第三节　用途广泛的金属材料

1、第三节用途广泛的金属材料第三节用途广泛的金属材料 一、合金及特性：一、合金及特性： 合金是由两种或两种以上的金属合金是由两种或两种以上的金属 或非金属熔合而成的或非金属熔合而成的, ,具有金属特性的具有金属特性的 物质。物质。 1 1、合金：、合金： 2 2、物理性质：、物理性质： 多数合金的熔点一般比各成分金属的低多数合金的熔点一般比各成分金属的低 一般情况下，合金比纯金属硬度大一般情况下，合金比纯金属硬度大 如：生铁的熔点比纯铁的低；如：生铁的熔点比纯铁的低； 硬铝（硬铝（CuCu、MnMn、SiSi）的强度和硬度都的强度和硬度都 比纯铝大。比纯铝大。 合金的性能可以通过所添加的合金元素合

2、金的性能可以通过所添加的合金元素 的种类、含量和生成合金的条件等来加以的种类、含量和生成合金的条件等来加以 调节。调节。 一般来说，合金的性质并不是各成分的一般来说，合金的性质并不是各成分的 性质的总和，合金具有优良的物理、化学性质的总和，合金具有优良的物理、化学 或机械的性能或机械的性能 注意：注意： 合金中一定含有金属元素合金中一定含有金属元素 合金中也可能含有非金属元素合金中也可能含有非金属元素 合金一定是混合物合金一定是混合物 合金中成分的含量影响合金的性质。合金中成分的含量影响合金的性质。 二、常见的合金及用途：二、常见的合金及用途： 使用不同的原料，改变原料的配比以使用不同的原料，

3、改变原料的配比以 及改变生成合金的条件等，可以制得具有及改变生成合金的条件等，可以制得具有 不同性能的合金。合金在工业上的用途比不同性能的合金。合金在工业上的用途比 纯金属更广、更重要。纯金属更广、更重要。 1 1、铜合金、铜合金 铜合金的种类很多，常见的有青铜合金的种类很多，常见的有青 铜、黄铜、白铜和锰铜铜、黄铜、白铜和锰铜 青铜的主要成分：铜和锡青铜的主要成分：铜和锡 黄铜（黄铜（CuZnCuZn，Zn20%36%Zn20%36%） 古代称为药金，密度比黄金小，外观与金古代称为药金，密度比黄金小，外观与金 非常相似，常被误认为是黄金。如何判别非常相似，常被误认为是黄金。如何判别 “药金药

4、金”和黄金？和黄金？ 白铜（白铜（CuCu和镍）和镍） 不易生铜绿不易生铜绿 铜锰合金，具有极高的电阻。铜锰合金，具有极高的电阻。 2 2、钢、钢 生铁和钢就是铁的合金，生铁和钢就是铁的合金， 其中钢使用量最大、用途最广的合金。其中钢使用量最大、用途最广的合金。 生铁的含碳量为生铁的含碳量为2%4.3%2%4.3%之间；之间； 钢的含碳量在钢的含碳量在0.03%2%0.03%2%之间。之间。 合金钢可用于制不锈钢及各种特种钢。合金钢可用于制不锈钢及各种特种钢。 碳素钢碳素钢 合金钢合金钢 低碳钢低碳钢 中碳钢中碳钢 含碳量低含碳量低 0.3%0.3% 0.3%0.6%0.3%0.6% 高碳钢高

5、碳钢 含碳量高于含碳量高于0.6%0.6% 钢钢 钢的分类：钢的分类： 3 3、铝合金、铝合金 硬铝：硬铝：Cu 4%Cu 4%、 Mg 0.5%Mg 0.5%、 MnMn 0.5% 0.5%、Si 0.7%Si 0.7% 特点：密度小、强度高、抗腐蚀特点：密度小、强度高、抗腐蚀 用途：制造飞机和宇宙飞船用途：制造飞机和宇宙飞船 铝铝“有翼的金属有翼的金属” “” “会飞的金属会飞的金属” 角色扮演角色扮演 是否应该停止使用铝质饮料罐是否应该停止使用铝质饮料罐 实践活动实践活动 你的声音，有我们重视你的声音，有我们重视 “是否应该停止使用铝质饮料罐是否应该停止使用铝质饮料罐” 饮料公司工人、采

