熔点达1672 ,属难熔金属.钛在地壳中含量较丰富,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,伴生钛金属储量约达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,当钛中含有杂质时,特别是O、N、C等元素存在时,会提高钛的强度和硬度,但会降低其塑性,增加脆性.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,钛在空气、水和若干腐蚀介质中都是稳定的.钛和钛合金有优异的耐蚀性,只能被氢氟酸和中等浓度的强碱溶液所侵蚀.特别是钛在海水中很稳定,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而强度高,其强度是不锈钢的3.5倍,铝合金的1.3倍,常用于制造性能优异的轻质合金.液态的钛能溶解几乎所有的金属,形成固溶体或金属化合物等各种合金.合金元素如Al、V、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合金有很高的热稳定性,可在相当高的温度下长时间工作;以Ti-Al-V合金为代表的超塑性合金,可以50%150%的伸长率加工成型,其最大伸长率可达到2000%.而一般合金的塑性加工的伸长率不超过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、电子器件和通信设备以及若干轻工业部门中也要应用钛合金,如蒸汽涡轮叶片、深海压力容器、钟表、眼镜架、高尔夫球棒头等.(4)磁性合金材料在外加磁场中,可表现出三种情况:不被磁场所吸引的,叫反磁性材料;微弱地被磁场所吸引的,叫顺磁性材料;强烈地被磁场吸引的,称铁磁性材料,其磁性随外磁场的加强而急剧增大,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,Fe、Co、Ni和某些稀土元素是金属中组成永磁材料的主要元素.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.磁性合金在电力、电子、计算机、自动控制和电光学等新兴技术领域中,有着日益广泛的应用.4.形状记忆合金的应用目前,形状记忆合金在电子、机械、能源、宇航、土木、汽车、医疗及日常生活各方面都得到了广泛的应用,总的来说,按使用特性的不同,可归纳为下面几类:(1)自由恢复.SMA在马氏体相时产生塑性形变,温度升高自由恢复到记忆的形状.自由恢复的典型例子是人造卫星的天线和血栓过滤器.美国航空航天局(NASA) 将Ti2Ni 合金板或棒卷成竹笋状或旋涡状发条,收缩后安装在卫星内.发射卫星并进入轨道后,利用加热器或太阳能加热天线,使之向宇宙空间撑开.血栓过滤器把Ni2Ti合金记忆成网状,低温下拉直,通过导管插入静脉腔,经体温加热后,形状变为网状,可以阻止凝血块流动.有人设想,利用形状记忆合金制作宇宙空间站的可展机构,即以小体积发射,于空间展开成所需的形状,这是很有吸引力的机构.(2)强制恢复.强制恢复最成功的例子是SMA管接头.事先把内径加工成比被接管外径小4% ,当进行连接操作时,首先把管接头浸泡在液态空气中,在低温保温状态下扩径后,把被接管从两端插入,升高温度,内径恢复到扩径前的状态,把被接管牢牢箍紧. 利用SMA 制作的脑动脉瘤夹可夹住动脉瘤根部,防止血液流入,使动脉瘤缺血坏死.本田等人用Ti2Ni板制作的Ag2TiNi复合夹满足小而轻、装卸简便等要求,效果良好. 此外,类似的用途还有电源连接器、自紧固螺钉、自紧固夹板、固定销、密封垫圈、接骨板和用于脊柱侧弯矫形的哈伦顿棒等.(3)动力装置.有些应用领域,要求形状记忆元件在多次循环往复运动中对外产生力的作用.温度继电器和温度保持器、自动干燥箱、电子灶、热机、卫星仪器舱窗门自动启闭、自动火警警报器、热敏阀门、液氨泄漏探测器、煤气安全阀、通风管道 紧急启动闸门、自动收进烟头的烟灰盒及人工心脏等都属于这种应用类型.1997年美国航空航天局(NASA) 的科学家利用Ni-TiSMA驱动火星探测器上的太阳能电池挡板,加热SMA,使其收缩,通过传动装置, 打开太阳能电池上的玻璃挡板,电池充电.充电结束后,偏置弹簧重新使挡板复位.挡板的有效开合可起到防尘的目的.(4)精密控制.因为SMA的相变发生在一定温度范围而不是某一固定温度点,我们往往只利用一部分形状恢复,使机械装置定位于指定的位置.微型机器人、昆虫型生物机械、机器人手抓及微型调节器、笔尖记录器及医用内窥镜都属于这一类.形状记 忆合金用作机器智能人的执行器,集传感、控制、换能、制动于一身,具有仿真性好、控制灵活、动作柔顺、无振动噪声、易于结构微型集成化等优点.日本的日立公司已研制出具有13个自由度的能拣取鸡蛋的机器人.俄罗斯St1Petersburg 机器人及控制技术学院在Cu-Al-Ni基合金材料的研究基础上,研制出了拟人机械手,其手爪能移动200 kg的物体.该研究小组还给出了手爪的精确控制系统.医学上用到的具有多自由度能弯曲转入肠道内诊断疾病,进行手术的机器人也属于这一类型.现有的大肠镜的直径为1020 mm,这种内窥镜的直径为13 mm,因此它特别适用于作大肠镜.诊断过程中,医生一边看纤维镜中的图像,一边移动操纵杆给出前端的第1、2节弯曲角指令和内窥镜前进、后退指令,通过计算机进行柔性控制,使内窥镜能够平滑地沿着通路前进或后退,大大减轻了患者的痛苦,也增加了诊断的准确性.随着目前超大规模集成电路技术的飞速发展,可进一步制成微米级甚至更小的超微仿生物.(5)超弹性应用.SMA的伪弹性在医学上和日常生活中得到了广泛的应用,市场上的很多产品都应用了SMA的伪弹性(超弹性)性质.主要有牙齿矫形丝、人工关节用自固定杆、接骨用超弹性Ni2Ti丝、玩具及塑料眼镜镜框等.Ni2Ti丝用于矫形上,即使应变量高达10%也不会产生塑性变形,而且应力诱发马氏体相变的过程中,应变增大较多时矫正力却增加很少,故能保持适宜的矫正力,既可保证疗效,也可减轻患者的不适感.5.情比金坚在结婚周年纪念日,小俊的爸爸送了一条金项链给妈妈,并温柔地说:“情比金坚.”妈妈高高兴兴地戴上金项链,问道:“真是情比金坚吗?”给妈妈这样一问,爸爸霎时间不知如何回答,因为他知道金其实并不“坚”,而且十分柔软.反而,一些价钱比金便宜的K金,比金还要“坚硬”呢!K金是金(gold