人教版九年级化学下册特种合金相关知识教案

1、课题 1 金属材料特种合金相关知识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。纯金属中耐蚀性高的通常具备下述三个条件之一：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。表面能生成难溶的和保护性能良好的腐蚀产物膜的金属。这种情况只有在金

2、属处于特定的腐蚀介质中才出现，例如， Pb和 Al 在 H SO 溶液中， Fe 在24H PO34溶液中， Mo在盐酸中以及 Zn 在大气中等。因此，工业上根据上述原理， 采用合金化方法获得一系列耐蚀合金，相应的三种方法：一般有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， 使形成固溶体以及提高合金的电极电势， 增强其耐蚀性。例如在 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

3、制得铬系不锈钢。实验证明，在不锈钢中，含 Cr 量一般应大于 13时才能起抗蚀作用， Cr 含量越高，其耐蚀性越好。这类不锈钢在氧化介质中有很好的抗蚀性， 但在非氧化性介质如稀硫酸和盐酸中， 耐蚀性较差。这是因为非氧化性酸不易使合金生成氧化膜，同时对氧化膜还有溶解作用。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， 是制取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化合物羟基氧化铁 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 制成耐大气腐蚀的低合金钢。金属腐蚀是工

4、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。一般说，金属材料的熔点越高， 其可使用的温度限度越高。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在500 600下长期工作。 能在高于 700的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强度和良好的抗氧化性。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，或者在钢的表面进行 Cr、Si 、 Al 合金化处

5、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。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 元素金属键在同一周期内最强。因此，在钢中加入 Cr、Mo、W等原子的效果最佳。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

6、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、WC、MoC、MoC、VC、 NbC等碳化物，从而增加了钢铁的高温强度。22利用合金方法，除铁基耐热合金外，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 CrCo 的固溶体和 Ni 3Al 金属化合物，经处理后，其使用温度可达1000 1100。(3)钛合金钛是周期表中第 IVB 类元素，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

7、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，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，钛对空气、水和若干腐蚀介质都是稳定的。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。 特别是钛对海水很稳定， 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。其强度是不锈钢的 3.5 倍，铝合金的 1.3 倍，是目前所有工业金

8、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 、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，限制了它的广泛使用。(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