6、矿工人的声音饮料公司工人、采矿工人的声音 老板的诉求老板的诉求 售货员的话售货员的话 消费者有话要说消费者有话要说 环保官员的呼吁环保官员的呼吁 公司回收人员的说法公司回收人员的说法 铝制饮料罐可回收利用铝制饮料罐可回收利用 据估算，回据估算，回 收一个铝制饮料收一个铝制饮料 罐比制造一个新罐比制造一个新 饮料罐节省饮料罐节省20%,20%, 而且还可以节约而且还可以节约 金属资源和金属资源和95%95% 的能源。的能源。 使用铝质饮料罐有利有弊，但回收铝使用铝质饮料罐有利有弊，但回收铝 质饮料罐是目前趋利避害的最有效也是最质饮料罐是目前趋利避害的最有效也是最 急迫的做法。毕竟，环境保护已经是

7、全社急迫的做法。毕竟，环境保护已经是全社 会的共识，投身环保，不只是你我的责任。会的共识，投身环保，不只是你我的责任。 某家庭准备装修窗户（计划用某家庭准备装修窗户（计划用1 1年），年）， 可供使用的材料有木材、钢铁、铝合金可供使用的材料有木材、钢铁、铝合金 和和塑钢塑钢，请你调查每种材料的性能、价，请你调查每种材料的性能、价 格、制造及安装成本、利弊，进行分析。格、制造及安装成本、利弊，进行分析。 你认为选用哪种材料比较好？说明理由。你认为选用哪种材料比较好？说明理由。 三、正确选用金属材料三、正确选用金属材料 性能性能价格价格 制造安装制造安装 成本成本 木材木材 铝合金铝合金 塑钢塑钢

8、 钢铁钢铁 一般一般 耐用、牢固耐用、牢固 质轻高强、质轻高强、 美观、耐腐蚀美观、耐腐蚀 保温隔热、保温隔热、 隔音降噪隔音降噪 适中适中 适中适中 适中适中 较高较高较高较高 适中适中 适中适中 较高较高 选用金属材料时应该考虑的因素：选用金属材料时应该考虑的因素： 1.1.主要用途主要用途 2.2.外观外观 3.3.物理性质物理性质 4.4.化学性质化学性质 5.5.价格价格 6.6.加工难度加工难度 7.7.日常维护日常维护 8.8.对环境的影响对环境的影响 四、用途广泛的稀土金属四、用途广泛的稀土金属 稀土元素是镧系元素系稀土类元素群的总稀土元素是镧系元素系稀土类元素群的总 称，包含

9、钪称，包含钪ScSc、钇、钇Y Y及镧系中的镧及镧系中的镧LaLa、铈、铈CeCe、 镨镨PrPr、钕、钕NdNd、钷、钷PmPm、钐、钐SmSm、铕、铕EuEu、钆、钆GdGd、 铽铽TbTb、镝、镝DyDy、钬、钬HoHo、铒、铒ErEr、铥、铥TmTm、镱、镱YbYb、 镥镥LuLu，共，共1717种元素。稀土元素种元素。稀土元素能与其它元能与其它元 素组成品种繁多、功能千变万化，用途各素组成品种繁多、功能千变万化，用途各 异的新型材料，被称为异的新型材料，被称为“现代工业的维生现代工业的维生 素，和神奇的新材料宝库。素，和神奇的新材料宝库。” 我国稀土资源占世界稀土资源的我国稀土资源占

10、世界稀土资源的80%80%， 以氧化物以氧化物(REO)(REO)计达计达36003600万吨，远景储量实际万吨，远景储量实际 是是1 1亿吨。我国稀土资源分南北两大块。亿吨。我国稀土资源分南北两大块。 北方：轻稀土资源，集中在包头白云鄂北方：轻稀土资源，集中在包头白云鄂 博特等地，以后在四川冕宁又有发现。主要博特等地，以后在四川冕宁又有发现。主要 含镧、铈、镨、钕和少量钐、铕、钆等元素含镧、铈、镨、钕和少量钐、铕、钆等元素 南方：中重稀土资源，分布在江西、南方：中重稀土资源，分布在江西、 广东、广西、福建、湖南等省，以罕见的广东、广西、福建、湖南等省，以罕见的 离子态赋存与花岗岩风化壳层中，

11、主要含离子态赋存与花岗岩风化壳层中，主要含 钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、 镥、钇和镧、钕等元素。镥、钇和镧、钕等元素。 稀土作为基体元素能制造出具有特稀土作为基体元素能制造出具有特 殊殊“光电磁光电磁”性能的多种功能材料，如稀性能的多种功能材料，如稀 土永磁材料，稀土镍氢电池材料，稀土荧土永磁材料，稀土镍氢电池材料，稀土荧 光材料，稀土催化剂。稀土激光材料，稀光材料，稀土催化剂。稀土激光材料，稀 土精密陶瓷材料。生物工程材料等，它们土精密陶瓷材料。生物工程材料等，它们 都是发展电子信息产业，开发新能源，治都是发展电子信息产业，开发新能源，治 理环保和

12、国防尖端技术等方面必不可缺少理环保和国防尖端技术等方面必不可缺少 的材料。的材料。 例如稀土永磁材料（钕铁硼永磁）是当例如稀土永磁材料（钕铁硼永磁）是当 今磁性最强的永磁体，它被称今磁性最强的永磁体，它被称“一代磁王一代磁王”。 稀土永磁材料现已广泛的用到了微型电机，稀土永磁材料现已广泛的用到了微型电机， 工业用电机、风力发电机、音响设备、仪器工业用电机、风力发电机、音响设备、仪器 仪表。航天航空通讯，医用核磁共振成像仪仪表。航天航空通讯，医用核磁共振成像仪 等方面。等方面。 稀土永磁材料用于电机，使设备小型化稀土永磁材料用于电机，使设备小型化 ，轻型化，同等功率的电机，体积和重量减，轻型化，

13、同等功率的电机，体积和重量减 少少30%30%以上。用稀土永磁同步电机代替工业上以上。用稀土永磁同步电机代替工业上 的异步电机，节电率可达的异步电机，节电率可达12-15%12-15%，真正的稀，真正的稀 土三基色荧光灯代替白炽灯，节电率可达到土三基色荧光灯代替白炽灯，节电率可达到 80%80%。稀土金属卤化物灯已被大量用于城市广。稀土金属卤化物灯已被大量用于城市广 场、体育场馆和高层建筑的美化泛光照明。场、体育场馆和高层建筑的美化泛光照明。 这些新型电光源不但这些新型电光源不但 新型合金新型合金 储氢合金：储氢合金：TiFe, LaNiTiFe, LaNi 钛合金：钛合金：TiTi，V V，

14、FeFe，AlAl等，等， 飞机起落架飞机起落架 耐热合金：耐热合金：喷气式飞机的发动机喷气式飞机的发动机 叶片叶片 记忆合金：记忆合金： 泡沫合金：质轻而坚固，电极泡沫合金：质轻而坚固，电极 材料，催化剂，导热材料材料，催化剂，导热材料 由于石油和煤炭的储量有限，而且在使由于石油和煤炭的储量有限，而且在使 用过程中会带来环境污染等问题，尤其是用过程中会带来环境污染等问题，尤其是2020 世纪世纪7070年代全球石油危机，使氢能作为新的年代全球石油危机，使氢能作为新的 清洁燃料成为研究热点。在氢能利用过程中，清洁燃料成为研究热点。在氢能利用过程中， 氢的储运是重要环节。氢的储运是重要环节。19

15、691969年荷兰飞利浦公年荷兰飞利浦公 司研制出司研制出LaNiLaNi5 5储氢合金，具有大量的可逆地储氢合金，具有大量的可逆地 吸收、释放氢气的性质，其合金氢化物吸收、释放氢气的性质，其合金氢化物 LaNiLaNi5 5H H6 6中氢的密度与液态氢相当，约为氢气中氢的密度与液态氢相当，约为氢气 密度的密度的10001000倍。倍。 储氢合金储氢合金 合金是由两种特定金属构成的合金，其合金是由两种特定金属构成的合金，其 中一种可以大量吸氢，形成稳定的氢化物，中一种可以大量吸氢，形成稳定的氢化物， 而另一种金属虽然与氢的亲和力小，但氢很而另一种金属虽然与氢的亲和力小，但氢很 容易在其中移动

16、。容易在其中移动。MgMg、CaCa、TiTi、ZrZr、Y Y和和LaLa 等属于第一种金属，等属于第一种金属，FeFe、CoCo、NiNi、CrCr、CuCu和和 ZnZn等属于第二种金属。前者控制储氢量，后等属于第二种金属。前者控制储氢量，后 者控制释放氢的可逆性。通过两者合理配制，者控制释放氢的可逆性。通过两者合理配制， 调节合金的吸放氢性能，制得在室温下能够调节合金的吸放氢性能，制得在室温下能够 可逆吸放氢的较理想的储氢材料。可逆吸放氢的较理想的储氢材料。 镍钴合金能耐镍钴合金能耐12001200的高温，可用于的高温，可用于 喷气飞机和燃气轮机的构件。镍钴铁非磁喷气飞机和燃气轮机的构

17、件。镍钴铁非磁 性耐热合金在性耐热合金在12001200时仍具有高强度、韧时仍具有高强度、韧 性好的特点，可用于航天飞机的部件和原性好的特点，可用于航天飞机的部件和原 子反应堆的控制棒等。寻找符合耐高温、子反应堆的控制棒等。寻找符合耐高温、 可长时间运行（可长时间运行（10000h10000h以上）、耐腐蚀、以上）、耐腐蚀、 高强度等要求的合金材料，仍是今后研究高强度等要求的合金材料，仍是今后研究 的方向。的方向。 超耐热合金超耐热合金 随着社会的发展，我们对金属的认识也随着社会的发展，我们对金属的认识也 在增加。并且，也希望新的材料的诞生。也在增加。并且，也希望新的材料的诞生。也 许在不远将

18、来，我们都会拥有一辆由许在不远将来，我们都会拥有一辆由“记忆记忆 金属金属”制作的汽车，我们再也不怕把汽车碰制作的汽车，我们再也不怕把汽车碰 撞的凹凸不平而心痛惋惜了。这种撞的凹凸不平而心痛惋惜了。这种“记忆金记忆金 属属”即是镍钛合金。如把这样一块金属进行即是镍钛合金。如把这样一块金属进行 加热，它将形成一定的形态。冷却后，任意加热，它将形成一定的形态。冷却后，任意 揉皱，或使它弯曲，再加热后，它又恢复了揉皱，或使它弯曲，再加热后，它又恢复了 原状。原状。 记忆金属记忆金属 常见金属之最常见金属之最 密度最大的是密度最大的是 ； 硬度最大的是硬度最大的是 ； 熔点最低的是熔点最低的是 ； 熔

19、点最高的是熔点最高的是 ； 延性最好的是延性最好的是 ； 展性最好的是展性最好的是 ； 导电性最好的是导电性最好的是 ； 地壳中含量最多的金属元素是地壳中含量最多的金属元素是 . . OsOs CrCr HgHg W W PtPt AuAu AgAg AlAl 练习练习1 1： 试分析钢铁、铝、铜等能够成为大量使试分析钢铁、铝、铜等能够成为大量使 用的金属材料的原因。用的金属材料的原因。 工业上制取铁、铜、铝较容易，而且工业上制取铁、铜、铝较容易，而且 价格相对较便宜，常温下它们的化学性质价格相对较便宜，常温下它们的化学性质 相对较稳定，且较耐腐蚀，硬度、强度、相对较稳定，且较耐腐蚀，硬度、强

20、度、 机械性能相对较好，而且它们可以回收加机械性能相对较好，而且它们可以回收加 工再利用。工再利用。 练习练习2 2： 下列物质中，不属于合金的是下列物质中，不属于合金的是 ( )( ) A. A.硬铝硬铝 B.B.黄铜黄铜 C.C.钢铁钢铁 D.D.水银水银 D D 练习练习3:3: 下列对合金的说法正确的是下列对合金的说法正确的是 ( )( ) A.A.合金中至少含有两种金属元素合金中至少含有两种金属元素 B.B.合金中的金属元素以化合物的形式存合金中的金属元素以化合物的形式存 在在 C.C.黄铜是纯净物黄铜是纯净物 D.D.合金中也可以含有非金属合金中也可以含有非金属 D D 练习练习4

21、 4： 自然界的地壳中，含量居前两位的金自然界的地壳中，含量居前两位的金 属元素是（属元素是（ ） A.Fe Al B.Ca Fe A.Fe Al B.Ca Fe C.AlC.Al Fe D.Al Ca Fe D.Al Ca C C 练习练习5 5： 选用金属材料时，以下方面需要考虑选用金属材料时，以下方面需要考虑 的是的是 （ ） （1）主要用途）主要用途 （2）物理性质、化学性质）物理性质、化学性质 （3）价格）价格 （4）加工难度）加工难度 （5）日常维护）日常维护 （6）环境保护）环境保护 A.（1）（）（2）（）（3） B.（3）（）（4）（）（5） C.（1）（）（5）（）（6） D.（1）（）（2）（）（3） （4）（）（5）（）（6） D 练习练习6 6： 铝镁合金因坚硬、轻巧、美观、铝镁合金因坚硬、轻巧、美观、 洁净、易加工而成为新型建筑装潢材料，洁净、易加工而成为新型建筑装潢材料， 主要用于制作窗框、卷帘门、防护栏等。主要用于制作窗框、卷帘门、防护栏等。 下列与这些用途无关的下列与这些用途无关的 ( )( ) A.A.不易生锈不易生锈 B.B.导电性好导电性好 C.C.密度小密度小 D.D.强度大强度大 B B 练习练习7 7： 关于不锈钢和普通钢的认识中，关于不锈钢和普通钢的认识中， 你认